工程教育专业认证背景下地方应用型高校多元混合式一流课程建设——以“材料力学”为例1)

徐 锋 * 倪君辉 * 方 淳 * 许晨光

*(台州学院智能制造学院，浙江台州 318000)

†(浙大宁波理工学院机电与能源工程学院，浙江宁波 315000)

1 专业认证的背景、理念和对课程的基本要求

自我国正式加入《华盛顿协议》以来，工程教育进入高速发展期，各高校以极大的热情投入更多资源开展专业认证申请工作[1]。随着2023 年6 月底新一批441 个专业认证通过结论的公布，我国已有321 所普通高等学校的2385 个专业通过工程教育专业认证（以下简称专业认证），涉及机械、仪器等24 个工科专业类。专业认证已成为我国构建“五位一体”本科教育评估与质量保障新体系的重要组成部分[2]。专业认证带给我国工程教育的新理念以及由此引领的工程教育改革，比专业认证本身意义更大、影响更深远[3]。随着专业认证的不断推进，教育界已围绕指标体系、评估主体、评估模式和方法[4]，产教融合[5]，人才培养[6]等热点问题进行宏观层面的探索和研究，而如何在具体的课堂教学和教学评价等微观层面落实认证理念，依然是当前高等工程教育最为薄弱的环节，也是广大高校工程专业教师的普遍困惑[7]。而从专业认证的视角来看，课程教学已经不再以“内容为本”，课程教学内容选择、教学资源开发、教学手段运用和教学组织形式等都要围绕着实现课程教学目标和达成学生预期学习成果而展开[8]。课程目标变成了课程教学大纲的首要纲领，也是支撑毕业要求和培养目标的基石。而课程目标的达成评价也直接关系到专业认证的“底线”要求，即专业是否建立了面向产出的内部评价机制[9]。专业认证理念下的课程与毕业要求和培养目标的运行机制如图1 所示。

图1 专业认证理念下的课程与毕业要求和培养目标的运行机制

2 专业认证理念下课程教学的基本逻辑

2.1 基于专业认证的课程大纲逻辑内涵

课程教学大纲是课程教学的纲领，课程目标是课程教学大纲的纲领，课程教学与实施以课程目标为核心构建课程内容和教学活动与评价等。与传统课程教学大纲相比，认证理念下的课程教学大纲的主要特点主要有以下4 点。（1）课程目标重塑：课程目标服务于毕业要求（二级指标点），涵盖知识、能力和素养，目标描述以布鲁姆教学目标分类模型为参考，可衡量，易检测。（2）课程内容重构：课程内容安排和教学方法的使用均围绕课程目标设定，教材从某种意义上来说变成了参考书，知识传授仅是课程教学的目标之一，解决复杂工程问题的能力成为人才培养的重要组成部分。（3）课程思政育人：凸显立德树人之根本，课程教学不再只解决知识和能力问题，价值塑造应融于知识传授和能力培养之中。（4）考核评价方式：明确课程目标对应的考核内容、形式和比例，或者说哪些内容应以什么形式考核，以及占多少比例才能有效支撑对应的课程目标，并给出明确的考核评价标准。认证理念下的课程大纲内涵解释如表1 所示。

表1 认证理念下课程教学大纲的内容阐释

认证理念下的课程教学大纲的所有内容遵循了闭环管理、环环相扣的基本原则，围绕解决复杂工程问题能力的培养宗旨，将目标设定、实现目标的途径以及评价目标是否实现的标准串联起来。对于课程考核结束后的课程目标达成评价具有指导意义，也真正起到了教学大纲的纲领性作用。

2.2 基于专业认证的课程目标达成评价的逻辑内涵

课程目标达成情况评价是对教学大纲执行结果的评价，也是对课程目标是否达成以及教学活动与实施过程中存在的问题和持续改进策略的详细分析，也为毕业要求达成评价提供数据支撑。课程目标达成评价的主要内容及内涵阐释如表2 所示。

表2 课程目标达成情况评价的内容阐释

课程目标达成情况评价的核心是评价方法、评价结果和对结果的分析即持续改进。其中评价方法可分为定量评价和定性评价两种。

（1）定量评价

定量评价是评价课程目标达成值的数学计算方法，若课程目标i有N项考核环节，每个考核环节在该课程目标中的实际得分率为Fi，考核比例为Qi，则该课程目标的达成值为

式中，Fi为该考核分项得分的平均分除以该考核分项的目标分值。

（2）定性评价

定性评价是通过问卷调查的形式，从学生视角来反映课程目标的达成情况，调查问卷的设计以评估学生自己对课程目标i所达到的学习效果的评价。评价结果可分为：很好的达成（5 分）、较好的达成（4 分）、基本达成（3 分）、基本未达成（1 分）和完全未达成（0 分）共计5 档。若问卷调查达成等级分值为Li，其相应的人数占比为Pi，则该课程目标的达成值为

可见，专业认证理念下的课程教学与实施从课程教学大纲的制定开始，通过“大纲合理性审核→教学过程与实施→课程考核合理性审核→课程目标达成评价→课程目标评价审核→课程教学持续改进”等形似戴明环封闭链的一系列方法和机制保障课程教学围绕课程目标进行，进而支撑毕业要求和人才培养目标。

3 专业认证理念下课程建设要解决的新问题

专业认证要求符合本专业毕业要求的工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程至少占总学分的 30%，由于认证体系还对其他自然科学、通识课程和实习实践等都有底线要求，实际上工程基础类课程的学分与学时的可浮动上限很低。随着人才培养方案的不断优化调整，多数与专业相关的理论课程学时和学分都有不同程度的压缩。像“材料力学”课程学时已由最初的70+ 学时压缩到40+ 学时（含实验学时），但课时压缩并未降低课程目标的总体要求，解决复杂工程问题的能力仍然是工程教育理念之下课程作为人才培养最后一公里的核心要务。因此，课程需要依据其研究内容和任务以及对毕业要求指标体系的支撑关系，从知识传授、能力培养和价值塑造3 个方面重塑课程目标，重构课程内容，创新教学方法。

另一方面，地方应用型高校以立足地方、服务地方为办学宗旨，所以专业培养目标和毕业要求的制定既要考虑院校定位，还需与地方产业紧密结合。“材料力学”作为机械专业的工程基础类课程，除了要求学生掌握工程基础理论之外，还要根据课程内容属性和实际支撑的毕业要求指标点，把能力培养和价值塑造与知识传授融为一体，譬如：培养学生判断和识别机械工程领域复杂工程问题关键环节的能力或者分析建模能力。同时，受制于课时压缩但课程目标总体不变的实际情况，课程还可以借助现代信息技术和线上资源建设，以多元混合式教学改革为契机，培养学生的自主学习能力和终身学习意识。表3 给出了专业认证理念下“材料力学”课程目标以及所支撑的毕业要求指标点样例。

表3 样例——课程目标与所支撑的毕业要求指标点

随着课程所支撑的毕业要求及课程目标的确定，以及“学时短、课程难、基础弱、实践少”的实际学情，新问题也随之而来：（1）如何在少学时内有效传授基本工程知识；（2）如何培养学生解决复杂工程问题的能力；（3）如何充分发挥线上自主学习的辅助作用。上述3 个问题既是地方院校参与专业认证的大部分课程遇到的共性问题，也是近年来线上线下混合式教学遇到的共性问题，本文将围绕以上3 个问题，探索专业认证理念下“材料力学”一流课程建设与改革的路径。

4 专业认证理念下课程建设与教学方法创新

以课程目标引领，根据课程的研究内容、方法和任务，重构课程内容（如图2 所示），将课程内容分为简单问题（基本变形）和复杂问题（组合变形）。简单问题聚焦工程知识，以线上学习为主；复杂问题聚焦能力培养，以线下研讨为主。提炼课程研究问题的一般方法，即：外力分析→内力分析→应力应变分析→强度理论分析→安全与经济性分析，并将此方法贯穿课程教学始终，强化力学思维训练。

图2 课程教学内容重构

同时，基于少学时现状，充分利用线上丰富的课程资源和线下信息化的实体智慧空间，虚实结合，多元混合，以能力培养为核心，将金课的两性一度、专业认证的三大理念和BOPPPS（bridge-in（课程导入）, objective（课堂目标）, pre-assessment（课前检测）, participatory learning（参与式学习）, post-assessment（课堂检测）, summary（总结））教学模型的6 个模块相结合，探索一种“导入有创新、目标较高阶、前测有挑战、以学生为中心的交互、以产出为导向的后测和持续改进的总结”的创新教学方法（如图3 所示）。

图3 课程教学理念、方法与主要创新措施

（1）以线上资源为主的工程知识学习

以“重点知识提醒—课堂目标引领—工程案例导入—基本知识讲解—章节检测评价”的理念来设计线上教学视频，将BOPPPS 模型中的“课程导入、课堂目标和课前检测”3 大模块与金课的“两性一度”结合，形成以下3 点。① 具有创新性的课程导入：明确每节课的课堂目标和重点内容，以工程案例作为课程内容和思政育人元素的切入点，了解知识从哪里来，用到哪里去，建立知识与工程之间的联系；② 具有高阶性的课堂目标：将课程目标分解为课堂目标，知识、能力和素养有机融合，明确每一讲视频能让学生学到什么，能够解决什么问题，培养什么样的素质和能力；③ 具有挑战度的课前学习检测：带着教师课前布置的学习要点、任务、问题和练习完成线上视频学习，并以分值鼓励学生将自学中的疑问留在学习平台，以便线下课堂答疑解惑，学做相融。

需要说明的是，课程的“两性一度”并非仅仅体现在线上资源的内容设计和线上自主学习，而是贯穿了“线上线下、课内课外”育人的全过程。现以第三章第一讲的扭矩和扭矩图为例，说明线上学习所呈现的流程，如表4 所示。

（2）以智慧空间为主的参与式研讨

以“重点知识提问—线上问题答疑—作业问题分析—课堂多屏检测—内容总结改进”的理念完成线下课堂教学，将BOPPPS 模型中的“参与式学习、课堂检测和总结”与工程教育认证的“三大理念”结合，形成：①以学生为中心的参与式学习，即基于课前线上学习，把线下课堂设计成复习课、讨论课和习题课，以问题导向，聚焦重难点和学生学习困惑，提出问题，分组讨论；② 以产出为导向的课堂检测，即围绕课堂目标，借助智慧教室的多屏互动功能，以小组协作形式全员参与同解一道题，即时发现问题，检测课堂目标达成情况；③ 持续改进的课堂总结，即归纳课堂核心内容，引入知识应用的实际工程案例，识别并判断工程案例中的关键参数，抽象力学模型，说明解决复杂问题的多元方法。现以第七章组合变形中的弯扭组合变形为例，说明线下课堂的教学组织流程，如表5 所示。

表5 样例——线下课堂教学流程示例

线上线下混合的教学方法改变了传统课堂在有限学时内的“理论满堂灌”，把传统课堂上听不懂，课后再复习完成作业的时间提到了课前的学习和课中的练习、测试和强化等。所以，相比传统课堂而言，学生在混合式教学中的总体时间投入并未发生太大变化，只是投入的时间向前“迁移”了。

5 认证理念下课程考核的达成评价方法

5.1 考核评价的形式和内容

考核评价的形式和内容不但要与课程教学大纲保持一致，还受到课程考核合理性审查机制的约束，从而确保考核内容、比例等合理支撑课程目标。“材料力学”课程的每个目标由3 项考核成绩组成（如图4），课程目标1 主要考察工程知识的掌握程度，课程目标2 以能力考核为重，课程目标3 旨在考查学生的自主学习意识。每一个课程目标的考核方法和内容阐释如下。

图4 课程考核评价方法

（1）课程目标1。期末考试主要是基本变形（简单问题）的安全校核问题。验证实验是拉伸、压缩和扭转的线下实验。课堂测试以基本变形知识点为核心，考核形式分为两类。① 3 人一组的协作互助式考核：针对重要的知识难点，3 人自由组队，在20 分钟内协作完成3 道题目，题目的难度以每人每道题10～15 分钟内完成为宜，剩余的5～10 分钟，组内人员互相检查，针对可能出现的问题，相互帮助并讨论修正；② 单人线上平台考核：针对常规的知识要点，借助课程平台，从题库中抽取考题，在规定的时间开放，20 分钟内完成并自动提交。

（2）课程目标2。期末考试主要是利用强度理论分析组合变形（复杂问题）。虚拟仿真主要针对由于实验学时不足，难以开设的应力应变测试以及有限元分析等线上仿真实验。项目报告以工程应用为主旨，完成选题、答辩和报告等任务，基本要求为：① 3 人一组，且项目报告必须含有从工程案例到力学模型的简化，从参数赋值后的理论计算到有限元仿真的对比分析，以此锻炼以力学思维解决复杂工程问题的多元方法；② 评分由教师对答辩和报告的评分以及组间互评组成，每组汇报时需至少接受来自教师和其他组别的提问各一个，汇报人、答题人和报告撰写人要有明确分工，不可由同一人完成，评分时要考虑选题难度；③ 提交的项目报告封面要明确整个项目的任务分工，写明答辩时教师提出的改进建议以及具体改进措施。

（3）课程目标3。通过课前视频学习并完成线上检测和平台作业，以及在平台留痕学习的过程性材料等线上学习成绩的数据记录，实时追踪学生的自主学习动态，并根据学生成绩的动态波动情况开展差异化教学（如图5）。另外，对有价值的讨论设置为精华帖，对平台作业中留下的有价值的问题给予赋分奖励，并于课堂提出表扬和重点回应。

图5 班级全体学生和某个体学生线上学习数据动态

5.2 课程考核的达成评价

课程结束后，需要对课程目标是否达成进行评价，一方面依据定量评价方法计算各课程目标的达成值，并以散点图形式呈现学生个体在各个课程目标上的达成情况（如图6 所示），另一方面依据定性评价方法了解学生视角下课程目标的总体达成情况。最后从定量评价和定性评价两方面总体分析教学过程存在的短板、产生短板的原因，并与上一轮教学结果进行比较分析，提出持续改进的具体策略。

图6 样例——课程目标达成情况散点图

例如，从最近一期的课程考核分析发现：课程目标2 是课程教学的短板，培养解决复杂工程问题的能力仍有较大提升空间，达成值较低的主要原因是在期末考试的有限时间内完成以强度理论分析组合变形等复杂问题上的得分率较低。作为课程教学的难点，也是课程高阶性和挑战度的重要体现，课程目标2 的各项指标仍需加强，但与前几个轮次相比，课程目标2 的达成值稳步向好，特别是虚拟仿真、项目汇报和课堂讨论等环节的持续改进，让学生有了更发散的力学思维来判断和识别工程案例中的关键要素，并懂得利用理论、实验和模拟等更多元的方法去解决实际工程中的力学问题。

6 总结

新形势下，塑造基础理论扎实、工程思维活跃、实践能力突出、家国意识自觉的工科人才更符合地方高校的人才培养理念。而课程教学作为人才培养的基石，最后一公里铺的实不实，将对人才培养产生重要影响。一流课程建设和专业认证完全可以同向同行，但确也由于课程体系的不断优化，“学时短、课程难、基础弱、实践少”几乎成为地方高校工科专业课程普遍存在的共性问题。为了解决这些问题，“材料力学”课程自2018 年开始探索线上线下混合式教学方法，经过5 轮迭代和实践，特别是在如何将线上学习落到实处，线下课堂提高效率等方面取得了明显成效。课程各个目标的达成值均稳定在0.6 以上，学生对课程目标的自我评估保持在4.5 分以上，在试卷深度和难度相当的情况下，学生的卷面及格率相比多年徘徊在50%以下的传统课堂而言提升20%左右，个体成绩的两级分化现象明显改善，学生对教学方法的认可度高，评教数据稳居前列。多元混合式的教学方法有效弥补了课时压缩造成的知识传授捉襟见肘、能力培养无从下手的原状，课程亦获得了省级线下、线上、线上线下混合和虚拟仿真一流课程的全方位开花结果。课程融合专业认证理念、两性一度要求和BOPPPS 教学模型所形成的新方法，以及线上教学资源建设、智慧教学空间使用、教学模式改革创新等方面可为同类高校的相关课程建设提供参考。