基于工程教育专业认证的工程化学课程混合式教学模式改革与实践

艾 兵，张丽鹏，柳玉英，董丽丽，王 平

(山东理工大学 化学化工学院，山东 淄博 255049)

所谓工程教育专业认证，它是实现工程教育和工程师资格可以得到国际认可的重要基础，是目前在国际上通行的保障工程教育质量的基本制度，同时也是进行工程专业人才培养环节中的关键一环[1]。工程教育专业认证的主旨理念就是以学生为中心，核心要求是要看工科专业毕业的学生是否达到了能够被行业认可的行业质量标准或者是行业质量要求，它不是一种选拔性评价，而是这样一种合格性评价，而且这种评价是以专业对学生的培养目标以及专业对学生的毕业出口要求作为它的导向[2]。

工程教育理念最早提出是在2000年左右，由麻省理工学院等四所国外的大学联合成立了一个跨国机构，专门研究以“构思、设计、实现、运作”(简称CDIO)为核心的工程教育理念。2006年，我国对工程教育专业认证进行了试点。2007年，教育部召集了中国工程教育改革论坛与CDIO国际合作组织大会两个活动。2008年，高等教育司建立小组专门研究和实践CDIO工程教育模式。2010年，我国召开首次CDIO工程教育模式试点工作大会；依据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020)》，我国开展了“卓越工程师教育培养计划”，该计划为我国由工程教育的大国向工程教育的强国迈进奠定了坚实的基础，山东理工大学入选教育部“卓越计划”首批试点[3]。2016年，我国正式成为《华盛顿协议》组织的第18个成员国。山东理工大学于2018年启动了7个专业的工程教育专业认证工作。

工程化学课程是为参加工程教育专业认证的非化学化工类各工程类专业开设的一门重要基础化学理论课程，该课程的主线为化学反应基本原理，授课内容涵盖化学热力学、化学动力学、化学平衡、水化学、电化学、高分子化学、物质结构、绿色化学、环境保护、材料化学、能源化学、生命化学等内容，穿插介绍现代分析测试技术[3]。目前，山东理工大学机械工程学院机械制造、材料成型及控制、交通与车辆工程学院车辆工程、建筑工程学院土木工程等专业都将工程化学课程作为本专业学科基础平台课程中的必修课进行开设，每年涉及学生数近千人。传统的工程化学课程教学存在一些问题，比如，教学模式单一，对学生的实践能力培养不够重视，考核方式不够多元化，课程的信息化建设水平较低，对学生解决复杂工程问题的能力培养不够立体等，难以满足工程教育专业认证对化学类课程的要求。

近年来，随着计算机和信息技术行业的快速发展，混合式教学模式已经成为了高等学校教育发展的大势所趋。所谓混合式教学模式，是指在学生整个的学习过程中，能够将课堂面授的优势和在线学习的优势进行融合和互补，提升学习的有效性。混合式教学模式不仅仅是教学模式上的改革，而是一种教学理念的提升，这种提升会使得教师的教学模式、教学策略、教学角色以及学生的认知方式等随之改变，国内外混合式教学模式的探索在近年来呈现出明显加快的增长趋势，混合式教学系统的设计和开发也呈现出多元化、专业化的趋势，应用混合式教学模式对高等学校课程教学进行系统化地改造也受到各高校的广泛关注[4]。山东理工大学在2012年被教育部确定为第一批教育信息化试点单位，对信息技术与课程教学深度融合模式进行了深入探索，积累了混合式教学模式改革的大量经验。2018年，山东理工大学被教育部评为首批教育信息化试点优秀单位，省内高校仅有2所。

在工程教育专业认证和学校着力推进信息化教学改革的背景下，结合学校工程化学教学发展的现状，我们以引入混合式教学模式为抓手，带动工程化学课程更新教学理念、重构教学内容、创新教学方法，构建新的考评体系，进行信息化建设等，实现课程的整体改造，从而提升学生的自主学习能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，使工程化学课程教学能够满足工程教育专业认证的各项标准，为学生将来能够成为卓越工程师奠定坚实的化学基础。

1 更新教学理念

教学改革的第一步应该是教师要更新教学理念。只有具备了先进的教学理念，任课教师才能够主动地对教学过程的各个环节进行革新。

以学生为中心、成果导向和持续改进是工程教育专业认证最基本的理念，产出导向(OBE)教育理念，是于1981年被提出后迅速得到世界各国认可的先进理念，经过多年探索与实践，其理论体系和操作模式已经趋于成熟[5]。在传统教学模式中，依据专业导向制定培养方案，根据培养方案决定开设哪些课程，教师组织教学过程，实际上是教师讲哪些学生学哪些，注重知识传授，以教师为中心；而产出导向教育模式，依据培养目标制定毕业要求，根据毕业要求决定开设哪些课程，教师组织教学过程，学生需要讲哪些教师就讲哪些，注重能力培养，以学生为中心。同时，工程教育专业认证特别突出持续改进，要求参加认证的专业要建立持续且有效的改进制度，从而能够保证培养目标与行业需求不断适应，能够保证毕业要求与培养目标不断适应，能够保证教学活动与毕业要求不断适应。

2 调整教学目标

山东理工大学于2017年在全校第七次本科教学工作会议上提出了“五有”人才的人才培养目标。结合工程教育专业认证的目标和工程教育专业认证的毕业要求以及学校各专业的人才培养目标，我们对工程化学课程的教学目标进行了调整，同时，建立了课程教学目标对毕业要求指标的支撑关系矩阵。以机械设计制造及其自动化专业为例，具体的调整情况如下：(1)教会学生掌握溶液和胶体的基本性质、化学热力学、近代物质结构、化学平衡等有关化学基础知识和化学基本原理。①掌握溶液和胶体的基本概念；能够研究溶液和胶体的基本性质及其原理。②熟练掌握化学热力学的基本理论知识并且能够加以应用。③能够认清物质的基本结构，并且利用近代物质结构观分析其结构与性质之间的关系。④熟练掌握化学平衡的基本原理并加以应用。(2)通过学习使学生达到的基本要求。①能够熟练运用化学基本原理掌握有关化学元素、化合物和化学反应基本知识的能力。②具有按照实际情况运用所学化学知识和化学原理的能力。(3)学生学习后能够提高的素质。①提高工艺素质：在产品制造过程中能够合理地运用人力、物力资源，在保证产品质量的前提下最大限度地提高生产效率、降低生产成本，从而利用各种技术手段提高企业的经济效益。②提高学生自身素质：在处理多因素复杂工程问题时运用工艺理论和思想去粗取精、去伪存真、抓住主要矛盾或矛盾的主要方面，进而合理地解决问题。

3 重构教学内容

传统的工程化学课程采用的是章节结构来进行课堂教学，这种授课方式已经无法满足混合式教学模式的需要。为满足混合式教学模式改革的需要，必须对课程的教学内容进行顶层设计和重构。

根据布鲁姆的教学理论，其将知识维度的类别分为了事实性、概念性、程序性和元认知知识，其将认知过程维度的类别分为了记忆、理解、应用、分析、评价和创造[6]。依据该理论，我们对工程化学课程的知识点进行统一梳理和重新编排，各知识点的授课内容也进行了较大的革新，以使授课内容适应不同专业的毕业要求和人才培养目标，满足工程教育专业认证的需要。工程化学课程经过梳理后目前形成了75个知识点，我们在梳理的同时明确了各知识点的知识维度和认知过程维度，建立了工程化学课程各个知识点的知识维度和认知维度的关系矩阵。通过一系列基础性工作，我们打破了工程化学课程原有的章节结构，弄清了知识点的难易程度，弄清了哪些知识点应该以教师讲授为主，哪些知识点应该以学生自学为主，为实现知识点的模块化教学和混合式教学模式改革奠定了重要的基础。

另外，我们通过重构教学内容着力加强对学生实践动手能力和创新素质的培养。一方面，我们对课内实验教学项目和内容进行了调整，项目由原来的金属的腐蚀与防止调整为氧化还原反应和氧化还原平衡，更加注重化学基本知识和基本技能训练，穿插介绍化学实验安全和操作规范知识，帮助学生树立工程安全的防范意识。另一方面，充分发挥学院化学、化工学科的科研优势，将科学研究前沿热点领域的知识点整合成恰当的教学内容，激发学生对工程化学课程的学习兴趣，同时较好地实现科研对教学的反哺功能。

4 探索混合式教学模式

面对工程教育专业认证，必须深化课程教学模式改革，提高教学质量，这是达成培养目标的关键。第一，课程教学必须由灌输型向对话型改变；第二，课程教学必须由封闭式向开放式改变；第三，课程教学必须由知识培养型向能力培养型改变；第四，课程教学必须由句号型向问号型改变。基于以上理念，我们设计构建了工程化学课程的多元混合式教学模式，注重线上与线下的融合，注重课内与课外的互补，注重打破时间和空间局限性，充分利用网络教学综合平台各个模块的功能，提高学生自主学习的能力，提升学生自身的综合素质。

基于山东理工大学网络教学综合平台，对工程化学课程的教学资源进行了信息化建设，完善了学生线上学习的学习环境。通过网络教学综合平台，完善了课程介绍、教学大纲、教学日历、教师信息等课程基本信息。课程教学资源模块下初步形成了学分互认、课堂教学卓越计划、课程标准、教案、实验、教学课件、导学任务单、基于知识点的课程体系建设、拓展性教学资源等子模块，为学生在线学习积累了丰富的线上资源。

学生通过导学任务单提前了解教师布置的自学任务，线上浏览网络教学综合平台相关学习资料，完成自主学习；同时，通过平台将存在的问题提交给教师，教师就学生自主学习的效果给予跟踪指导和及时地评价与反馈，还可以组织课前在线测试，教师与学生完成课前的在线互动。

课堂上教师进行精准讲解，所谓精，是指教师集中精力讲授重点和难点部分；所谓准，是指教师集中解释学生线上反馈的问题。精准讲解的目的是要把课堂时间还给学生，要把学生的自主权还给学生，以问题为导向，授学生以渔，提高学生发现问题和解决问题的能力。通过精准讲解节省出来的时间可以用于学生的小组讨论、翻转课堂、课堂在线测试等教学环节，实现课堂的师生以及生生互动。

学生利用课后时间通过线上继续学习，巩固课堂上教师所讲授的内容，根据教师的要求完成课后作业并在规定的时间内通过平台进行线上提交，教师通过平台及时对学生提交的作业进行批阅和反馈，教师还可以向学生展示优秀作业。另外，我们还通过平台的答疑讨论版块，鼓励学生开展“三问三答”活动，即每个学生要在该模块发表三个与课程相关的讨论主题，并要参加其他三个同学发表主题的相关讨论，教师要及时地参与到每一个学生发表的主题中并给予解答，实现了课后的师生以及生生互动。

一个模块的知识点结束以后，学生可以将该模块内的知识点进行梳理，将模块内的知识点内化到自己的知识体系中，并根据自己的理解绘制出知识地图，以学生笔记的形式上传到平台，教师及时进行评价与反馈。教师在本阶段也可以进行一定程度的教学反思，及时形成教师笔记并上传到平台供学生查阅。同时，教师还可以组织课后测试、单元测试、模块测试等丰富多样的在线测试活动。

答疑讨论、学生笔记、教师笔记、在线测试等模块活动的开展极大地促进了教学相长，也为整个教学过程的持续改进找到了抓手。

5 创新教学方法

在工程化学课程的课堂授课过程中，经常采用启发式、问题式、比较式、互动式等教学方法，往往是根据授课内容的不同灵活选取，以激发学生的学习兴趣。面向工程教育专业认证，我们首次在工程化学教学过程中引入了案例式教学方法，整理形成了光催化降解水中有机污染物、金属的腐蚀与防止、配合物的形成及其应用、有机合成药物等多个实际教学案例。案例教学法，以贴近工程实际的案例为出发点，通过讲故事的方式向学生娓娓道来，并将相关知识点穿插其中，使学生感觉学有所用，易于接受，同时，通过实际的工程案例，培养学生利用化学知识解决实际工程问题的能力。

6 构建新的考评体系

混合式教学模式的采用迫切要求工程化学课程建立新的考核体系，其必须满足多元化的要求，以适应对线上和线下、课内和课外等多个教学环节的考核；其必须满足过程性的要求，以适应教师可以及时掌握学生的学习情况，对教学过程随时进行有针对性的调整，实现教与学的可持续性改进；其必须满足注重考查能力的要求，以适应工程教育专业认证[7]。工程化学课程新的考评体系包含过程性成绩60%，期末考试成绩40%。其中过程性成绩包含课堂出勤与表现5%，课后作业10%，课程论文15%，团队作业10%，线上学习10%，实验10%。线上学习我们选取了调查问卷、答疑讨论、学生笔记和在线测试四个能够准确量化的模块活动计算成绩，其他指标，比如在线时长、登录平台次数、浏览课程资源次数等作为参考。

7 结语

基于工程教育专业认证，我们对工程化学课程进行了混合式教学模式的改革，并经过了六个自然班的实践与探索。通过对学生在线的调查问卷显示，98%的学生对这种混合式教学模式是满意的，这应该是对我们教改工作的最大肯定。同时，任课教师也明显感觉到，与往届学生相比较，参与混合式教学模式改革的学生学习主动性更高，自学能力更强，发现和解决问题的能力有所提升，综合素质更好，更能适应工程教育专业认证的要求。正如某同学在结课调查问卷中写到的那样，“工程化学课程是一门很实用的课程，它涉及的知识面很广，让我们非化学专业的学生也都收获颇丰；这门课程很注重学习过程和平时互动，激发了我们平时学习的兴趣，让我们能够及时地发现问题和解决问题；为每个模块的知识点构建知识地图对于学习来说十分有用，可以推广到其他课程；混合式教学模式很有意思，让我受益匪浅；喜欢这种学习并快乐的课程”。

我们将依托山东理工大学网络教学综合平台，进一步完善线上教学资源、完善混合式教学模式的各个环节、完善基于知识点的课程体系建设，使工程化学课程持续改进，永葆生机和活力。