工程教育专业认证背景下“试验设计与优化”课程教学改革探索

魏真真，李媛媛，张 岩，眭建华，潘志娟

(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215123)

工程教育专业认证是一种国际通行的工程教育质量保障制度，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1-2]。2016年我国正式成为《华盛顿协议》成员后，在我国掀起了工程教育专业认证热潮，截至2018年底，全国共有227所高校的1 170个专业通过了工程教育专业认证。我校(苏州大学)纺织工程专业是国家特色专业建设点、教育部“卓越工程师教育培养计划”专业、江苏高校品牌专业以及江苏省纺织类重点专业的核心专业[3]。目前该专业正积极开展工程教育专业认证工作。“试验设计与优化”是纺织工程专业的一门必修课程，通过介绍以正交试验设计为主的各种试验设计方法以及试验数据处理与分析方法，使学生具有科学开展试验与正确分析试验数据并进行试验优化的能力，为今后在学习、科研或工作中灵活运用科学试验方法打下基础。因此为符合工程教育专业认证要求，“试验设计与优化”课程需要有新的定位，并在教学内容、教学方法及考核方式等方面进行改革。

一、 “试验设计与优化”课程的新定位

我校纺织工程专业的培养目标之一是使学生能够综合运用数学、自然科学、工程科学和专业知识，对复杂纺织工程问题提供系统性解决方案。毕业要求中工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究以及使用现代工具等都可为达成这一目标起到支撑作用。结合“试验设计与优化”课程的内容与性质，该课程可以很好地对应毕业要求1工程知识以及毕业要求4研究，具体的对应关系见表1。按照工程教育专业认证的要求，培养目标和毕业要求的制定是面向全体学生的，即全体学生在毕业时应达到毕业要求，毕业五年后符合培养目标[4]。然而，“试验设计与优化”以往被设置为纺织工程专业的一门专业选修课，安排在大三阶段，课程修读时间偏晚，面向对象有限，不能做到面向全体学生。因此在工程教育专业认证背景下，该课程应被纳入纺织工程专业的专业基础课，且为专业必修课，达到对应的毕业要求及培养目标。该课程的教学目标分解为3个，与毕业要求的对应关系见表1。

表1 毕业要求及分解指标点与课程目标的对应关系

二、 “试验设计与优化”课程教学改革

工程教育专业认证赋予“试验设计与优化”课程新的定位，在认清目前该课程存在问题的基础上，为保证学生可以顺利达成毕业要求以及培养目标，应在课程内容、教学方法、考核方式等方面作出合理改革。

1. 教学内容改革

传统教学模式下，“试验设计与优化”课程因涉及试验设计方法以及试验数据处理方法等，内容多，概念多，知识点分散，具有一定的抽象性和逻辑性。该课程的基本原理涉及大量统计学和概率论知识，公式多且复杂，学生容易感觉枯燥乏味，难以掌握。课程偏重理论知识的讲解以及公式的推导，虽讲清了知识点的根源，但对学生应用帮助不大，学生的学习积极性和主观能动性不高[5]。教学内容没有明显结合专业特色，不能将试验设计与专业课题研究相结合，不利于培养学生解决实际专业工程问题的能力。

在工程教育专业认证背景下，针对上述问题，应以成果产出为导向，结合培养目标和毕业要求对教学内容进行调整。

(1) 明确课程内容及知识点关系。根据课程新的定位制定详细的课程教学大纲，将课程内容梳理归纳总结，制定各知识点的关系图(如图1所示)，并在每个知识点讲解前将此关系图展示给学生，便于学生明确课程重点，了解各知识点之间的逻辑关系。

(2) 弱化公式推导，强调学以致用。虽然一些公式的推导可以帮助学生暂时理解记忆，但学习这些公式的根本目的是会使用它们，所以在课程讲授过程中适量删减公式的推导过程，将课时用于讲解公式如何用于解决实际问题以及具体的应用场所。

(3) 引入专业案例，强化专业与课程的相关性。从工程教育专业认证的角度分析，教学内容应满足能够培养具有对复杂纺织工程问题提供系统性解决方案的能力，在这种能力的培养过程中，讲授内容应积极将纺织工程专业的具体实例引入到“试验设计与优化”课程知识中。例如，正交试验设计是该课程的重点内容，在讲解试验设计方法时可以以优化涤纶纱线断裂强度工艺为例，分析需要考虑如纺丝速度、牵伸倍数等影响因素及其水平，设计试验，开展试验，进行数据收集与分析，最后得出结论。这样引用专业特色实例，不仅便于将课程的知识点讲解透彻，而且还可以深化专业知识的学习，使学生在知识学习中做到融会贯通。

2. 教学方法改革

传统教学模式下，“试验设计与优化”课程多是以教师讲、学生听的被动式和填鸭式方式教学。虽有部分专业为该课程开设实验课，但实验方式多是让学生按部就班地根据实验流程操作一遍，缺少学生主动思考的空间；虽也有课堂上的提问式交流互动，但由于课程内容枯燥、难理解，互动往往以学生的应付式回答结束，难以激发学生的学习兴趣，教学效果不理想。因此，传统教学方法不符合工程教育专业认证要求中“以学生为中心”的理念[6]。同时，在此教学方法下的学习，学生也很难满足工程教育专业认证提出的毕业要求和培养目标。在工程教育专业认证背景下，针对上述问题，应贯彻“以学生为中心”的理念，结合培养目标和毕业要求进行教学方法改革。“试验设计与优化”课程应根据教学内容灵活选用多样的教学方法。

图1 “试验设计与优化”课程知识点的关系

(1) 充分利用多媒体与网络资源。教师在讲授基本概念、理论、公式时，可配合将相应的图像、动画以及声音呈现给学生，节省板书时间。同时在讲授过程中可以穿插相关历史、典故、人物、事件等，这就需要教师充分利用网络资源提前做足功课。这不仅可以激发学生学习兴趣，促进学生理解记忆，还可以将思政教育融入课堂，提高教学效果。

(2) 以学生为中心，引入翻转课堂、任务驱动、问题引导等教学方式。让学生变成课程教学的主体，需要进行合适的布置安排与引导。将简单基本的知识点翻转到学生课下学习，并布置相应课下与课上任务，让学生带着问题来上课，不仅可以调动学生学习的主动性和积极性，还可以使学生在课上温故而知新。值得注意的是，在课堂讨论过程中教师要发挥引导员和裁判员的作用，不仅要适时给予引导，激发学生发散思维，还要对学生课堂发言、提问、总体表现给予公正、公平、公开的评价，促进学生积极表现。例如，利用方差分析检验回归方程的显著性问题，可以在上一节课时给出下节课的讨论问题(如何检验回归方程的显著性)，上课时分组讨论并派代表发言，教师作出评价；同时针对不同情况(一元或多元，线性或非线性)，教师给予引导性提问(如重复性试验的目的等)，以提高学习质量及课堂教学效果。

(3) 强化实践环节，促进能力培养。“试验设计与优化”是一门实践性与应用性强的课程，工程教育专业认证背景下更重视实践教学环节。我校纺织与服装工程学院拥有现代丝绸国家工程实验室、虚拟仿真实验教学中心等国家级科研平台，该课程在设置实践环节时需紧密结合专业优势和这些科研平台开展。例如，开展正交试验设计与数据处理，可以分组设置试验环节，让学生自己确定与纺织工程专业相关的考察指标以及影响因素及水平，在实验室开展试验，获得结果，对结果进行分析，并得出结论。这样不仅可以充分利用学院现有资源，而且可以调动学生学习的积极性，培养设计与动手能力，同时还可以使学生总体把握该课程的主要内容，逻辑思路上更为清晰。

3. 考核方式改革

传统教学模式下，“试验设计与优化”课程的考核方式主要为闭卷考试，虽也计入平时成绩，但所占比例低，且没有明确的量化标准。这种考核方式一方面不能公平客观地反映学生的学习成果，另一方面也不利于对课程进行合理有效的评价以及持续改进。

在工程教育专业认证背景下，针对上述问题，应重视教学过程中的考核与评价。根据“试验设计与优化”课程的教学内容和教学方法，在教学过程中设计不同环节，如课堂发言及表现、课后练习作业、小组互动表现、实践环节等，将学习过程中学生在不同环节的表现都纳入考核范围并按比例给予成绩；同时调整卷面考试内容，不仅有基础知识，而且注重对解决实际问题能力的考核；最终成绩由过程考核成绩和卷面考试成绩构成。教师在实施每个需要考核的过程时，需制定并提前公开此过程的考核标准，便于课程考核与评价。过程考核不仅有利于教师及时了解各环节中学生的学习效果，及时调整课程教学进度，还有利于发挥学生的积极性，培养学生团队合作精神与解决问题能力；同时也将改善学生只在期末考试前死记硬背的突击式应考心态，促进学生加强平时学习。

三、 结语

开展工程教育专业认证是提升工程人才培养质量以及促进工科专业建设的契机，也是工程教育改革的内在发展要求和必然趋势。在工程教育专业认证背景下，我校纺织与服装工程学院针对“试验设计与优化”课程教学存在的问题，将专业认证的基本理念引入到教学内容、教学方法和考核方式中，采取内容上强化专业与课程的相关性，方法上注重实践能力的培养，考核上重视过程化评价等一系列改革措施。坚持以学生为中心，以学生成果产出为导向，以持续改进为手段，培养纺织工程专业学生解决复杂纺织工程问题的能力，达到工程教育专业认证下的培养目标与毕业要求。