应用型本科专业基础课工程教育教学探索

周先辉，解 芳

(南阳理工学院 智能制造学院，河南 南阳 473006)

一、前言

工程认证理念已成为工科专业教学改革的主要方向，越来越多的高校加入 “工程教育专业认证”行列，逐步推进课程体系和教学内容改革。专业基础课是大学期间最早的专业类课程，此类课程该如何有效服务于工程应用型人才培养、落实工程教育理念备受关注。课程知识容量大、理论知识与专业核心课程分离、课堂教学组织指向性模糊、学生知识迁移与融合能力不足、教材与培养目标不适应、评价机制不健全等是许多应用型本科高校专业基础课程教学过程中普遍存在的现象。本文以工程教育认证为背景，结合作者多年教学实践和思考，以《控制工程基础》课程为例，从教学内容整合、课堂教学组织、教学资源建设、学习成果与课程质量评价等方面，对专业基础课工程教育教学进行探索。

二、订立课程目标，整合教学内容

解决复杂工程问题的能力培养，是我国高校拟认证工程专业毕业生必须具备的核心能力[1]，这种能力的培养贯穿教学的全过程，课程体系中的每一门课程都应体现自己在培养学生解决复杂问题、应对复杂工程活动能力中的价值[2]。专业基础课作为理论到工程应用的桥梁，为学生奠定通过原理与抽象模型分析和解决工程问题的能力基础，对学习者创新意识的培养及系统的科学思维形成具有直接的影响。为此，要有充分的教学内容引导学生强化对科学和工程原理的理解和运用。

1.依据毕业要求订立课程目标，提取课程能力培养核心知识形成教学内容

依据工程教育认证标准，专业制定出培养目标后，需建立起与毕业要求的对应关系，以支撑培养目标的达成。之后，将毕业要求的指标点按能力形成的逻辑“纵向”分解，与课程对接，构建课程矩阵。然后，订立课程目标，将毕业要求逐条落实到每门课程的教学大纲中，明确具体课程的教学内容对达成毕业要求的贡献。

工程认证背景下，针对《控制工程基础》该如何服务于学院机械制造及其自动化专业的人才培养目标，课程组首先进行了教学大纲的修订工作。对照工程认证理念，仔细研读专业培养目标和毕业要求，分析本门课程与12条毕业要求指标点的关联，明确强相关项，订立课程目标，实现课程对毕业要求的支撑，如下表所示。

表 课程目标与毕业要求

专业基础课通常为技术理论知识，涉及多门学科，涵盖内容多，在许多应用型本科高校中普遍存在着教学内容与课时不足之间的矛盾。教师选取教学内容时，较多依据个人经验和兴趣，学生学习过程中常常难以把握课程要点，只见树木不见森林。为实现对毕业要求的有效支撑，课程组首先理清丰富的课程知识与课程目标和毕业要求的关联(图1)，针对课程目标进行能力分解，提取与各项能力培养所需的课程核心知识，以教学大纲形式规范课程教学内容，使教师明白教什么，学生明白应该学到什么。针对课程目标1的能力分解、核心知识提取与课程教学内容规范的技术路线如图2所示。

图1 课程知识与课程目标的关联

图2 课程目标的能力分解与教学内容规范技术路线

2.寻找课程间的内容结合点，将理论知识与工程实践相关联

专业基础课的内容通常为概况总结、高度凝练的一般规律，与实践紧密相连。在当前应用型本科的课程教学中，专业基础课常注重系统理论知识要素的组织，而专业课则聚焦于学生经验技能的习得。教学中这种技术理论知识与技术实践分离的现象，不仅造成学生对理论知识的理解不够深入，而且使得学生在专业实践过程中缺乏反思，阻碍了专业基础理论知识的迁移。因此，教师需花大力气思考所授课程的理论知识在工程实践中的地位，应用恰当的教学方式帮助学生建立理论知识和实践应用的纽带。课程教学内容的整合就是要找到专业基础课与专业课的共同点，即技术理论知识与工程实践知识的结合点，将理论知识嵌入实践过程中，使其成为一个整体[3]。

《控制工程基础》作为学院机械专业的一门核心课程，旨在为学生解决机械系统动态问题、机电自动化系统的工程分析与设计奠定理论基础。为准确找出该课程与其他课程间的共同点，课程组通过分析课程内容在整个专业课程体系结构中的地位以及与之相关课程之间的联系，对课程知识与专业能力培养目标之间的需求进行分析，明晰了课程核心知识在相关课程间的流动与迁移，绘制成如图3所示的知识迁移图。实践表明，教学内容与基础知识的结合为学生提供了将已学知识固化为能力的应用舞台，与工程实践的结合不仅揭示了专业基础知识的源头，亦推开了工程应用之门，使“学”有目标可循；而且，课程间的知识迁移与流动关系为教学内容的取舍提供了依据，在有限的课程教学时数中，使“教”有的放矢。

3.凝练系统性工程实例，关联课程核心知识

工程问题的解决需要综合应用多个知识点，若不建立起这些知识点的内在联系，就只能机械地针对某些特定问题应用单一的知识，难以系统运用基础理论解决复杂工程问题。因此，将课程内不同的知识点进行连接，整合为系统性的知识；引导学生从系统性的工程实践问题开始剖析课程理论知识的形成过程；将对问题的探索与课程内容的学习结合起来，建立与实际问题关联的课程系统性知识[4-5]；不仅可以大大促进课程内知识的流通，形成有效的课程知识体系，为解决复杂工程问题提供基础，更有助于激励学生在问题的解决过程中学习知识、培养能力和提升素质。

《控制工程基础》在学院机械专业的课程教学中，为将课程理论融入工程实践性问题、尝试从问题到原理层面对课程的知识点与技能点进行整合，依据课程目标和教学内容，由简单到复杂凝练出多项工程实践问题，循序渐进地形成不同梯度等级的典型工作任务。图4展示了一个系统性的工程实例分解为典型工作任务并关联课程内容的过程。该工程实例不仅将课程核心知识点与实践逐一关联，使控制系统工作原理、信息传递、数学模型建立、时域分析、频域分析、稳定性、校正设计等知识系统化，而且通过实例逐步综合化的过程，使学生解决复杂工程问题的能力得到提升。

图3 课程间知识流动与迁移图(部分)

图4 课程核心知识关联、流动、迁移与系统化示意图

三、以学习产出为导向，围绕课程目标组织课堂教学

工程教育模式下的课堂教学，不只是教学内容的取材与整合问题，更多地要从教学方法和教学组织形式加以考虑。近年来，许多应用型本科院校逐渐将产出导向(OBE)理念融入课程，案例教学、项目驱动、探究式、翻转课堂等被尝试引入课堂，取得了良好的教学效果。但目前这些教学活动的组织常在较大程度上受到教师专业知识、经验水平和个人偏好的影响；教学活动的产出与毕业要求、课程目标的关联性不足，出现教学内容与学时矛盾、学生课外学习任务繁重等现象。工程认证背景下，教学方法和教学组织形式的选择首先应该并能够服务于课程目标的实现，按照课程目标组织以产出为导向的整个课堂教学过程[6]。

1.分解课程目标，设计课程教学单元

以产出为导向的课堂教学，任课教师首先必须对学生在本门课程中应达到的学习成果有清楚的定义，针对每个课程目标进一步细化，形成教学单元子目标。对教学子单元，按照单元中不同知识点的教学要求实施教学策略，设置能支持其实现的教学环节与学习活动，循序渐进地实现课程目标的达成，以实现对毕业要求的支撑。

图5 课程目标分解、子单元与教学策略设计

《控制工程基础》在教学过程中，对课程目标进行了分解，依据课程子目标形成教学子单元，通过不同的教学策略承接各课程目标和教学子单元，如图5所示。这些教学策略在关注学生如何掌握个别知识点的同时，基于工程实例进行核心知识的关联、流动与迁移，以帮助学生建立体系完整的知识结构。实践表明，学生完成第一单元学习后，对控制论的基本思想、机械工程广义系统中信息的传递、转换与反馈等均有很好的理解，能正确建立物理系统的信息传递模型，具有分析机械工程系统动态行为所需的基本概念与工程知识，了解控制系统设计的基本思路。

2.以典型工作任务和行动为导向组织教学，建立交互式反馈的对话课堂

真正的学习成果，要结合课程特性和内容体系的教学需求，以能力和素质的养成为出发点，让学生有机会在不同的情境中应用知识，并能根据自身行动的反馈信息来促进学习成果的有效达成。以典型工作任务和行动为导向组织课堂教学，是德国双元制职业教育的常见方法，可以有效促进师生、生生对话，提升学生行动能力，增加课堂教学的“含金量”[7]，是学习产出的重要保障。但在面向学习产出的教学组织中，教师必须时刻清晰课程目标，通过传授方法能力、促进学生个性能力、社会能力等关键能力的提升，以增强解决问题的专业能力。

《控制工程基础》在教学实践中，围绕课程目标设立了多个典型工作任务，按教学内容的进展由简单到复杂逐步推进。图6展示了一个电路分析的工作任务单推进过程，目标为通过多种途径进行系统建模、分析并对比，以展示对动态系统时域分析的方法能力。任务开始前，教师必须明确包括知识、理解、应用和解决问题四个层次上学生要努力达到的能力水平，对完成任务所需的课程知识进行讲解，对行动要点进行示范。之后，任务分组下达，学生根据自己的意愿建立工作小组开展行动、形成工作报告并进行作品展示。任务完成期间，遵循循序渐进和逐步推进的原则，学生碰到问题先在小组内部解决，共性问题通过小组讨论、组间探究、向教师咨询的方式解决。小组代表负责在班内讲解工作任务、展示成果，各组形成一份工作报告，组间及教师对学习成果进行质疑与评价。实践表明，这种以行动为导向的小组分工与合作具有同伴教育效果，极大促进了同学之间正面的相互影响，推动了学生个性能力的提升。围绕工作任务而展开的交流，不仅为生生对话、师生对话搭建了互动平台，而且学生与他人一起工作的意愿增强，促进了其社会能力的提升。任务完成过程中的交互式反馈，不仅激发了学生对课程知识的再思考，亦为教师改进课堂教学提供了方向，使师生的专业能力均得到提升。

四、以学生为中心，建设课程教学资源促进高效自主学习

工程教育需要大量优质的教学资源来支撑，便于学生在课堂以外的广阔场域中学习。以学生为中心的课程教学资源建设要以学生的自主学习为中心，通过开发、整合与优化课程教学资源，为高效学习和学习产出提供高质量的引导。教材建设和网络学习平台建设是课程教学资源建设的重要内容。

图6 行动导向教学工作任务单及推进

1.建设适合应用型本科的专业基础课程教材

教材是课程教学内容和教学方法的载体，是支撑人才培养的重要教学资源。工程教育认证理念下，不同类型高校具有各自不同的人才培养目标定位，因此专业教学中应该有适用自己培养目标的课程教材。对应用型本科工程教育而言，专业基础课程教材建设需着重体现理论在具体实践中的应用，重新审视内容的组织方式，面向以学生为中心的自主学习模式，注重教学内容和学习过程的结合，实现从教材向“学材”的转变，使课本同时成为学习指南[8]。理论与实践有机融合，知识学习与能力培养并重，引导学生建立问题空间及其相互关联，将学习过程演变成为思维启发、能力训练过程，是教材建设需要着力解决的问题。

《控制工程基础》在学院机械专业的教学过程中，选用研究型院校编著的一些经典教材多年。由于理论深度、内容结构和学生学习能力等方面的差异，教材在使用中“水土不服”的现象逐渐凸显。主要表现为学生在阅读的时候，常常苦于数理基础知识的薄弱、实际分析系统的纵横交错，对控制理论和分析方法茫然无绪甚至望而却步。尽管课程涉及的一些控制理论对他们来说抽象难解，但许多人对控制理论和控制技术如何在实际机电控制系统中起作用方面充满着学习期待并努力实践，课程学习一路艰辛。为更好地服务于课程建设和人才培养目标，课程组结合多年教学经验，编写出版了一本面向应用型本科的《控制工程基础与应用》教材。在选材上坚持为机械服务、机电结合、紧密联系实际的原则，本着理论来源于工程实践并回归工程实践的理念，通过多个工程实例逐步说明基础理论与实际机电控制系统设计和分析之间的联系。同时，注重引导读者使用计算机软件进行仿真和分析，以简化计算分析过程，快速直观地理解控制理论。

2.推进贴合学生学情的交互式课程网络学习平台建设

当前，网络已发展成为知识供给的重要渠道，但大量信息也常使得学生在网络上的主动学习无所适从，出现信息迷航与过载现象，因此，课程的网络学习需要教师的专业指导。围绕课程目标，建立与教学内容相结合、有信息反馈、回应服务并可监控的师生交互网络平台，及时准确地对学生的主动学习进行指导、评价与反馈，是以学生为中心的教学理念的支撑。

学院《控制工程基础》课程网络学习平台，经历了精品课程网站建设、优质MOOC资源选用、在线学习平台建设等不同阶段。早期的课程网站，主要针对教学文本资源的管理，学生只是单向的学习资源接受者，教学资源的固化与信息交互的缺失使课程网站与教学实践脱节，学生关注度不高、资源利用率低。与之相比，优质MOOC资源免费开放的课程以其轻松自由的学习氛围吸引了更多的学生，教师开始选用其作为教学的补充，取得了较好的效果。此时，对网络持续学习动力的增进、学习进程的管理、课程资源与本校学生学情贴合性等问题催生了自主建立在线课程学习平台的需求。目前，课程组利用学校尔雅课程建设与服务平台在建课程学习平台，除各种课堂教学资源外，通过课程自测、作业分发、在线答疑、问题讨论等方式推进师生互动，积极引导学生自我管理，在网络中有效自我学习、思考和探索问题。

五、建立课程学习成果与课程质量评价机制，持续改进

课程考核是学习效果检查和教学质量评价的主要方法。工程认证背景下，需明晰课程考核和课程目标间的关系，针对课程目标设计考核内容、方法和标准。考核内容围绕课程目标设计，考核方法有利于判断学生课程目标的达成情况。课程质量评价则应聚焦于学生的学习成果，能客观地判定与毕业要求指标点关联的课程目标达成情况，为持续改进课程质量提供依据。

1.针对课程目标，从知识传授和自我构建两方面对学习成果进行评价

学习成果有认知性和非认知性两类，而教育评价则基于特定的认知理论[9]。以教师为中心的行为主义课程观强调知识和技能的传授效率，关注的学习成果一般为事实性的知识及技能，常用“选择-反应”客观测试进行评价。以学生为中心的构建主义课程观强调学习者自己主动去构建知识，属于高级学习，关注的是学生解决复杂问题并将知识运用于真实情境中的能力，表现性评价更有针对性。

基于行为主义和构建主义认知理论在评价测试中的各自优势，《控制工程基础》在评价学习成果时，围绕课程目标，对涉及记忆、转化、解释和推断等心理过程的基本概念、原理与工程知识的评价，采用选择、判断、填空等形式进行考核，在一个完整的教学单元结束后进行，通过网络教学平台在线实施。在巩固已有知识，检查教学效果的同时，落实把考核过程作为学生的学习过程、发展过程的理念。在对运用、分析、综合和评价等课程目标考核时，由于涉及用所获得的知识完成某项任务或解决某个问题，采用以学习者为中心的表现性评价方式。课堂参与、典型工作任务和实验为表现性的实践任务，用于评价课程情感、表达能力和动手能力等非认知性的学习成果。期末试卷为表现性评价的书面任务，通过简答、论述、计算题等方式考查“为什么”“怎么用”及“何时用”等学习成果。

2.建立课程教学质量评价机制，持续改进

工程教育专业认证要求定期开展课程质量评价并持续改进。建立课程目标达成评价办法，实现课程目标的可衡量、明确课程目标对毕业要求指标点的贡献，是教学质量评价的要点。

《控制工程基础》课程质量评价时，课程组首先通过达成度评价办法明确了各课程目标的评价依据。如，课程目标1将作业、单元测试、期末试卷中陈述性知识测试作为学习成果，课程目标2包含表现性评价的实践任务完成情况和期末试卷中高阶学习能力测试，课程目标3依据课程实验评价等。然后，依据学生的各项考核结果及权重设置，对每个课程目标达成度进行定量计算。通过比较各课程目标达成度数据，找出短板，发现问题，为持续改进提供依据。此外，课程结束后的教学调查问卷、校院两级教学督导机构对课程教学的监控和质量评价，亦为课程的持续改进明确方向。

六、结语

产出导向、以学生为中心和持续改进是工程教育专业认证的核心理念，如何利用好工程教育专业认证这一手段进行基础课程教学改革，进而提升工程教育质量，是教师必须思考的问题。《控制工程基础》课程在教学实践中，对课程教学内容、教学方法、资源建设和质量评价等方面进行了积极的尝试，取得了较好的效果。但教育教学的有效性，必须体现在学生的成长和发展上，围绕工程教育培养模式的专业基础课程教学改革，还需要不断的探索和创新。