工程教育认证视角下项目引导式教学改革探索与实践

赵德清 高洪霞 杨 玲

(四川轻化工大学生物工程学院，宜宾 644002)

一、引言

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，其宗旨是推进工程教育改革，提高工程教育质量，促进工程教育与企业界的联系，促进中国工程教育的国际互认，提升国际竞争力。我国于2006年启动工程教育专业认证试点工作，2016年正式成为国际工程教育《华盛顿协议》会员国，实现了我国和其他会员国之间的工程教育国际互认和工程师资格国际互认[1-3]。截至2020年底，全国共有257所高校1600个专业通过了工程教育认证，涉及机械、仪器等22个工科专业类，标志着这些专业进入了全球工程教育的“第一方阵”[4]。工程教育专业认证的核心理念是以学生为中心、以目标为导向和持续改进[5]，着重培养学生具备解决复杂工程问题的能力[2-3]。传统的教育模式，侧重传授相对孤立的学科内容，难以实现多学科知识间的融合运用以及学生工程实践能力的培养。项目引导式教学区别于传统课堂教学模式，强调以学生为中心，通过“项目制”参与工程实践探索，培养解决复杂工程问题的能力[6]。Blumenfeld等[7]把项目式教学定义为一种旨在让学生参与实际问题探究的综合性教学方法，Beier等[8]指明项目式教学从学生角度出发，是一种体验式学习，它使得学生通过实地运用各种方法和原则来形成与加深对某一领域的理解。仝月荣等[6]总结了产教深度融合下项目式教学的8大特征，提出了项目式教学流程框架。

植物纤维化学是轻化工程专业制浆造纸方向的专业基础课程，内容涵盖植物纤维原料三大组分纤维素、半纤维素和木质素的化学组成、化学结构及物理化学性质这些内容。在轻化工程专业课程体系架构中，该课程既是学科基础课程，又是专业核心课程，起着承前启后的作用。一方面对先前的有机化学、物理化学、分析化学和化工原理等课程是一个总结提高，另一方面对后续的制浆原理与工程、造纸原理与工程、制浆造纸工程装备等课程起到铺垫支撑作用。该课程对于强化学生深刻理解专业基础知识、培养学生具备解决复杂工程问题的能力，具有较强的支撑作用。该课程的特点为：基本概念较多、基础理论较深，理论性、系统性强，要求有机化学、物理化学和分析化学等深厚的基础课功底。

以往的植物纤维化学课程教学改革探索，依照不同的方向研究：有的是以精品课程的建设为目标导向[9-10]，探索如何建设精品课程；有的是基于中、英文双语教学模式，探索双语教学课程建设[11]；有的则是基于提高课堂教学质量、增进课堂教学效果、提高学生创新和就业能力等方面，探讨教学方法、教学内容、教学模式、教师素养等方面的建设[12-13]。在工程教育专业认证视角下，基于项目引导式教学模式，以解决复杂工程问题的能力培养为导向，探索植物纤维化学课程的教学改革，具有十分重要的时代意义。本文参照《华盛顿协议》对工程师培养的要求[14]，针对植物纤维化学课程的特点，在“以学生为中心”和“面向全体学生”教学理念的指引下，引入项目引导式教学理念，重新设计课程的教学目标和教学内容，制定考核评估方法，突破传统的大课堂授课模式，在以学生为中心的主动学习环境中，通过项目引导式教学方法的探索运用，力求使学生获取知识又同步掌握提高自身的综合素质与解决复杂工程问题的能力。

二、教学目标改革

植物纤维化学课程教学改革的总体思路是：贯彻“以学生为中心”和“面向全体学生”的教学理念，在理顺知识体系架构和版块精髓的基础上，针对每个知识版块拟定相对应的“订制项目”，将本课程理论知识、交叉学科知识、专业综合实验、行业前沿课题、工业热点问题等进行综合凝练与升华，最终形成一项既有理论深度又有复杂工程问题背景的具体项目，即为“项目引导式教学”的订制项目。在项目引导式的主动学习环境中，实现传授科技知识的基本要求，并在此基础上着重提高学生的综合素质和多学科知识融合及应用的能力。

对照《工程教育认证通用标准解读及使用指南(2020版试行)》文件中的毕业要求，学校将植物纤维化学课程对毕业要求指标点的支撑点设置为4个，分别为：3.1工程知识、3.2问题分析、3.3设计/开发解决方案和3.12终身学习。根据4个毕业要求支撑点，设立课程目标为：掌握植物纤维原料的化学组分、生物结构、细胞壁微细结构及其与制浆造纸的关系；熟练掌握木素的化学反应机理、木素的改性理论及其利用；掌握纤维素纤维的化学反应与化学改性、纤维素溶剂体系及纤维素功能材料的制备、改性和应用；掌握半纤维素的化学性质、化学改性及高值化利用。需要指出的是，本文所涉及的“项目”是指以某一具体课题为研究内容的“科研项目”，而非以工程建设为载体的“工程项目”，故“3.11项目管理”未列入课程目标。

基于工程教育认证标准和要求，本课程的教学目标是：契合工程教育认证倡导的理念与要求，以“解决复杂工程问题”能力的培养为宗旨，在基于项目的主动学习中聚焦“产出”能力培养，将终身学习意识和能力培养嵌入日常教学之中，注重系统设计思维、项目管理、沟通及团队合作能力的培养，推动教学从知识传授转向素质能力培养，使学生在获取科技知识的同时，同步提高综合素质，着重提升解决复杂工程问题的能力，培养具备鲜明轻化工程专业知识特色、交叉学科知识基础及良好综合素质的未来工程人才。

三、教学内容改革

项目式学习是近些年教育领域关注的热点，如STEAM教育、创客教育、产教融合平台建设等都融入了项目式教学[15]。项目引导式教学是一种以完成和解决“项目”问题贯穿教学过程、以“项目”引导教学、以“项目”检验教学、以“项目”反馈教学的新型教学理念。有别于教师单纯的以“教”为主，片面追求“理论知识”的掌握为主、强调以学生为中心的传统教学模式，新型教学理念突出学生综合素质和创新能力的提升培养，着重“解决复杂工程问题”能力的打造[16-17]。将“项目引导式”教学引入植物纤维化学课程教学改革之中，可以突出“以学生为主体、以项目为引导”的教学理念，并满足轻化工程专业面向未来工程人才的培养需要。应力求通过理论教学和项目引导式教学相结合，构建面向工程教育认证的新教学理念和模式。

为落实“以学生为中心”和“面向全体学生”教学理念与教学内容设计的紧密结合，在“以学生为中心”进行学情分析的基础上，发现学生在学习植物纤维化学课程过程中存在兴趣热情不足、自主意识淡薄，难以深入理解枯燥概念与抽象理论，缺乏理论与实践结合的能力等问题。经过反思与分析，认为在“以学生为中心”的教学内容改革中，必须考虑提升学生的兴趣与动机、自我效能感、学习时间与精力投入以及学业满意度等方面因素。“以学生为中心”的课堂教学设计必须注重学生学习情感的培养，在传统知识、技能二维目标的基础上，增加学习情感培养的第三目标。基于学情分析基础，在对课程内容进行梳理提炼之后，重新建立植物纤维化学课程知识体系，项目式教学内容的优化和构建，如表1所示。从表中可以看出，优化后的“植物纤维化学”理论教学内容共计4章，对应每一章理论课内容，精心设计了一个项目引导式教学内容，即“项目”。在每一章理论课授课完毕之后，即进入学生自选“项目”阶段，每一项目都有非常明确的能力培养说明，以及与之相对应的毕业要求指标点支撑说明。例如，第2章理论授课内容为“木素的改性理论及其高值化利用”，结合“运用深入的工程原理，分析解决复杂工程问题”的素质能力要求，结合行业前沿技术及研究热点，设计了“竹材APMP化学机械浆的工艺优化及产业化应用”这一项目。其目的是通过运用所学的高得率制浆及木素化学反应的基础理论，自行设计实验方案、制定实验计划、组建实验团队，进而逐步完成项目引导式教学内容。项目完成之后，将通过由授课教师、业内专家及外部专家组成的专家考核评估小组进行考核评价，考核评价意见将进一步反馈至理论教学和项目引导式教学组，促进教学方式的改进。

表1 植物纤维化学理论教学内容对应的项目引导式教学内容

图1为理论教学、项目引导式教学与考核评价反馈三者之间的关系图。从图1可以看出，改进后的教学内容形成了由从理论教学进入项目引导式教学、从理论教学进入考核评价及从项目引导式教学进入考核评价三部分内容构成，每一部分皆可形成反馈以便改进上一级内容，例如反馈一、反馈二可以完善理论教学，而反馈三可以完善项目引导式教学。

图1 理论教学、项目引导式教学与考核评价反馈关系图

在项目引导式教学过程中，学生是“项目”的主体和核心，即：学生自主确定项目主题、研究内容和研究目标，自主组建项目团队、协商制定研究方案、协作完成研究内容、撰写提交研究报告，并进行成果展示。学生通过小组讨论与分工合作自主完成问题分析、文献查阅、方法选择、动手实践、数据分析、结论提炼等内容。整个过程中，教师、专家均会参与答疑、解惑、指导与建议。通过项目式教学改革，学生创新能力显著增强，运用所学理论知识，提高系统思维能力、分析解决能力、创新创意能力、口头表达能力、撰写表达能力、跨学科自学应用能力。而尤为重要的是，团队协作能力和终身学习的热情得到提升。图2为教师、学生及专家之间的互动关系图。从图2可以看出，学生、专家及任课教师两两之间形成了紧密的互动关系，这种互动关系将有助于提升学生、专家及任课教师联盟之间的协作创新合作能力。

图2 任课教师、项目组学生、理论课学生及专家之间互动关系图

项目选题和设计是项目式引导教学的关键环节。项目设计应遵循的原则包括科学性、教育性、层次性、实用性及广延性[18]。项目选题应遵循的理念包括：项目必须是促进学生自主学习的工具，知识模块应涵盖相应课程的核心知识内容，项目实施能够推动学生进行多学科知识交叉融合实践，成为培育学生团队精神的平台。项目选题应避免因缺乏系统的学科知识，致使工程师培养成为技工培养的情况，更应防止项目本身最终演化成为产品孵化项目，导致学生过度关注最终产品结果，而忽略了学习过程中能力的提升。植物纤维化学的核心内容是植物细胞壁的三大组分即纤维素、木质素和半纤维素，当前木质纤维素生物质精炼的核心内容也是基于这三大组分展开的，基于农林秸秆资源的生物基能源、材料及化学品是当今化学、化工、能源、材料、纺织、造纸等诸多领域的研究热点。因此，项目遴选应与当前生物基材料、能源和化学品紧密结合起来，紧扣时代前沿热点，才能激发学生强烈的探索兴趣。例如，表1中的第3章项目选题“生物质纳米纤维素材料的制备、改性及应用”及第4章项目选题“溶解浆的制备、反应性能的提高及在黏胶纤维中的应用”，都符合项目选题的原则和理念。

值得指出的是，项目式引导教学无论是选题还是实施评价，都对教师或导师团队提出了更高的要求。教师的角色已经由知识讲授、灌输转变为对学生学习的组织、引导。教师必须深度掌握课程知识体系，将教学目标、培养目标和毕业要求巧妙地嵌入相关项目，并具备将其他交叉学科知识、统计分析、仪器分析及仿真模拟等工具精心布局于项目中的能力。例如，轻化工程专业学生普遍需要的“高分子化学与物理”“试验设计与数据评价”“现代仪器分析方法”“SPSS数据分析软件”等教学知识元素。

四、教学考核评估

在理论教学和项目引导式教学完成之后，应组织专家团队对学生植物纤维化学课程完成情况进行考核评价及反馈，包括理论课知识掌握情况和专属项目完成情况。专家团队包括理论课授课教师、业内专家和外部专家，业内专家包括同一学科的校内外教师、同一行业的企业专家等，外部专家主要是指专业外和行业外的教师及专家队伍。理论课知识考核可参照传统教学方式的闭卷考试进行，专属项目的考核评价根据专门制定的考核方法进行，专属项目完整的考核评价方法如图3所示。考核评价指标共分10项，每1项总分为10分，合计满分100分。从图3可以看出，对于某组学生完成的某个项目，其考核评价结论由任课教师、业内专家和外部专家分别给出，三种评价方式从多个角度对学生项目完成情况与学习效果进行评价，可以确保评价的客观性、全面性和公正性。任课教师根据课堂进行的每个环节对学生与团队表现进行打分，从项目意义、难度系数、完成情况等多个维度进行评价，并提出改进措施及建议。在项目公开答辩阶段，业内专家和外部专家参与答辩过程，学生可以与专家近距离互动，为产品的设计与推广、项目的改进建议及未来工作的展望等提出建设性意见。在整个评价过程中，可以实现教师、专家和学生两两之间的互动讨论，形成的广泛共识和意见可以有效反馈至任何一方讨论，进而有效促进项目引导式教学环节和学生主动式学习环节的改进与提高。

图3 项目引导式教学模式下专属项目的考核评价方法

五、结语

在工程教育专业认证的视角下对植物纤维化学这门课程进行了基于项目引导式教学改革的探索，分析了教学目标设计、教学内容设置和教学考核评价三个方面的改革尝试情况。将教学目标设计为：契合工程教育认证倡导的理念与要求，使学生在获取科技知识的同时，同步提高综合素质，同时具备解决复杂工程问题的能力，培养具备鲜明的轻化工程专业特色、交叉学科知识基础及良好综合素质的未来工程人才。在教学内容设置中增加项目式引导教学内容，在教学考核评价中引入专家团队对专属项目进行多维度考核评价。当前，以学生为中心的项目引导式教学改革尚处于起步阶段，如何完善并促进这一新教学模式的实施，将值得高校教育同行的进一步探索。