基于工程認(rèn)證的“金屬材料及熱處理”課程質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究與實(shí)踐

向定漢 陳國華

摘 要 工程認(rèn)證是全球通行的教學(xué)質(zhì)量保障制度，提高教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)前高等教育的迫切使命。課程質(zhì)量評(píng)價(jià)是教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的核心環(huán)節(jié)。本研究，從明確“面向產(chǎn)出”課程任務(wù)、建立“面向產(chǎn)出”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)“面向產(chǎn)出”的教學(xué)內(nèi)容以及選擇合適定性或定量評(píng)價(jià)方法等4個(gè)方面介紹“金屬材料及熱處理”課程，如何培養(yǎng)學(xué)生能力，又是如何考核與評(píng)價(jià)學(xué)生能力。實(shí)現(xiàn)與國際接軌，為高校建立“面向產(chǎn)出”的內(nèi)部質(zhì)量保障體系提供了借鑒。

關(guān)鍵詞 工程教育認(rèn)證 內(nèi)部質(zhì)量保障體系 面向產(chǎn)出 課程質(zhì)量評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.12.058

Abstract Engineering certification is a universal teaching quality assurance system， and improving teaching quality is the urgent mission of higher education. Curriculum quality evaluation is the core link of teaching quality monitoring. In this study， we introduce the course of "metal materials and heat treatment" from the following four aspects： defining the task of the "output oriented" course， establishing the "output-oriented" evaluation standard， designing the "output-oriented" teaching content， and selecting the appropriate qualitative or quantitative evaluation methods. It provides a reference for colleges and universities to establish "output oriented" internal quality assurance system.

Keywords engineering education certification; internal quality assurance system; output oriented; curriculum quality evaluation

截止2019年底，我國有241所高校的1353個(gè)專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證，分布在機(jī)械、化工與制藥等21個(gè)工科專業(yè)類。[1]通過國際工程教育認(rèn)證，標(biāo)志著這些專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了國際實(shí)質(zhì)等效。喧囂的背后有質(zhì)量（實(shí)質(zhì)等效）的隱憂，2019年4月2日，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）在官網(wǎng)發(fā)布公告稱，不再承擔(dān)工程教育認(rèn)證工作。CCF解釋退出的原因是難以協(xié)調(diào)質(zhì)量與數(shù)量之間的矛盾。[2]

以課程為中心的傳統(tǒng)工程教育，圍繞著課程內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)理論和實(shí)踐能力。未來工程教育需要革新傳統(tǒng)課堂，回應(yīng)新的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。[3]實(shí)踐證明：沒有標(biāo)準(zhǔn)就沒有質(zhì)量，管理監(jiān)控是質(zhì)量的保證。[4]建立工程教育的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，必須滿足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需要，即掌握知識(shí)，能夠應(yīng)用知識(shí)的人（技能）。因此，工程教育認(rèn)證以培養(yǎng)學(xué)生的能力（技能）為標(biāo)準(zhǔn)，突出以學(xué)生為中心的理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與學(xué)習(xí)的效果。中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2018版）

畢業(yè)要求12條全部以能力為考核標(biāo)準(zhǔn)。困難在于能力如何教？如何考核？如何評(píng)價(jià)呢？眾所周知，能力很難用數(shù)字量化，但是可以評(píng)價(jià)、可以衡量的。因此，課程質(zhì)量評(píng)價(jià)是教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的核心環(huán)節(jié)，也是畢業(yè)要求達(dá)成的依據(jù)。本項(xiàng)研究，以“金屬材料及熱處理”課程為例，探索學(xué)生能力如何培養(yǎng)、如何考核以及如何評(píng)價(jià)。

1 明確“面向產(chǎn)出”的課程任務(wù)

本校材料科學(xué)與工程專業(yè)按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2018版），依據(jù)明確、公開、可衡量的要求，將12條畢業(yè)要求分解為36個(gè)指標(biāo)點(diǎn)。專業(yè)要求本課程承擔(dān)的畢業(yè)要求的3個(gè)指標(biāo)點(diǎn)如下：

指標(biāo)點(diǎn)1.2：能針對(duì)材料工程問題建立數(shù)學(xué)或力學(xué)模型并求解。

指標(biāo)點(diǎn)4.2：能夠根據(jù)復(fù)雜工程問題相關(guān)的材料特征，選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

指標(biāo)點(diǎn)7.2：能夠站在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的角度思考材料工程實(shí)踐的可持續(xù)性，評(píng)價(jià)材料制品周期中可能對(duì)人類和環(huán)境造成的損害和隱患。

2 建立“面向產(chǎn)出”的課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 指標(biāo)點(diǎn)1.2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教學(xué)主要是知識(shí)傳輸，學(xué)習(xí)則是記憶知識(shí)，學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)主要是通過考試檢查學(xué)生記憶的完整性和準(zhǔn)確性。[5]國際工程教育則強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的理念，重點(diǎn)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，即能力的增量。

根據(jù)指標(biāo)點(diǎn)1.2的涵義，能針對(duì)材料工程問題建立數(shù)學(xué)或力學(xué)模型并求解。由于期末考試為120分鐘，數(shù)學(xué)建模難以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，因此對(duì)學(xué)生建模能力不可能通過考試來評(píng)價(jià)。合理的做法是布置一個(gè)材料工程問題，讓學(xué)生課外建模解決，提交研究報(bào)告。建模解決工程問題能力，可通過定性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2.2 指標(biāo)點(diǎn)4.2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)指標(biāo)點(diǎn)4.2的涵義，能夠根據(jù)復(fù)雜工程問題相關(guān)的材料特征，選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。這項(xiàng)指標(biāo)點(diǎn)涉及的解決復(fù)雜工程問題能力、綜合實(shí)驗(yàn)技能可通過定性評(píng)價(jià)，有關(guān)工程設(shè)計(jì)的期末考試，則可通過定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2.3 指標(biāo)點(diǎn)7.2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)指標(biāo)點(diǎn)7.2的涵義，能夠站在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的角度思考材料工程實(shí)踐的可持續(xù)性，評(píng)價(jià)材料制品周期中可能對(duì)人類和環(huán)境造成的損害和隱患（表3）。

本指標(biāo)點(diǎn)對(duì)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的理念掌握情況，可通過研討課與學(xué)生提交的環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究報(bào)告，可定性評(píng)價(jià)，而能否活學(xué)活用，則可通過期末考試定量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

3 “面向產(chǎn)出”課程目標(biāo)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 設(shè)計(jì)課程目標(biāo)

本課程依據(jù)專業(yè)指定的4個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，設(shè)計(jì)4條課程目標(biāo)如下：

課程目標(biāo)1，能針對(duì)一個(gè)金屬材料的工程問題，建立數(shù)學(xué)或力學(xué)模型，比較模型的計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際的誤差（支撐指標(biāo)點(diǎn)1.2）。

課程目標(biāo)2，能針對(duì)一個(gè)金屬材料及熱處理的復(fù)雜工程問題，制定一個(gè)的實(shí)驗(yàn)研究方案，并利用金屬材料及熱處理的理論知識(shí)分析后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（支撐指標(biāo)點(diǎn)4.2）。

課程目標(biāo)3，能夠站在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的角度思考金屬材料及熱處理相關(guān)工程實(shí)踐的可持續(xù)性，評(píng)價(jià)熱處理工藝可能對(duì)人類和環(huán)境造成的損害和隱患（支撐指標(biāo)點(diǎn)7.2）。

3.2 課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 課程目標(biāo)1的實(shí)現(xiàn)

第四章鐵基合金，第二節(jié)結(jié)構(gòu)鋼部分，講授普通碳碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235與Q345以及合金結(jié)構(gòu)鋼Q420與Q460等。引入金屬材料數(shù)學(xué)模型與力學(xué)模型的求解，實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)1。

示例1：武漢長江大橋的鋼結(jié)構(gòu)用A3鋼（Q235）制造，最大跨度128米，南京長江大橋用16Mn（Q345），利用學(xué)過的工程知識(shí)建一個(gè)模型，計(jì)算南京長江大橋最大跨度？并分析其的合理性。

（1）工程問題分析與建模：從武漢長江大橋可以看出，橋梁的主體結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)支承的，其鋼結(jié)構(gòu)選用A3鋼（Q235），任意兩個(gè)橋墩之間承受的載荷是均勻，可取兩個(gè)橋墩，假設(shè)兩個(gè)橋墩之間的距離為l （m），均布載荷為q （kN/m），建立數(shù)學(xué)力學(xué)模型如圖1。

（2）求最大彎曲正應(yīng)力：

（3）求南京長江大橋最大跨度：

3.2.2課程目標(biāo)2的實(shí)現(xiàn)

本課程通過3個(gè)途徑培養(yǎng)學(xué)生分析與解決復(fù)雜工程問題的能力，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)2。

第一，本課程設(shè)計(jì)了“45鋼熱處理工藝、組織與性能綜合實(shí)驗(yàn)”（4學(xué)時(shí)），訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，如何表征、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。

第二，本課程設(shè)計(jì)了多個(gè)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)復(fù)雜工程問題，如“航空母艦甲板選材料”“殲20航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片”“盾構(gòu)機(jī)的刀具”等等，撰寫研究報(bào)告，要求學(xué)生選擇一個(gè)復(fù)雜工程問題，通過查詢文獻(xiàn)，制定多個(gè)實(shí)驗(yàn)研究方案，通過分析選擇一個(gè)合理的解決方案，來訓(xùn)練學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

第三，期末考試題檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力，期末考試題：40CrMn鋼820 ℃淬火645 ℃回火后隨爐冷卻，沖擊韌性值為90 kJ/m2，而820 ℃淬火645 ℃回火后水冷，沖擊韌性值則為720 kJ/m2。分析隨爐冷卻沖擊韌性值低的原因。期末考試題，設(shè)計(jì)汽輪機(jī)葉片，要求：為其選材，說明其熱處理工藝，以及室溫下組織。檢查解決課程內(nèi)容相關(guān)工程問題的能力。

3.2.3課程目標(biāo)3的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)熱處理過程不可避免產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣（三廢）污染環(huán)境，還是有名的電老虎。本課程在熱處理教學(xué)內(nèi)容中，安排了2學(xué)時(shí)以“熱處理新技術(shù)與環(huán)境”為主題的研討課，要求學(xué)生3個(gè)1組，制作PPT，課內(nèi)展示研討。研討課結(jié)束后，每個(gè)同學(xué)要提交“XXXX熱處理新技術(shù)對(duì)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的影響”研究報(bào)告。期末考試，設(shè)計(jì)了“桂林福達(dá)集團(tuán)有限公司連續(xù)熱處理生產(chǎn)線，采用甲醇燃料加熱，而不用電能。分析原因”，檢查學(xué)生對(duì)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的理解程度。

4 選擇合適的定性或定量評(píng)價(jià)方法

4.1 課程目標(biāo)的評(píng)價(jià)方法

本課程目標(biāo)的定性或定量評(píng)價(jià)方法如表4所示。

4.2 本課程目標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)表4課程評(píng)價(jià)方式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，2018-2019學(xué)年度第 二 學(xué)期本課程達(dá)成情況計(jì)算如表5所示。

課程目標(biāo)2達(dá)成情況計(jì)算：

從表5可以看出，課程目標(biāo)1達(dá)成情況是0.682，課程目標(biāo)3達(dá)成情況是0.761。本專業(yè)課程達(dá)成情況合格標(biāo)準(zhǔn)為0.65。由此可見，很好地完成本課程目標(biāo)，有效地支撐了專業(yè)交給了本課程的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.2、指標(biāo)點(diǎn)4.2以及指標(biāo)點(diǎn)7.2。

5 結(jié)論

持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量文化理念，主要針對(duì)高校課程體系設(shè)置及教學(xué)質(zhì)量，要求建立完善的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量監(jiān)控體系。[6]

課程評(píng)價(jià)的結(jié)果可知，目標(biāo)3的達(dá)成情況是0.761最高，說明通過本課程目標(biāo)3的學(xué)習(xí)，學(xué)生環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的理念理解最好，能夠活學(xué)活用;而課程目標(biāo)1的達(dá)成情況是0.682最低，說明學(xué)生利用數(shù)學(xué)或力學(xué)建模解決工程問題的能力有待提高，在下年度的教學(xué)中，要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生通過建模解決工程問題能力的培養(yǎng)。盡管課程目標(biāo)2達(dá)成情況為0.731，（下轉(zhuǎn)第132頁）（上接第129頁）但是有關(guān)“工程設(shè)計(jì)”的期末考試平均成績僅68.5，下年度要加強(qiáng)“基于原理通過分析解決問題”能力的培養(yǎng)。

基金項(xiàng)目：2019 年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目“工程認(rèn)證引領(lǐng)材料科學(xué)與工程專業(yè)從“形似”到“神似”的探索與實(shí)踐”（ 編號(hào)：2019JGA170）;2018 年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目“基于工程認(rèn)證和OBE理念材料大類人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（ 編號(hào)：2018JGA159）

參考文獻(xiàn)

[1] 教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心，中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)，關(guān)于發(fā)布已通過工程教育認(rèn)證專業(yè)名單的通告，2020.7.15.

[2] 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì). 關(guān)于中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)不再承擔(dān)工程教育認(rèn)證工作的公告.https：//www.ccf.org.cn/c/2019-04-03/661339.shtml

[3] 丁若曦，喬偉峰.探路未來國際工程教育：對(duì)接全球發(fā)展，革新傳統(tǒng)課堂[J].高等工程教育研究，2017（6）：116-119.

[4] 朱建芳.“以學(xué)生為中心”的高校內(nèi)部教學(xué)質(zhì)量保障體系研究與實(shí)踐[J].黑龍江高教研究，2019（5）：138-142.

[5] 趙炬明，高筱卉.關(guān)注學(xué)習(xí)效果：建設(shè)全校統(tǒng)一的教學(xué)質(zhì)量保障體系——美國“以學(xué)生為中心”的本科教學(xué)改革研究之五[J].高等工程教育研究，2019（3）：5-20.

[6] 李偉，繆培仁，胡燕，王恬.基于專業(yè)認(rèn)證思維的農(nóng)業(yè)院校專業(yè)建設(shè)研究與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（6）：53-58.