新工科背景下“高分子材料成型機械”課程教學(xué)改革探索*

何領(lǐng)好，張治紅，陳榮源，楊皓然，張曉靜，方少明

(鄭州輕工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

在新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓬勃發(fā)展的新形勢下，我國傳統(tǒng)的高等工程教育在很大程度上已不能適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟的發(fā)展需求，迫切需要采用新技術(shù)建設(shè)和發(fā)展一批新興工科，或改造和升級一批傳統(tǒng)工科[1]。2017年2月，我國高等工程教育界達成“新工科”建設(shè)共識，從而推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新，加快培養(yǎng)新興工程科技人才[2]。另一方面，2016年6月我國正式成為《華盛頓協(xié)議》成員國，并快速進入教育認證的過程中。在工程教育認證背景下，我國高等工程教育教學(xué)改革的目的就是從對工科學(xué)生的培養(yǎng)要求出發(fā)，在教學(xué)內(nèi)容、教

學(xué)方法、實踐性教學(xué)及考核等方面進行了一系列的改革，以期培養(yǎng)出復(fù)合工程教育認證要求的綜合型材料類專業(yè)人才[3]。以產(chǎn)出為導(dǎo)向，換句話說，就是將學(xué)生在知識、能力和素養(yǎng)等方面發(fā)生的變化視為教育的產(chǎn)出。也就是將“教師能教什么”轉(zhuǎn)變成“學(xué)生應(yīng)達到什么”，實現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中由“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變[4]。

在新工科背景和工程教育專業(yè)認證雙重標準融合下，我校高分子材料與工程專業(yè)對專業(yè)類課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式都做了系列改革，建立了完整的通識教育體系、學(xué)科基礎(chǔ)體系和專業(yè)知識體系。

1 課程思政貫穿教學(xué)內(nèi)容

將立德樹人貫穿教學(xué)全過程。首先修訂課程教學(xué)目標，除了知識目標和能力目標之外，設(shè)置素質(zhì)目標“具有工匠精神、嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和務(wù)實的工作作風，成為有社會責任感、家國情懷、使命擔當?shù)纳鐣髁x建設(shè)者?！睆娀瘜I(yè)教師對學(xué)生的政治教育和價值引領(lǐng)，通過專業(yè)課程教學(xué)大綱的修訂和課程內(nèi)容調(diào)整，將社會主義核心價值觀、人生觀、思想道德等思政材料有機融合到課程教學(xué)中，讓學(xué)生樹立明確的人生目標和學(xué)習(xí)目標，建立專業(yè)認同，由“要我學(xué)”自覺內(nèi)化為“我要學(xué)”。例如，每講到一種成型制品，均結(jié)合高分子材料從制備到應(yīng)用的全流程特點，加強環(huán)保與安全、智能化信息化、學(xué)以致用的家國情懷等方面的素質(zhì)培養(yǎng)。在講到擠出機、注射機等系列成型加工設(shè)備時，結(jié)合大國重器的研發(fā)開展思政教育，強調(diào)制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，激發(fā)學(xué)生建設(shè)天空海洋強國的志向，培養(yǎng)學(xué)生熱愛祖國、為國奉獻的精神。講到每種成型設(shè)機械等發(fā)展趨勢時，強調(diào)綠色發(fā)展是實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的一項基本方針，可持續(xù)發(fā)展是建設(shè)制造強國的重要著力點，重點介紹節(jié)能環(huán)保技術(shù)、工藝、裝備在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用，強調(diào)中國在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、提高資源回收利用效率、構(gòu)建綠色制造體系、走生態(tài)文明的發(fā)展道路的重要意義。

2 融入多種教學(xué)形式

多數(shù)教師在傳統(tǒng)教學(xué)中更多的是專注于原理講解并展示給學(xué)生看，教師站在講臺上口若懸河，侃侃而談，面向?qū)W生解釋、推導(dǎo)和演示，學(xué)生們則是在下面記筆記。可以想像學(xué)生的課堂體驗相對枯燥，精力難以始終保持高度集中，容易走神。更重要的是，學(xué)生接收到的僅僅是某個具體的理論知識，然而對該理論背后的邏輯和知識點及其對生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)意義一無所知，難以將理論與實踐結(jié)合起來?！陡叻肿硬牧铣尚蜋C械》課程是一門專業(yè)核心課，主要講授高分子材料成型工程中將聚合物轉(zhuǎn)變成實用材料或制品所用機械設(shè)備的相關(guān)知識。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握各種高分子材料成型機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和主要技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容，以及聚合物在轉(zhuǎn)變成實用材料或制品過程中產(chǎn)品質(zhì)量與材料性質(zhì)和工程技術(shù)因素間的關(guān)系。具有綜合性、多學(xué)科交叉、工程實踐性較強等特征。有些內(nèi)容枯燥、抽象難懂，在教師以往的教學(xué)中主要依靠文字描述和圖形展示，學(xué)生很難對相關(guān)知識充分理解和掌握，即使不斷增加動畫演示，學(xué)生勉強理解后，課程結(jié)束，很快又遺忘的一干二凈。說明學(xué)生對所講知識僅是一般掌握，不能深入理解、變通。這在期末考試中也可看出，僅有個別學(xué)生能達到90分以上，大部分學(xué)生在70分左右，每年都有15%的學(xué)生在及格分以下。

那么，在現(xiàn)有的資源條件下，怎樣才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，而不是僅教師“使勁”才能取得良好的學(xué)習(xí)效果呢？這就要求教師認識到教學(xué)模式改變的重要性，即教師不完全是課堂的中心焦點，學(xué)生們才是課堂上的主角。教師更多地是學(xué)生通往知識殿堂的引導(dǎo)者、培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的引路人?；诖?，在教學(xué)中，引入對分課堂教學(xué)模式，即教師需要為某個具體的內(nèi)容進行精心設(shè)計，考慮怎樣以學(xué)生為中心最大限度地參與課堂學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生探究性、研究性和創(chuàng)新性的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣。比如，在講到擠出機成型理論時，有公式推導(dǎo)，且與實際應(yīng)用密切聯(lián)系，內(nèi)容抽象，不易理解。講授這部分內(nèi)容時，可以教師先講，充分而不過分的引導(dǎo)，留出探究的空間，引入反思性作業(yè)，讓學(xué)生提前梳理內(nèi)容、發(fā)現(xiàn)問題。在此基礎(chǔ)上，分成四個小組分別討論，解決簡單問題，提煉難問題，再分組匯報。匯報中，其它組學(xué)生要提問或者發(fā)表看法，就某一個觀點或知識點來談?wù)勛约旱睦斫猓笤龠M行討論。這種非常活躍的互動式教學(xué)對于增強教師的教學(xué)熱情、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力、加深學(xué)生對知識的理解和運用會達到意想不到的效果。教師在課堂上并不單單灌輸具體的知識，更多地是傳授學(xué)習(xí)思路和方法，啟發(fā)學(xué)生獨立自主思考問題，以產(chǎn)生教學(xué)共振，達到提高教學(xué)效果。

3 豐富教學(xué)手段

說到教學(xué)手段，通常的理解是PPT，幾乎所有的課程都以PPT為主或者結(jié)合板書來講解。隨著在線開放課程、精品課程的普及，混合式教學(xué)在教學(xué)中的比例逐年提高。多數(shù)老師都能夠運用網(wǎng)絡(luò)和各種科學(xué)技術(shù)手段以達到高效教學(xué)效果。幾乎每一所高校都有一套非常成熟的教學(xué)管理系統(tǒng)，師生們可以通過這個系統(tǒng)完成課程設(shè)置、課件、閱讀材料、教學(xué)相關(guān)視頻、小測驗、問與答、作業(yè)、論壇等等，內(nèi)容非常豐富。但也存在一些問題，這些課程的教學(xué)資源所用到的視頻、動畫或其它資料均是教師提前下載或者制作做好演示給學(xué)生看，看完再強調(diào)知識點的重要性。學(xué)生的學(xué)習(xí)仍是被動接受，對于提高學(xué)校質(zhì)量效果甚微。

在進行課程改革后，授課教師在講每一種材料的具體應(yīng)用時，也會播放相關(guān)材料的制造或應(yīng)用視頻，但并不是提前下載好放到課件中，而是在課堂上現(xiàn)場打開網(wǎng)站，在線播放觀看，同時把其它鏈接和一些需要參考的書目和期刊論文資料發(fā)到虛擬校園網(wǎng)上，讓學(xué)生自行下載，在討論課上進行討論或者將視頻、參考資料內(nèi)容作為作業(yè)。對比兩種教學(xué)方式，可以想象，演示給學(xué)生看與學(xué)生自己尋找資源并消化吸收，對于激發(fā)學(xué)生興趣、加深鞏固對知識點的理解的作用是有很大差別的，也就是被動學(xué)習(xí)與主動學(xué)習(xí)的區(qū)別。

另外，在以往的教學(xué)中，為了使學(xué)生專注聽講，一般禁止學(xué)生攜帶手機或電腦，因為學(xué)生通常用手機聊天、瀏覽網(wǎng)頁或玩游戲等與課堂教學(xué)無關(guān)的內(nèi)容，教學(xué)改革之后，任課教師鼓勵甚至?xí)髮W(xué)生帶電腦或手機來上課，利用各種科學(xué)技術(shù)手段，比如雨課堂和scoractive在線課堂調(diào)查或知識問答等，需要每個人參與課堂互動活動中。這些都是非常好的教學(xué)體驗，也及時反饋學(xué)生掌握程度，以求達到更好的教學(xué)效果。學(xué)生在課堂上可以瀏覽老師講解的課件，隨手做注釋和筆記，也會及時完成老師的課堂測驗或調(diào)查反饋。

4 綜合評估考核模式

在傳統(tǒng)教學(xué)中，老師們是“保姆”似的授課，盡職盡責，還有督導(dǎo)檢查，教材、進度表、教案、課件等等。注重的是對知識的積累灌輸，培養(yǎng)學(xué)生對知識和權(quán)威的尊重，有模仿追隨，沒有質(zhì)疑探究。考前許多老師為保證通過率，還會劃重點。在考試內(nèi)容上更多的是考察學(xué)生對某一知識“唯一”的答案的掌握。但在工程認證和新工科背景下的課程教學(xué)目標，除了傳授基礎(chǔ)型的知識點外，還需要引導(dǎo)學(xué)生探索未知但卻客觀存在著的潛在答案，在學(xué)習(xí)中懂得變通、概括性總結(jié)。

在之前的教學(xué)中，本課程考核方式是“20% 平時作業(yè)+ 80% 期末考試成績”，也就是最終成績主要依賴于期末考試，考試內(nèi)容也主要是基礎(chǔ)理論和知識，所以不少學(xué)生平時不認真學(xué)，到考試前突擊復(fù)習(xí)，死記硬背，稍微靈活變通的題目直接放棄，但有所變通的或概括性的出錯率較高。每年有15%～20%左右的學(xué)生不能取得學(xué)分。任課教師一直在嘗試在教學(xué)過程中改進教學(xué)方法，增加視頻、動畫來提高學(xué)生的理解程度，但均收效甚微。在近兩年的教學(xué)中，為保證大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提交教學(xué)目的的達成，除了在教學(xué)方法、教學(xué)手段上不斷改進，在教學(xué)過程中增加形成性評價，考核模式采取綜合評估，即形成性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合的評估體系?？偨Y(jié)性評價是指期中期末閉卷考試，而形成性評價是基于對學(xué)生學(xué)習(xí)全過程的持續(xù)觀察、記錄、反思而做出的發(fā)展性評價[5]。本課程等形成性評價包括課前和課后獨立學(xué)習(xí)、對分課堂討論情況、在線測驗、綜合作業(yè)等。課前和課后獨立學(xué)習(xí)通過校園網(wǎng)絡(luò)資源下載和在線課堂調(diào)查或知識問答來評價；對分課堂討論是在每講完一個學(xué)習(xí)單元的內(nèi)容后，分組討論分析、總結(jié)、匯報其包含要點和各要點的層次關(guān)系以及關(guān)鍵性問題；在線測驗是對成型機械工作原理和影響因素總結(jié)分析；綜合作業(yè)則是一個開放性課外作業(yè)，要求學(xué)生分組查資料高分子材料成型加工方面的新機械、新技術(shù)、新工藝，配合完成 PPT，并在課堂上展示，其它組成員根據(jù)評分細則打分，使學(xué)生從被動接受評價轉(zhuǎn)變成為評價的主體和積極參與者。

通過這種綜合性考核模式不僅幫助學(xué)生掌握課程的基本內(nèi)容，同時激發(fā)學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力以及不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

5 建立課程教學(xué)反饋機制

有效的課程教學(xué)反饋機制包括兩個方面，一是任課教師根據(jù)作業(yè)、測驗和考試情況，總結(jié)教學(xué)中存在的問題，對教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)進行有效的調(diào)整，從而實現(xiàn)持續(xù)改進；另一方面是學(xué)生的評學(xué)，即自我評價，通過問卷調(diào)查讓學(xué)生對這門課程目標達成情況情況進行自我判斷，了解自身學(xué)習(xí)和發(fā)展存在的優(yōu)勢與不足，并找到為繼續(xù)努力的方向和動力。通過評學(xué)評價可以增強學(xué)生的反思意識和能力，有利于學(xué)生通過自我檢查、自我調(diào)控、自我激勵和自我完善。同時任課教師從評價結(jié)果也可以看出學(xué)生對這門課程的訴求以及需要進一步改進的地方。教學(xué)評價與評學(xué)評價有機地結(jié)合，可以充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)習(xí)評價成為一個共同參與、多邊互動、促進發(fā)展的過程。本課程本課程的評價問卷調(diào)查如表1所示。

表1 學(xué)生課程目標達成情況調(diào)查問卷

6 結(jié) 語

一門課程的有效實施必須采用與課程教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的教學(xué)載體和教學(xué)方法，同時也要有與教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式相應(yīng)的考核模式，以檢驗該課程的實施是否達到預(yù)期等教學(xué)目標。在課堂教學(xué)中，需要增加教師與學(xué)生之間互動，此外還需輔以討論、探索式教學(xué)、實踐教學(xué)等多種教學(xué)方式，學(xué)生通過實驗、討論和形成性評價等環(huán)節(jié)，才能夠更深入理解和掌握課程內(nèi)容。這相比較純理論教學(xué)來講，也會取得事半功倍的效果。當然教師需掌握多樣化的教學(xué)評價方法，動態(tài)地把握學(xué)生知識、能力的發(fā)展水平，明確制定學(xué)習(xí)結(jié)果的評估方法和評分標準，確保課程教學(xué)的可持續(xù)改進。