工程教育專業(yè)認證背景下的《金屬材料綜合實驗》教學改革探索

孫勝英，劉宏基，宋文鵬，謝海龍，宋兆煥

（河北工程大學材料科學與工程學院，河北 邯鄲 056038）

0 前言

我國于2016年正式成為《華盛頓協(xié)議》一員以來，工程教育專業(yè)認證體系在國內(nèi)得到迅速發(fā)展，為促進工程教育改革、提高工程教育質(zhì)量，加快人才培養(yǎng)，促進工科學生就業(yè)，支持學生國際交流及跨國流動都有著十分重要的意義[1]。工程教育專業(yè)認證標準中明確強調(diào)“以學生為中心，產(chǎn)出為導向”的人才培養(yǎng)體系，并且注重教學過程的持續(xù)改進[2]。針對這三大核心理念要求，對工科專業(yè)學生的培養(yǎng)，專業(yè)理論課程是培養(yǎng)人才的重要形式，而實驗（實踐）課程則是強化理論知識、提高學生工程素養(yǎng)、培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力的重要載體，結(jié)合工程教育專業(yè)認證對學生實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，打造符合工程教育專業(yè)認證的實驗課程顯得尤為重要[3-4]。

《金屬材料綜合實驗》是金屬材料工程專業(yè)學生學習本專業(yè)核心課程之后開設的一門標志性的純實驗課程，通過學生熟練掌握實驗原理、實驗方法及設備使用等環(huán)節(jié)，能夠運用所學理論知識聯(lián)系實際、學用結(jié)合，加深對理論知識的理解，對實驗能力的培養(yǎng)和探究意識的增強和促進都有著重要作用，是學生進行實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要途徑。但是，目前由于該課程重理論輕實踐，教學實驗內(nèi)容單一、學生主動性不高，動手能力不強，與工程實際密切結(jié)合的實驗內(nèi)容少以及師資隊伍的數(shù)量和結(jié)構(gòu)不合理等因素。本文以工程教育專業(yè)認證標準為導向，持續(xù)改進為主線，結(jié)合我?！督饘俨牧暇C合實驗》近幾年的教學情況，引入工程認證理念，重點審視和分析該課程在教學和實踐過程中的問題和不足，從優(yōu)化課程教學大綱，完善實驗內(nèi)容，健全考核與評價機制、構(gòu)建“雙師型”教學團隊等方面，闡述課程的教學改革與實踐探索，培養(yǎng)符合工程教育專業(yè)認證標準和要求的人才。

1 《金屬材料綜合實驗》課程教學改革探索

1.1 制定符合工程教育專業(yè)認證要求的課程教學大綱

教學大綱是課程從開設到執(zhí)行、再到評價改進的綱領(lǐng)性文件，是進行教學工作的主要依據(jù)。按照工程教育專業(yè)認證的要求，學校在課課前，首先要明確該課程在培養(yǎng)方案中的作用，并制定符合工程教育專業(yè)認證要求的課程教學大綱。因此，教學大綱的制定應以學生為中心，緊緊圍繞學生，培養(yǎng)學生的工程實踐創(chuàng)新綜合能力?！督饘俨牧暇C合實驗》是金屬材料工程專業(yè)四年制本科生的必修課程，也是最重要的專業(yè)綜合實驗課程之一，3個教學周，共3學分，獨立開課，實驗項目選題涵蓋了金屬材料工程領(lǐng)域的基本實驗，本門課總成績?yōu)?00分，實驗過程成績占30%，實驗報告成績占70%，根據(jù)課程實驗任務書和指導書的實驗要求和步驟，完成各個實驗項目，學生提交紙質(zhì)實驗報告完成對該課程的考核。依據(jù)教學與評價模式與工程教育專業(yè)認證要求，結(jié)合其三大核心理念，必須重新編制該課程的教學大綱，優(yōu)化教學內(nèi)容，細化教學目標，健全考核和評價機制。

首先，必修明確實驗課程支撐的畢業(yè)要求和相應的觀測點，明確課程教學目標，并說明課程教學目標與觀測點之間的支撐關(guān)系，確定課程的教學組織方式和考核與評價方式等。在專業(yè)培養(yǎng)目標的有效達成下，教學目標細化后如下：（1）掌握課程的基礎實驗技能，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，充分調(diào)動學生積極性、個體的主觀能動性和團隊合作能力；（2）通過演示性實驗，加深學生對金屬材料重要加工和測試理論知識的理解；（3）通過綜合性創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學生獨立思考、綜合運用專業(yè)理論知識正確分析問題及解決實際復雜工程問題的能力；（4）通過研究性實驗的開展，使學生具備從事與金屬材料工程專業(yè)相關(guān)的材料制備技術(shù)、工藝設計、結(jié)構(gòu)表征、設備選擇與操作等技能。其次，考核形式包括預習報告成績占比20%（包括線上視頻學習累計時間和在線測試結(jié)果），實驗過程表現(xiàn)成績（包括出勤、實驗過程表現(xiàn)）占比30%，實驗報告成績占比50%，這樣的成績比例設置，能夠較全面地衡量學生的實驗技能與創(chuàng)新能力。

專業(yè)負責人和教學質(zhì)量督導小組審核課程全部的教學活動，對整體教學質(zhì)量進行評價，并在下一個教學活動周期結(jié)束后，督導小組會再一次對所擬定的改進措施和建議進行監(jiān)控與評價，根據(jù)教學目標的達成度進行相應的完善和調(diào)整，建立持續(xù)改進機制，形成持續(xù)改進的良性循環(huán)體系，最終達到提高本科生教學質(zhì)量的目的。

1.2 基于工程教育專業(yè)認證完善課程內(nèi)容

《金屬材料綜合實驗》課程開設的實驗項目必須凝聚金屬材料生產(chǎn)中最基礎、最重要的工程實踐環(huán)節(jié)，具有普遍性和代表性。目前，實驗項目主要包括不同材料晶粒度的顯示和評定、熱處理工藝對不同材料組織和性能的影響、時效溫度和時間對不同材料性能的影響等。實驗步驟包括查閱文獻、設計方案、完成實驗、進行性能測試及結(jié)果分析等。使學生掌握金屬材料相關(guān)實驗的原理和方法，學會分析材料組成與結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。目前，由于該課程的實驗內(nèi)容相對獨立、分散，教師講授后，學生只要按照實驗指導書和任務書的要求完成各個實驗驗證，缺少學生進行獨立思考、設計實驗和分析的環(huán)節(jié)，影響學生的實驗能力的培養(yǎng)。因此，對課程的實驗內(nèi)容進行優(yōu)化和完善，才能滿足和符合工程教育專業(yè)認證所倡導的“以學生為中心”的理念。教學大綱將課程分為兩大模塊，包括基礎技能實驗和綜合創(chuàng)新設計實驗兩個模塊。其中，綜合創(chuàng)新設計實驗是在確保基礎技能實驗的基礎上，對專業(yè)技能的進一步提升。

1.2.1 基礎技能實驗

基礎技能實驗是讓學生掌握金屬材料實驗相關(guān)的基本原理、基本實驗方法和實驗技能，加深和鞏固對材料專業(yè)知識的認識與理解，培養(yǎng)學生獨立思考、分析和解決實際問題的能力，為今后的綜合創(chuàng)新實驗奠定基礎?；A技能實驗應注重知識點的覆蓋面，包括原材料選擇、配方設計、工藝確定、測試表征各方面的內(nèi)容。針對實驗常用的金屬材料制備和性能表征的通用設備，如線切割機、試樣磨（拋）光機、沖擊試驗機、電子萬能拉伸機、硬度計和金相顯微鏡、真空熱處理爐等進行強化培訓，使學生了解基礎實驗設備的主要結(jié)構(gòu)組成、工作原理和功能特性，進而掌握每種設備的操作規(guī)范，運用基本專業(yè)知識對實驗結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)進行合理分析。

1.2.2 綜合創(chuàng)新設計實驗

針對目前實驗中綜合性創(chuàng)新設計性實驗項目比例不足，實驗內(nèi)容陳舊、缺乏創(chuàng)意，無法激發(fā)學生的實驗積極性和創(chuàng)新性，難以滿足工程教育認證背景下的工科專業(yè)對人才培養(yǎng)的標準，實驗一定要區(qū)別于其他專業(yè)課程的課內(nèi)實驗，不能重復開設。通過重組和整合現(xiàn)有的實驗教學內(nèi)容，不斷改進和完善，逐年提高綜合創(chuàng)新設計實驗的占比，增加實驗數(shù)量，學生可以自主選擇，突顯“以學生為中心”的理念。并且充分尊重學生的意愿，讓學生自由去組隊，分成若干組進行實驗，每組3～4人，提前3～5天將實驗室可用的原材料、加工儀器和設備、性能測試儀器等信息通過線上平臺向?qū)W生公布，保證學生有足夠的時間去查閱收集資料，設計可行的實驗方案及驗證結(jié)論，對實驗過程、結(jié)果進行綜合分析、討論、總結(jié)并完成實驗報告。其中，教師指導整個實驗過程并把控全局，確保實驗方案合理，實驗正常開展。

結(jié)合學院現(xiàn)有的省級技術(shù)創(chuàng)新平臺和重點實驗室，借助材料的制備、性能測試和結(jié)構(gòu)表征的高端設備，開設一些演示性實驗，拓寬學生的視野，加深對新材料、新工藝、新設備的了解。如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀，熱模擬試驗機、高溫真空熔煉爐等，通過了解這些設備的結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法，能夠用理論知識進行驗證實驗結(jié)果。另外，還可以適當增加研究性的實驗，讓學生直接或間接參與專業(yè)教師的科研項目中，獨立完成從查閱文獻到材料的制備、性能測試和結(jié)構(gòu)表征、實驗結(jié)果分析整個實驗環(huán)節(jié)，有效地激發(fā)學生的實驗興趣，通過學生自主學習，最大限度地發(fā)揮學生的潛能，提高學生的參與度，在整個實驗過程中做到“學生為主，教師為輔”[5]。

1.3 以工程認證為導向健全考核與評價機制

《金屬材料綜合實驗》課程的評價方式往年都基于實驗報告，實驗報告內(nèi)容大致相同，尤其是同組學生的實驗報告大同小異，組內(nèi)抄襲現(xiàn)象嚴重，很大一部分學生都沒有參加實驗或?qū)嶒炦^程表現(xiàn)較差，也能取得合格的成績。依據(jù)工程教育專業(yè)認證的核心理念，課程教學的重點必須做好實驗過程監(jiān)控和課程評價，建設具有工程教育專業(yè)認證特征持續(xù)改進的實驗教學體系。

在教學活動實施過程中，對持續(xù)改進措施進行監(jiān)控與評價，不斷關(guān)注動態(tài)過程中的情況，及時反饋信息，不斷調(diào)節(jié)和完善計劃或方案，以達到預期的教學效果。實驗課程的過程監(jiān)控包括課前準備、操作過程、實驗結(jié)果和實驗報告四個部分。監(jiān)控過程中還要考慮學生的安全意識、團隊合作意識、遵守紀律自覺性和實驗室衛(wèi)生保持情況等非智力因素方面，分別設置考核點，記錄成績，符合工程教育認證要求的評價側(cè)重從知識與能力等不同方面多角度評價學生的學習成績。

課程評價包括直接評價和間接評價。其中，直接評價由實驗過程和實習報告考核組成，實習過程考核包括課前預習（線上平臺分享的視頻資料）、在線測試、整個實驗過程的所有內(nèi)容，以及學生在實驗過程組內(nèi)分工合作情況、團隊精神和合作意識，這樣也有利于公平、準確地考核學生的學習情況、學生的態(tài)度，最終評定成績，讓學生有一定的壓力和緊迫感，從而調(diào)到學生的積極性。間接評價通過學生匿名如實填寫《金屬材料綜合實驗》課程目標達成情況問卷調(diào)查表，完成達成情況評價，了解學生是否達到本課程所定的課程目標及能力要求標準，從而促進本專業(yè)教學水平的提升和本科生培養(yǎng)質(zhì)量的提高。最后，專業(yè)負責人組織專業(yè)建設分委會實施課程評價，制定持續(xù)改進措施，監(jiān)督改進過程。課程負責人撰寫課程考核總結(jié)報告，根據(jù)教學目標的達成度對教學安排進行調(diào)整，提出持續(xù)改進的建議和措施。

1.4 基于工程教育專業(yè)認證構(gòu)建“雙師型”教學團隊

依據(jù)工程教育專業(yè)認證的標準，以“學生為中心”的實驗教學并不是減弱教師的作用，相反，授課教師應更加熟悉本專業(yè)的工程實際應用，了解專業(yè)的發(fā)展前沿技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢，要求教師具有更豐富的工程素養(yǎng)和教學水平。

《金屬材料綜合實驗》課程的師資隊伍的數(shù)量和結(jié)構(gòu)不夠合理，教學投入少，教師責任心不強，教師備課分散。為了更好地對實驗課進行教學，必須優(yōu)化、整合教師資源，充分發(fā)揮“雙師型”教師在實踐教學過程中的作用，使得具有本專業(yè)背景和工程背景的教師參與到教學活動中。目前，本專業(yè)現(xiàn)有專任教師23人，高級職稱及以上人數(shù)占78.3%，“雙師型”教師人數(shù)占70%，完全具備構(gòu)建“雙師型”教學團隊，人數(shù)一般不少于4人，年齡和職稱上要有一定的梯度，能夠?qū)崿F(xiàn)通過“老中青”的“傳幫帶”作用，從而提升整體實踐教學能力和效果。另外，團隊需要指定一名優(yōu)秀教師為帶頭人，帶頭人要善于利用與整合社會資源，準確把握本專業(yè)建設與教學改革方向，制定出切實可行的方案，增強團隊的凝聚力。另外，由于“雙師型”教師熟悉企業(yè)生產(chǎn)實際的檢測實驗內(nèi)容，了解行業(yè)的發(fā)展需求，適當增設行業(yè)關(guān)注的實驗項目，為企業(yè)解決一些實際問題，既可以鍛煉學生的實驗技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，又能滿足企業(yè)的實際需求，還可以提升學生擇業(yè)的競爭力。

2 結(jié)語

在工程教育專業(yè)認證理念指導下，對《金屬材料綜合實驗》課程的進行初步教學改革與實踐探索，從優(yōu)化課程教學大綱，教學目標和教學內(nèi)容；完善實驗內(nèi)容模塊，增大綜合創(chuàng)新性設計實驗比例；健全考核與評價機制，形成“評價—反饋—改進”持續(xù)改進的循環(huán)體系；構(gòu)建“雙師型”教學團隊等方面不斷改進和完善，進一步推進課程體系改革，打破傳統(tǒng)教育模式的束縛，發(fā)揮專業(yè)特色和學科優(yōu)勢，從而提高金屬材料工程專業(yè)的教學質(zhì)量和教學效果以及本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，推進本專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，達到“觸類旁通”，“舉一反三”的效果，培養(yǎng)符合工程教育專業(yè)認證標準的多層次、高素質(zhì)、全面發(fā)展的技術(shù)人才，為學生以后從事金屬材料方面的科研與工作打下堅實的基礎。