專業認證背景下的基礎力學課程教學改革

戴隆超，龔俊杰

(揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州225127)

0 引言

工程教育專業認證是指專業認證機構針對高等教育機構申請認證的單位與專業，組建由專門職業或行業協會、聯合會、專門學會、及該領域的教育專家、相關行業的企業專家構成的專家組，開展的工程類專業教育的專門性認證，目的是為相關工程技術人才進入工業界從業提供預備教育質量保證。具有自愿性評價、合格性評價、外部評價、同行評價、實證評價等特征。我國各高校開始逐漸重視與推動專業認證工作。因此，如何深入理解與全面結合工程教育專業認證標準［1］，并在課程教學活動中加以貫徹與指導持續改進，不斷提升教學質量［2］，是高校教師將要面對的問題。

1 工程教育專業認證概述

1.1 工程教育專業認證的基本理念

(1) 學生中心理念。以學生為中心，圍繞培養目標與畢業要求進行資源配置與教學安排，并將學生與用人單位的滿意度作為專業評價的重要參考依據。

(2) 產出導向理念。專業教學設計與教學實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向(Outcome－based)［3］，并嚴格按照畢業生核心能力與要求評價專業教育的有效性。

(3) 持續改進理念。建立有效的質量監控與持續改進機制，能開展持續跟蹤改進，以不斷提升專業人才培養質量。

1.2 工程教育專業認證的基本內容

我國的工程教育專業認證標準由通用標準與專業補充標準兩部分構成，內容涵蓋了《華盛頓協議》提出的畢業生素質要求，具有國際等效性。其中，通用標準給出了7 個方面的要求，包括學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍與支持條件等; 專業補充標準針對具體專業在前述7 個方面中的后3 個方面提出特殊要求。

1.3 工程教育專業認證標準中三大理念的貫徹實施

(1) 學生中心理念的實施。學生中心理念在認證標準的其它6 個指標中都得到充分體現: ①這一理念直接體現在培養目標與畢業要求這兩個指標的設置與改進上; ②以此為基礎，通過這兩個指標對課程體系設置、師資隊伍建設、與支持條件配套的作用，從而對課程體系、師資隊伍、支持條件施加間接影響，以利于學生到達培養目標與滿足畢業要求;③遵循學生中心理念，質量保障制度通過各種持續改進措施，來推動專業質量的持續改進與提升，從而保證學生培養質量以滿足相關職業要求。

(2) 產出導向理念的實施。產出導向(或者說能力導向) 是國際工程教育倡導的一種先進理念，也是工程教育認證的核心理念，我國的工程教育認證標準正是按照這一理念來設計與制定的。產出導向強調工程教育認證應關注教育產出(即學生學到什么) ，而非教育輸入(即教師教了什么) 。要求圍繞培養目標與畢業要求這兩個導向指標，設計合理的培養方案與課程大綱，采用匹配的教學內容與教學方法，提供充足的軟硬件資源。要求每個教師都能明確自己的責任，對學生是否達成畢業要求進行恰當考核，最終給出課程目標與畢業要求達成情況的評估與分析，并以此為依據在后續的教學活動中進行相應的持續改進。

(3) 持續改進理念的實施。工程教育專業認證的一個重要特點是要求建立與執行質量監控與持續改進機制，并采取切實可行的措施，落實到機制的執行、跟蹤、評價、與改進等各個環節上，形成“評價——改進——再評價”的閉環管理，從而推動專業質量的持續改進與提升。

2 現代工程教育的特點及其與基礎力學課程教學改革的關系

大學教育的目的是為社會培養人才，工程教育的核心是能力培養。美國工程與技術認證協會(ABET) 工程認證委員會將此細分為11 條畢業要求［4］，可歸納為以下幾個方面:理解與運用各學科知識的能力，理解與運用各類技術、技能、工具、手段的實踐能力，終身學習能力，溝通交流與團隊運作的能力，管理、規劃與解決工程問題的能力，道德、倫理與責任的認知與理解。

大學工科教育的基礎是知識的傳授與汲取。在此基礎上，將通過教學環節、實踐環節、考核環節、社團活動等多種途徑，來培養與鍛煉各種能力與品德，使得畢業生具備成為合格、優秀甚至杰出人才的可能。這種培養與鍛煉過程由學生、教師、與履行管理與服務職責的各職能部門三方共同協作完成。而工程教育專業認證背景下的工科教育一方面是強調面向工程;另一方面是明確工科教育的達標線，制定確保培養質量達標的系統規范與措施，并開展持續評估與改進。其中，課程教學尤其是課堂教學是知識傳授與汲取的最為常見的媒介，是學生知識運用能力、技術實踐能力、學習能力等多種能力得到初步培養與不斷鍛煉強化的重要途徑，也是大學教育中的最為基礎與重要的一個環節。

在我國產業結構在自主創新道路上不斷攀升過程中，工程問題越來越多地體現出復雜化、綜合化、巨型化及與之相反的高純度、專業化、精細化的特點［5］。其表面現象紛繁蕪雜，背后因由氣象萬千，本質機理莫衷一是，這些往往與解決問題的目的與手段相關，即要在哪個層面上解決相應工程或技術問題。與之相適，知識、技術的應用也越來越多的體現出多學科交叉、多尺度融合、與輕知識點的應用、重綜合運用實踐能力與素養等特點。這些對于課程教學提出了更高要求。此外，一方面社會發展使得學生所學課程有所增加，相應地單門課程的學時相對減少; 另一方面，青年學生的興趣越來越廣泛，課程學習方面花費的時間與精力也將相對減少。同時，科研與服務任務不斷加重，生源質量降低，新教學手段的學習推廣等各種交流學習任務不斷，這些都對教師及其所承擔的課程教學產生影響。而基礎力學課程往往具有理論性邏輯性強、學科體系完整嚴謹、數學工具運用深入等特點，學習方面所需精力較多，理解掌握的難度大［6］。與之相對照，基礎力學課程是工科課程中為數極少的、兼具直接面向工程實踐并且能進行嚴謹定量分析這兩個特點的課程，對于學生多種能力及科學素養的培養有著顯著作用。因而開展基礎力學課程教學改革、提升教學質量，對于學生能力培養、畢業生科學素養提升、及大學教育質量提高都具有較為重要的意義。

對于教師而言，工程教學專業認證背景下現代工科教育的基礎力學課程教學改革仍然必須堅持學生中心理念、產出導向理念、與持續改進理念。關注所有學生的發展，幫助他們理解與明確幾個關系: 知識點與學科知識體系的關系、工程實例與學科理論模型的關系、理論模型的創建與學科知識的運用，在此過程中逐步培養與鍛煉學生的相關能力與科學素養。在課堂教學方面可以采取研討型教學、翻轉課堂，與微課、MOOC［7］等在線學習方式，引導學生積極主動的開展力學課程的學習。

3 教學改革探索與實踐活動

學校在基礎力學課程的教學方面開展了持續的教學改革實踐活動，突出體現在課堂教學方面。首先，每門課程都會針對若干工程實例或生活事例開展研究性教學與分組研討，一方面培養學生將學科知識應用于實踐的能力，另一方面激發學生學習熱情。其次，利用微課、慕課等形式開展在線學習，引導學生投入精力; 借鑒翻轉課堂的形式，推動學生主動學習。在每個章節的學習過程中，努力使學生理解與明確以下幾個方面:

(1) 本學科或本章節要解決的學科問題是什么，它在工程實踐中大致表現為什么問題。這方面的介紹能夠幫助學生認識本學科或本章節知識的作用與定位，明確各章節在本學科知識系統中處于何種地位、能解決何種問題，也能幫助學生認識與理解整個學科知識體系。

(2) 本章節要解決該問題的出發點或者已知條件是什么。這方面的介紹能幫助學生明確運用本章節知識解決問題，能幫助學生理解各章節之間的相互關系。

(3) 本章節所提出的基本概念，這種抽象在工程實踐中有何意義及這種抽象的應用范圍。這方面的介紹能夠幫助學生認識科學抽象與工程實踐之間的關系，有助于培養學生將學科知識應用于工程實踐的能力。

(4) 本章節從已知條件出發，基于基本概念，如何得到最終的結論或公式，其中每一步的數學或力學依據是什么，如何理解這一結論或公式其使用要求與范圍是怎樣的。這是章節知識體系的核心內容，是向學生揭示從知識點學習到學科能力與科學素養二者之間關系的中心環節。在此過程中，需要使學生掌握本章節的力學模型，及其建立過程，與在此基礎上解決問題的數學過程。建模能力［8］是力學課程中需要學生學習與掌握的重要能力之一，對于理解與解決相關工程問題具有突出作用。

(5) 上述結論或公式在本學科例題中的運用。這是課程考核的基本要求，對于上述能力培養有著積極幫助作用。

(6) 本章節內容的工程實例應用。深入研討將能極大激發學生學習的積極性與主動性，對于學生的建模能力與將相關知識應用于工程實踐的學科能力、乃至綜合運用多學科的能力的培養都會起到顯著幫助作用。

專業認證標準對于教學質量的影響可通過課程目標達成度進行量化，從而實現較為客觀的評估與分析。近幾年來，揚州大學機械工程學院著力推進專業認證。力學組也在開展基礎力學課程教學改革基礎上，全面借鑒專業認證標準中課程目標達成度這一量化指標協助進行教學質量評估。揚州大學機械工程學院某專業2016 年與2017 年的理論力學課程目標達成度評價結果詳見表1、表2。

表1 2016 年度某專業理論力學課程目標達成度評價結果

表2 2017 年度某專業理論力學課程目標達成度評價結果

可以看出，在不考慮標準化題庫中歷年試卷出題難度方面的波動，及教師授課的業務能力及精力投入等因素的情況下，該課程教學質量在一定程度上稍有提升。這表明之前的教學改革活動的一些措施在某種程度上有所成效，相信在深入理解與全面落實專業認證標準的理念與措施之后，教學改革活動的開展會更有實效。這一應用與分析實例表明實施當前工程教育專業認證標準相比之前，工科的課程教學工作有了明確與切實可行的系統規范與措施，有了客觀的評估指標，有了不斷改進的指導依據，能夠有力推動課程教學質量的提升與教學改革工作的開展。

4 結語

基礎力學課程由于兼具直接面向工程實踐并且能進行嚴格定量分析的特點，對于工科學生多種能力及科學素養的培養有著重要作用。在當前工程教育專業認證背景下，開展基礎力學課程教學改革對于學生能力培養、畢業生科學素養鍛煉、大學及專業教育質量提升都有積極推動作用。揚州大學近幾年來在力學教學方面著力進行教學改革，在探索教學改革的理念、方法、內容與措施方面取得了階段性成績。大學教育與人才培養必須要適應產業發展與工程需要，所以基礎力學課程教學也必須秉承專業認證的三大理念，以專業認證標準為及格線，持續開展教學改革，不斷提升教學質量與學生的學科能力及專業素養。