工程教育專業認證背景下地方應用型高校多元混合式一流課程建設
——以“材料力學”為例1)

徐 鋒 * 倪君輝 * 方 淳 * 許晨光

*(臺州學院智能制造學院，浙江臺州 318000)

?(浙大寧波理工學院機電與能源工程學院，浙江寧波 315000)

1 專業認證的背景、理念和對課程的基本要求

自我國正式加入《華盛頓協議》以來，工程教育進入高速發展期，各高校以極大的熱情投入更多資源開展專業認證申請工作[1]。隨著2023 年6 月底新一批441 個專業認證通過結論的公布，我國已有321 所普通高等學校的2385 個專業通過工程教育專業認證（以下簡稱專業認證），涉及機械、儀器等24 個工科專業類。專業認證已成為我國構建“五位一體”本科教育評估與質量保障新體系的重要組成部分[2]。專業認證帶給我國工程教育的新理念以及由此引領的工程教育改革，比專業認證本身意義更大、影響更深遠[3]。隨著專業認證的不斷推進，教育界已圍繞指標體系、評估主體、評估模式和方法[4]，產教融合[5]，人才培養[6]等熱點問題進行宏觀層面的探索和研究，而如何在具體的課堂教學和教學評價等微觀層面落實認證理念，依然是當前高等工程教育最為薄弱的環節，也是廣大高校工程專業教師的普遍困惑[7]。而從專業認證的視角來看，課程教學已經不再以“內容為本”，課程教學內容選擇、教學資源開發、教學手段運用和教學組織形式等都要圍繞著實現課程教學目標和達成學生預期學習成果而展開[8]。課程目標變成了課程教學大綱的首要綱領，也是支撐畢業要求和培養目標的基石。而課程目標的達成評價也直接關系到專業認證的“底線”要求，即專業是否建立了面向產出的內部評價機制[9]。專業認證理念下的課程與畢業要求和培養目標的運行機制如圖1 所示。

圖1 專業認證理念下的課程與畢業要求和培養目標的運行機制

2 專業認證理念下課程教學的基本邏輯

2.1 基于專業認證的課程大綱邏輯內涵

課程教學大綱是課程教學的綱領，課程目標是課程教學大綱的綱領，課程教學與實施以課程目標為核心構建課程內容和教學活動與評價等。與傳統課程教學大綱相比，認證理念下的課程教學大綱的主要特點主要有以下4 點。（1）課程目標重塑：課程目標服務于畢業要求（二級指標點），涵蓋知識、能力和素養，目標描述以布魯姆教學目標分類模型為參考，可衡量，易檢測。（2）課程內容重構：課程內容安排和教學方法的使用均圍繞課程目標設定，教材從某種意義上來說變成了參考書，知識傳授僅是課程教學的目標之一，解決復雜工程問題的能力成為人才培養的重要組成部分。（3）課程思政育人：凸顯立德樹人之根本，課程教學不再只解決知識和能力問題，價值塑造應融于知識傳授和能力培養之中。（4）考核評價方式：明確課程目標對應的考核內容、形式和比例，或者說哪些內容應以什么形式考核，以及占多少比例才能有效支撐對應的課程目標，并給出明確的考核評價標準。認證理念下的課程大綱內涵解釋如表1 所示。

表1 認證理念下課程教學大綱的內容闡釋

認證理念下的課程教學大綱的所有內容遵循了閉環管理、環環相扣的基本原則，圍繞解決復雜工程問題能力的培養宗旨，將目標設定、實現目標的途徑以及評價目標是否實現的標準串聯起來。對于課程考核結束后的課程目標達成評價具有指導意義，也真正起到了教學大綱的綱領性作用。

2.2 基于專業認證的課程目標達成評價的邏輯內涵

課程目標達成情況評價是對教學大綱執行結果的評價，也是對課程目標是否達成以及教學活動與實施過程中存在的問題和持續改進策略的詳細分析，也為畢業要求達成評價提供數據支撐。課程目標達成評價的主要內容及內涵闡釋如表2 所示。

表2 課程目標達成情況評價的內容闡釋

課程目標達成情況評價的核心是評價方法、評價結果和對結果的分析即持續改進。其中評價方法可分為定量評價和定性評價兩種。

（1）定量評價

定量評價是評價課程目標達成值的數學計算方法，若課程目標i有N項考核環節，每個考核環節在該課程目標中的實際得分率為Fi，考核比例為Qi，則該課程目標的達成值為

式中，Fi為該考核分項得分的平均分除以該考核分項的目標分值。

（2）定性評價

定性評價是通過問卷調查的形式，從學生視角來反映課程目標的達成情況，調查問卷的設計以評估學生自己對課程目標i所達到的學習效果的評價。評價結果可分為：很好的達成（5 分）、較好的達成（4 分）、基本達成（3 分）、基本未達成（1 分）和完全未達成（0 分）共計5 檔。若問卷調查達成等級分值為Li，其相應的人數占比為Pi，則該課程目標的達成值為

可見，專業認證理念下的課程教學與實施從課程教學大綱的制定開始，通過“大綱合理性審核→教學過程與實施→課程考核合理性審核→課程目標達成評價→課程目標評價審核→課程教學持續改進”等形似戴明環封閉鏈的一系列方法和機制保障課程教學圍繞課程目標進行，進而支撐畢業要求和人才培養目標。

3 專業認證理念下課程建設要解決的新問題

專業認證要求符合本專業畢業要求的工程基礎類課程、專業基礎類課程與專業類課程至少占總學分的 30%，由于認證體系還對其他自然科學、通識課程和實習實踐等都有底線要求，實際上工程基礎類課程的學分與學時的可浮動上限很低。隨著人才培養方案的不斷優化調整，多數與專業相關的理論課程學時和學分都有不同程度的壓縮。像“材料力學”課程學時已由最初的70+ 學時壓縮到40+ 學時（含實驗學時），但課時壓縮并未降低課程目標的總體要求，解決復雜工程問題的能力仍然是工程教育理念之下課程作為人才培養最后一公里的核心要務。因此，課程需要依據其研究內容和任務以及對畢業要求指標體系的支撐關系，從知識傳授、能力培養和價值塑造3 個方面重塑課程目標，重構課程內容，創新教學方法。

另一方面，地方應用型高校以立足地方、服務地方為辦學宗旨，所以專業培養目標和畢業要求的制定既要考慮院校定位，還需與地方產業緊密結合?！安牧狭W”作為機械專業的工程基礎類課程，除了要求學生掌握工程基礎理論之外，還要根據課程內容屬性和實際支撐的畢業要求指標點，把能力培養和價值塑造與知識傳授融為一體，譬如：培養學生判斷和識別機械工程領域復雜工程問題關鍵環節的能力或者分析建模能力。同時，受制于課時壓縮但課程目標總體不變的實際情況，課程還可以借助現代信息技術和線上資源建設，以多元混合式教學改革為契機，培養學生的自主學習能力和終身學習意識。表3 給出了專業認證理念下“材料力學”課程目標以及所支撐的畢業要求指標點樣例。

表3 樣例——課程目標與所支撐的畢業要求指標點

隨著課程所支撐的畢業要求及課程目標的確定，以及“學時短、課程難、基礎弱、實踐少”的實際學情，新問題也隨之而來：（1）如何在少學時內有效傳授基本工程知識；（2）如何培養學生解決復雜工程問題的能力；（3）如何充分發揮線上自主學習的輔助作用。上述3 個問題既是地方院校參與專業認證的大部分課程遇到的共性問題，也是近年來線上線下混合式教學遇到的共性問題，本文將圍繞以上3 個問題，探索專業認證理念下“材料力學”一流課程建設與改革的路徑。

4 專業認證理念下課程建設與教學方法創新

以課程目標引領，根據課程的研究內容、方法和任務，重構課程內容（如圖2 所示），將課程內容分為簡單問題（基本變形）和復雜問題（組合變形）。簡單問題聚焦工程知識，以線上學習為主；復雜問題聚焦能力培養，以線下研討為主。提煉課程研究問題的一般方法，即：外力分析→內力分析→應力應變分析→強度理論分析→安全與經濟性分析，并將此方法貫穿課程教學始終，強化力學思維訓練。

圖2 課程教學內容重構

同時，基于少學時現狀，充分利用線上豐富的課程資源和線下信息化的實體智慧空間，虛實結合，多元混合，以能力培養為核心，將金課的兩性一度、專業認證的三大理念和BOPPPS（bridge-in（課程導入）, objective（課堂目標）, pre-assessment（課前檢測）, participatory learning（參與式學習）, post-assessment（課堂檢測）, summary（總結））教學模型的6 個模塊相結合，探索一種“導入有創新、目標較高階、前測有挑戰、以學生為中心的交互、以產出為導向的后測和持續改進的總結”的創新教學方法（如圖3 所示）。

圖3 課程教學理念、方法與主要創新措施

（1）以線上資源為主的工程知識學習

以“重點知識提醒—課堂目標引領—工程案例導入—基本知識講解—章節檢測評價”的理念來設計線上教學視頻，將BOPPPS 模型中的“課程導入、課堂目標和課前檢測”3 大模塊與金課的“兩性一度”結合，形成以下3 點。① 具有創新性的課程導入：明確每節課的課堂目標和重點內容，以工程案例作為課程內容和思政育人元素的切入點，了解知識從哪里來，用到哪里去，建立知識與工程之間的聯系；② 具有高階性的課堂目標：將課程目標分解為課堂目標，知識、能力和素養有機融合，明確每一講視頻能讓學生學到什么，能夠解決什么問題，培養什么樣的素質和能力；③ 具有挑戰度的課前學習檢測：帶著教師課前布置的學習要點、任務、問題和練習完成線上視頻學習，并以分值鼓勵學生將自學中的疑問留在學習平臺，以便線下課堂答疑解惑，學做相融。

需要說明的是，課程的“兩性一度”并非僅僅體現在線上資源的內容設計和線上自主學習，而是貫穿了“線上線下、課內課外”育人的全過程?，F以第三章第一講的扭矩和扭矩圖為例，說明線上學習所呈現的流程，如表4 所示。

（2）以智慧空間為主的參與式研討

以“重點知識提問—線上問題答疑—作業問題分析—課堂多屏檢測—內容總結改進”的理念完成線下課堂教學，將BOPPPS 模型中的“參與式學習、課堂檢測和總結”與工程教育認證的“三大理念”結合，形成：①以學生為中心的參與式學習，即基于課前線上學習，把線下課堂設計成復習課、討論課和習題課，以問題導向，聚焦重難點和學生學習困惑，提出問題，分組討論；② 以產出為導向的課堂檢測，即圍繞課堂目標，借助智慧教室的多屏互動功能，以小組協作形式全員參與同解一道題，即時發現問題，檢測課堂目標達成情況；③ 持續改進的課堂總結，即歸納課堂核心內容，引入知識應用的實際工程案例，識別并判斷工程案例中的關鍵參數，抽象力學模型，說明解決復雜問題的多元方法?，F以第七章組合變形中的彎扭組合變形為例，說明線下課堂的教學組織流程，如表5 所示。

表5 樣例——線下課堂教學流程示例

線上線下混合的教學方法改變了傳統課堂在有限學時內的“理論滿堂灌”，把傳統課堂上聽不懂，課后再復習完成作業的時間提到了課前的學習和課中的練習、測試和強化等。所以，相比傳統課堂而言，學生在混合式教學中的總體時間投入并未發生太大變化，只是投入的時間向前“遷移”了。

5 認證理念下課程考核的達成評價方法

5.1 考核評價的形式和內容

考核評價的形式和內容不但要與課程教學大綱保持一致，還受到課程考核合理性審查機制的約束，從而確?？己藘热?、比例等合理支撐課程目標?！安牧狭W”課程的每個目標由3 項考核成績組成（如圖4），課程目標1 主要考察工程知識的掌握程度，課程目標2 以能力考核為重，課程目標3 旨在考查學生的自主學習意識。每一個課程目標的考核方法和內容闡釋如下。

圖4 課程考核評價方法

（1）課程目標1。期末考試主要是基本變形（簡單問題）的安全校核問題。驗證實驗是拉伸、壓縮和扭轉的線下實驗。課堂測試以基本變形知識點為核心，考核形式分為兩類。① 3 人一組的協作互助式考核：針對重要的知識難點，3 人自由組隊，在20 分鐘內協作完成3 道題目，題目的難度以每人每道題10～15 分鐘內完成為宜，剩余的5～10 分鐘，組內人員互相檢查，針對可能出現的問題，相互幫助并討論修正；② 單人線上平臺考核：針對常規的知識要點，借助課程平臺，從題庫中抽取考題，在規定的時間開放，20 分鐘內完成并自動提交。

（2）課程目標2。期末考試主要是利用強度理論分析組合變形（復雜問題）。虛擬仿真主要針對由于實驗學時不足，難以開設的應力應變測試以及有限元分析等線上仿真實驗。項目報告以工程應用為主旨，完成選題、答辯和報告等任務，基本要求為：① 3 人一組，且項目報告必須含有從工程案例到力學模型的簡化，從參數賦值后的理論計算到有限元仿真的對比分析，以此鍛煉以力學思維解決復雜工程問題的多元方法；② 評分由教師對答辯和報告的評分以及組間互評組成，每組匯報時需至少接受來自教師和其他組別的提問各一個，匯報人、答題人和報告撰寫人要有明確分工，不可由同一人完成，評分時要考慮選題難度；③ 提交的項目報告封面要明確整個項目的任務分工，寫明答辯時教師提出的改進建議以及具體改進措施。

（3）課程目標3。通過課前視頻學習并完成線上檢測和平臺作業，以及在平臺留痕學習的過程性材料等線上學習成績的數據記錄，實時追蹤學生的自主學習動態，并根據學生成績的動態波動情況開展差異化教學（如圖5）。另外，對有價值的討論設置為精華帖，對平臺作業中留下的有價值的問題給予賦分獎勵，并于課堂提出表揚和重點回應。

圖5 班級全體學生和某個體學生線上學習數據動態

5.2 課程考核的達成評價

課程結束后，需要對課程目標是否達成進行評價，一方面依據定量評價方法計算各課程目標的達成值，并以散點圖形式呈現學生個體在各個課程目標上的達成情況（如圖6 所示），另一方面依據定性評價方法了解學生視角下課程目標的總體達成情況。最后從定量評價和定性評價兩方面總體分析教學過程存在的短板、產生短板的原因，并與上一輪教學結果進行比較分析，提出持續改進的具體策略。

圖6 樣例——課程目標達成情況散點圖

例如，從最近一期的課程考核分析發現：課程目標2 是課程教學的短板，培養解決復雜工程問題的能力仍有較大提升空間，達成值較低的主要原因是在期末考試的有限時間內完成以強度理論分析組合變形等復雜問題上的得分率較低。作為課程教學的難點，也是課程高階性和挑戰度的重要體現，課程目標2 的各項指標仍需加強，但與前幾個輪次相比，課程目標2 的達成值穩步向好，特別是虛擬仿真、項目匯報和課堂討論等環節的持續改進，讓學生有了更發散的力學思維來判斷和識別工程案例中的關鍵要素，并懂得利用理論、實驗和模擬等更多元的方法去解決實際工程中的力學問題。

6 總結

新形勢下，塑造基礎理論扎實、工程思維活躍、實踐能力突出、家國意識自覺的工科人才更符合地方高校的人才培養理念。而課程教學作為人才培養的基石，最后一公里鋪的實不實，將對人才培養產生重要影響。一流課程建設和專業認證完全可以同向同行，但確也由于課程體系的不斷優化，“學時短、課程難、基礎弱、實踐少”幾乎成為地方高校工科專業課程普遍存在的共性問題。為了解決這些問題，“材料力學”課程自2018 年開始探索線上線下混合式教學方法，經過5 輪迭代和實踐，特別是在如何將線上學習落到實處，線下課堂提高效率等方面取得了明顯成效。課程各個目標的達成值均穩定在0.6 以上，學生對課程目標的自我評估保持在4.5 分以上，在試卷深度和難度相當的情況下，學生的卷面及格率相比多年徘徊在50%以下的傳統課堂而言提升20%左右，個體成績的兩級分化現象明顯改善，學生對教學方法的認可度高，評教數據穩居前列。多元混合式的教學方法有效彌補了課時壓縮造成的知識傳授捉襟見肘、能力培養無從下手的原狀，課程亦獲得了省級線下、線上、線上線下混合和虛擬仿真一流課程的全方位開花結果。課程融合專業認證理念、兩性一度要求和BOPPPS 教學模型所形成的新方法，以及線上教學資源建設、智慧教學空間使用、教學模式改革創新等方面可為同類高校的相關課程建設提供參考。