工程教育专业认证背景下的教学改革和探索

        —以材料专业《现代化学基础》课程为例

      范聪敏，李  绛，许  琪，张伟彬  

（成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059）

[摘  要] 《现代化学基础》课程作为成都理工大学材料科学与工程专业一门重要的专业基础课，为响应工程教育专业认证的新需求，本文总结分析了目前的教学现状，以工程教育专业认证的三个基本理念为指导，倡导以下教学改革方案。具体的措施为以结果为导向优化教学内容和授课顺序、建立以学生为主体的教学体系、实现持续性改进的多元性教学评价、加强构建教学团队。

[关键词]工程教育专业认证；现代化学基础；教学改革。

[基金项目]2020-2022年成都理工大学，中青年骨干教师发展资助计划（10912-JXGG2020-06236;10912-JXGG2020-06848）。

[作者简介] 范聪敏（1987-），女，陕西渭南人，理学博士，成都理工大学材料与化学化工学院，讲师（通讯作者），主要从事纳米材料的制备及性能研究；李绛（1966-），男，山东泰安人，理学博士，成都理工大学材料与化学化工学院，副教授，主要从事量子化学计算应用；许琪（1989-），女，湖北荆门人，工学博士，成都理工大学材料与化学化工学院，讲师，主要从事介电陶瓷研究。

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A    

在2016年6月举办的国际工程联盟大会上，我国成为第18个《华盛顿协议》的成员国，这意味着通过工程教育专业认证的毕业生，在互相认可的国家申请工程师执业资格时将与本国毕业生享有同等的待遇^[1]。教育部参照《华盛顿协议》中《毕业要求与执业能力》的12条要求，发布了2017版的《工程教育认证标准》，依托专业认证机构对高等院校开设的工程类专业教育客观评估，以提升高等教育机构培养人才的能力。近几年来，各个高校都迅速组建围绕以本科专业为中心的教师团队积极应对工程教育专业认证，但是只有从开始认证乃至今后的专业教学中严格执行工程认证的三个教学理念即以成果为导向教育、以学生为中⼼、持续改进，才有可能在这场激烈的竞争中占据优势。成都理工大学材料科学与工程专业作为四川省高等教育新世纪教改工程省级材料类本科人才培养基地之一，已于2018年通过中国工程教育协会专业认证，随后入选教育部公布的2019年度四川省首批一流本科专业建设点。在已通过工程教育专业认证的背景下，全系教师仍需钻研认证报告并采取切实有效的改进措施，因此在本专业学生的后续培养工作中如何确保各门课程的教学工作真正落实工程教育认证的教学理念成为亟待解决的难题^[2]。《现代化学基础》课程作为一门重要的专业基础课为材料专业的工程教育认证提供了重要支撑，本文以《现代化学基础》为例结合工程认证的教学理念，首先分析目前课程面临的教学现状，其次从优化课程内容、突出学生为主体、完善评价体系和构建教学团队等方面给出有效的改革尝试和思考。

1.《现代化学基础》课程教学现状

   《现代化学基础》作为一门省级精品课程，是材料专业重要的学科基础课，结合材料科学与工程专业对现代化学知识的需求，将无机化学、物理化学、有机化学、分析化学四大化学进行融合。课程需兼顾学生中学阶段已掌握的基础化学知识，又必须为后续专业课程的学习储备化学理论基础和实验操作能力，在整个培养方案中起着承前启后的作用。

现代化学基础课程在本校材料专业的教学计划中，分为两个学期完成理论课4.5学分和实验2学分总共6.5学分104学时的教学任务。上课时间安排为大一学年的春季学期开展理论课2.5学分和依附于理论课程的实验内容1学分共3.5学分；大二学年的秋季学期理论课2学分和课程实验1学分共3学分。该课程包含两个课程目标，目标1为掌握扎实的化学自然科学基础知识，掌握固体结构、配合物结构、无机化合物、有机化合物及其反应结合化学平衡、化学热力学、化学动力学、相平衡、胶体化学等基本理论对材料专业涉及到的化学问题进行分析和处理；目标2为熟练现代化学实验方法和技能，掌握研究化学问题的基本方法和手段，运用所学的现代化学知识及实验技能对材料科学与工程专业中具体的化学问题进行研究路线的选择和实验方案的设计，安全开展实验，科学采集实验数据。

表1给出了课程支撑的毕业要求、分解的指标点及毕业要求与课程目标的关系。总结表1，遵循工程认证中以毕业要求为结果导向，现代化学基础对应的三个毕业要求分别为工程知识（课程目标1）、问题分析（课程目标1）和研究（课程目标2）即毕业要求1、2和4，分解的三个指标点为指标点1-2、2-1和4-4。为高质量完成材料专业认证报告的持续改进，针对《现代化学基础》的教学改革和探索是十分必要的。而在全校课时数趋紧的大背景下，参照工程教育专业认证的教学理念优化现代化学基础课程，将四大基础化学与后续专业课巧妙衔接，充分利用知识的阶段性、延续性和整体性，激发学生的学习兴趣及对专业学习的热忱。

2.已通过工程教育专业认证背景下对《现代化学基础》课程的改革和探索

2.1以结果为导向优化课程内容和授课顺序

表1 课程目标与毕业要求对应关系

目前《现代化学基础》课程选用的教材为胡忠鲠等主编由高等教育出版社出版的《现代化学基础》一书，是十一五规划教材和教育部面向21世纪系列教材。教材包含的内容广泛，教材的内容包括四大化学无机化学、有机及高分子化

表2  理论课内容和实验学时分配表

学、物理化学、分析化学等。表2展示了教学计划中理论课内容和实验学时的分配建议，课程的教学重点为：化学热力学、化学动力学、化学平衡等化学基本原理；原子、分子、晶体结构等物质结构基础；元素化学、无机化合物性质、有机化合物及有机化学反应；电化学、界面化学、胶体化学等内容。教学难点主要集中在化学热力学、化学动力学、物质结构基础、化学键相关理论等教学内容。

材料专业《现代化学基础》课程的教学内容和授课顺序上经历了几次调整，摸索出一套合理的满足专业需求的教学内容和授课模块的教学方案。材料专业早期的总课时为128课时，理论授课中包含分析化学，实验内容中加入配套实验如果蔬中维生素含量的测定。随着材料专业课程培养方案的优化课时缩减为104课时，考虑到与现代材料测试技术等课程内容重叠删减了分析化学部分；在2017版大纲实行之前，材料专业的授课顺序按照教材的编排从第一章至第十四章依次进行，试卷分析表显示学生的掌握情况有限授课结果并不理想。笔者认为学生在物理化学和无机化学两个体系中来回穿梭交叉学习，学习兴趣和思维逻辑性很难维持，而物理化学需具备一定的高等数学基础，又增加了学习难度 ^[3]。若调整教学顺序为先修物理化学再进行无机化学的学习，按照两个教学模块独立进行，章节分布上为物理化学部分由第一章、第五章、第六章、第七章、第十章、第十二章、第十三章构成，无机化学的部分包含第二章、第三章、第四章、第八章、第九章、第十一章、第十四章、第十五章、第十六章，学生能集中精力攻克难点，内容上的衔接和逻辑上更合理，从调整后的课堂调查问卷来看学生的反馈也较好。

根据课程教学内容的特点《现代化学基础》包含理论课同时必须匹配实验课，现采用的实验内容多为验证性实验。为了贯彻以结果为导向的教学理念使学生认识到实践能力的重要性，在2021版的培养方案中，实验课不再依附于理论课，将两个学期的实验课合并为现代化学基础实验单独设课，理论和实验课程分离的尝试促使学生的学习更有针对性和系统性，充分挖掘实验课的变化和可能性。调整后实验课的设置可结合两大模块的所有理论，增强实验内容的趣味性和探索性，例如已尝试在实验课教学中引导学生自己设计实验方案，以固体比表面积的测定为例，启发学生结合无机化学的酸碱平衡原理摸索溶液pH对固体材料吸附容量的影响并探究原因，学生需回顾酸性、中性、碱性和缓冲溶液的概念及配制方法，设计实验方案分析数据得到规律性结论并解释。在实验教学中发布类似任务，学生都兴趣极高积极参与若能在后续独立的实验课中全面推行，结果非常值得期待。理论课结束后开展趣味性实验教学，兴趣引导学生将理论和实践完美结合。

而《现代化学基础》作为大一新生唯一接触到的与专业衔接紧密的一门课程，若直接授课学生将面对的是满屏难理解和繁琐的公式，对专业学习的兴趣将大幅下降甚至产生抵触心理。如果加入适当的绪论，让学生了解化学的分支构建总的学习框架以学生感兴趣的材料为切入点，将带领学生走近现代化学基础的课堂。例如在化学动力学引言时抛出药物代谢的动力学问题，为什么医生规定药物必须在几个小时以后才能服用，时间间隔依据的标准是什么？学习结束后，再回答引言中的问题，让学生通过理论联系实际深化理解课堂知识在生活中的应用。在以产出为导向的工程教育认证理念中，课程学习中学生必须牢记并反复思考的几个重要的问题。什么是现代化学？为什么要学习现代化学基础？课程开设的目的是让学生能在工作多年以后，辨析遇到的问题哪一部分属于化学问题，应该找哪些专业领域的人共同解决。而现代化学基础作为材料科学与工程专业多门专业课和核心课程如结晶矿物学、材料物理与化学、材料现代测试技术、材料成型原理、高分子材料与概论、材料科学与基础的先修课程，为后续专业课程的学习奠定理论基础，在学生专业能力的培养中起到举足轻重的作用，授课完成后确保学生掌握化学基本理论，具备基本的实验技能完成后续的专业课程学习，采取上述措施对课程教学内容优化是非常有必要的。

2.2构建以学生为中心的教学体系

《现代化学基础》主要讲授的是化学基本原理、元素化学以及物理化学中的基本理论，大量的知识点和公式需要推导记忆，特别是公式的灵活运用如上述药物代谢的动力学问题即计算随着时间的推移药物在人体内残留浓度的问题。学生对课程的直接感觉就是难，要在课堂上吸引维持学生的关注，必须要建立以学生为中心的教学体系。

笔者通过与学生的多次沟通和问卷调查总结本门课程知识的连贯性和逻辑性较强，单一形式的理论授课最终会演变为填鸭式教学教学效果大打折扣。笔者认为必须适当增加学生在课堂中的角色，在近几年的教学工程中深刻体会如果让学生自己主动学习，通过学以致用的方式知识的保留率是最高的。理论课堂时长有限，可选取难度适宜的教学内容，增加一定次数的翻转课堂，最终结果显示学生通过自己讲授的知识点得分率明显提高。本教材内容丰富知识点众多，需在教学内容上有所取舍重难点清晰，一部分简单易理解的内容则不需要占用课堂时间例如酸碱理论的简介、原子结构的发展史等内容可安排课后学生自己学习。

    目前大部分课程是通过观察多媒体课件伴随教师讲解，难以长时间维持学生的热情。2020年初受到新冠疫情的影响，线上授课成为当时课堂的主要形式，也加速了授课教师对线上教学的思考和尝试。若合理利用现代计算机多媒体技术，将授课内容动态直观的展现，会极大的促进教学效果^[4]。本课程的教学课件包含文字、图表、动画演示和小视频等丰富的教学形式，保证教学内容的先进和教学效果优质的呈现。《现代化学基础》课程中三大结构的理解要求学生有空间想象的能力，若只是采用传统文字展示很难实现，采用三维动画可完整展示原子轨道、分子轨道，学生能形象、立体的构建四个量子数及原子结构，不仅能提高学生关注力加深学生的印象，更有利于知识点的传授。工业的精馏塔是一个重要且与实际生产紧密结合的知识点，在课堂实验中加入仿真模拟展示，在模拟时可针对可能出现的问题进行理论讲解。以学生为中心有效利用现代教学手段，实现学生充分掌握理论知识，又能真正将所学知识应用到工程实践中。

本课程的难点在于课堂学习涉及大量计算，学生普遍反映听得懂课，但在灵活运用上不够熟练最直观的感受就是不会做题。要解决这个问题，需要任课老师给予及时的辅导和反馈，切实解决学生的疑惑才能促进学生更好的掌握课程内容，本教学团队的老师在上课时分享沟通方式供学生反馈课堂中的疑问。例如按班级建立课程专属的QQ群，为学生交流提供一个开放自由的平台，所有提问和回答均在群里公开，学生能感受到其他同学的学习情况，督促学生像掌握情况好的同学学习，既避免教师重复回答问题同时也形成一种良性的竞争氛围。

在近年来《现代化学基础》课程的教学改革中，通过理论教学与实验课程相结合的方式吸引和提高学生的学习兴趣，增强学生思维的条理性，效果良好。实验课单独开设后可在验证性试验上增加设计性试验和开放性试验，突出和强化学生的主体地位，关注学生的学习感受。此举有利于学生综合认知能力的提升、锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，尤其在培养学生操作动手能力及创新能力时效果明显。而一些表现优秀的学生，需要高难度和高层次的学习和交流，若以化学竞赛思维为切入点，通过化学竞赛激发学生的学习动力，变被动学习为主动学习，将极好的提高学习效率。以2020年11月举办的四川省第四届大学生化学实验竞赛为例，本学院的化学、应用化学、化学工程与工艺专业的同学组队参加获得了较好的名次，若在平时授课中有意识的给学生推广相关的竞赛如大学生材料设计大赛、中国创新创业大赛、大学生化学实验竞赛等，真正落实以赛促教，夯实学生的化学基础知识与实验技能，培养学生的创新意识和实践能力，促进课程关注针对学习能力好的学生探索教学改革措施、而学生能与其他专业的优秀学生互相学习交流，也会激发学生整理的科研热情。

2.3持续改进评价体系，实现多元考核

工程教育专业认证体系下，强调学习过程和学习能力的考核。本课程采取闭卷考试，课程成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩（占70%）构成，其中平时成绩包含课堂综合成绩（占1/3）和实验成绩（占2/3）构成。课堂综合成绩由课堂考勤（占20%）、课堂表现（占30%）、作业成绩（占50%）三项组成。每次的实验成绩由操作成绩（占40%）、综合表现成绩（占20%）、实验报告成绩（占40%）三部分组成，最后多次实验取平均值作为最终的实验成绩。课堂综合成绩主要考查课堂提问、平时作业及课堂出勤情况；实验成绩考查的依据为实验过程中实验操作、实验预习记录及实验态度和纪律、实验报告的编写。

    为了响应工程教育认证的持续性改进，多元考核体现在考核应注重学生学习过程的参与度，不能只依赖期末考试的卷面分数，而持续性改进则需要教与学双方都参与评价。以学生的角度出发：实验与理论课独立考核的评价方式，学生能体会实践操作能力的重要性；注重学习过程中的动态监测，采用雨课堂随堂测验、单元测试、课堂笔记等；减少记忆性知识点的简单考核，增加能力范畴的内容。加大落实学习过程的反馈，倡导学生培养良好的学习习惯，杜绝学生形成“平时不学、考试突击”的学习恶习，提升课程对毕业要求的支撑。教师是推动持续性评价的实施者，在优化评价体系中仍需加强对授课教师和教法的评价。教师的评价体现在：善用期末试卷分析，统计试卷题目的数量、难度和得分情况，调整下一轮教学计划；在合适的教学环节中收集学生的课堂的反馈如雨课堂的网上问卷，有助于教师及时调整教学方式；通过课堂设置问答环节，在线收集学生的答题情况，可掌握记录该部分的学习情况；加强对阶段性学习情况的测评如每一章或两章学习完成后，雨课堂推送测试题进行在线测试，在教学中间阶段性的考核能实时发现问题解决问题。如在已进行的测评中，发现学生会混淆热力学概念，则在课程教学中针对的具体概念帮学生学生针对性辨析。

持续性改进评价还体现在应不断完善评价体系，将近几年的期末成绩数据纵向对比，在每学期开始之前，课题组研讨在合适范围内调整考核方式。每一版本的教学大纲都要随教学情况优化，例如在疫情爆发之前线下批改作业次数较多，现在雨课堂随堂测试、单元测试的增加，则应加强在线测试的占比。授课老师可实现线上发布作业、批改作业、统计知识点的习题知识点标签。多元性评价应是动态变化的，不只拘泥于某一种形式和比例。每一轮教学过程中需及时收集上述评价，指导下一轮教学改革，新一轮教学过程中再收集评价，继续指导后续的教学……形成良性闭合循环，推动课程持续改进，最终形成能持续性改进的“基于学习产出的教育模式”（OBE）的合理评价。

2.4对于课程教学团队建设的思考

本教学团队从参编现代化基础教材开始，就形成了一个稳定的教学团队，依托学院成立的教学督导组，对新教师实行传帮带的模式，老教授们深入一线课堂一对一指导青年教师的课堂教学，对存在的问题给出指导意见，本人也曾在此项工作中受益匪浅。为了保证高质量的课堂教学，加强对新手青年教师的培养，本教学团队秉承着开放进步的态度去面对教学团队的建设和逐步优化。

    在应对新工程教育专业认证的背景下，借鉴一些国家级精品课程的建设经验，教学团队多次与同行业专家开展线上讨论会。最终形成以《现代化学基础》精品课程网站为基础，积极建设配套教学资源如章节题库、标准答案、评分系统等，这项工作也得到学校的支持入选四川省2018-2020年高等教育人才培养质量和教学改革项目。

本教学团队已实施针对性有计划地选送教师深造、参与短期培训和线上研讨课等进修计划，而针对材料科学与工程专业有计划的吸纳既具有材料专业背景又具备扎实化学功底的教师加入教学团队，组成具有特色的专业教学团队，及时了解工程教育认证背景下材料专业的新情况、新问题、新需求，结合本课程的特点，教学团队能够专业、有效的解决存在的问题持续优化《现代化学基础》课程。

3.结束语

基于工程教育专业认证背景下材料专业对《现代化学基础》课程提出新的要求，本文从教学内容上关注以结果为导向的教学内容和授课顺序的设置、构建以学生为中心的教学体系、在教学过程中实现持续性改进，优化教学团队，这些措施都已得到良好的反馈。在后续的教学改革中，教学团队仍需积极寻找机会迎接挑战，秉承积极开放的态度去协助材料专业的新发展，实现专业与课程同成长共进步，在培养材料与科学工程专业高质量的本科生上实现双赢的结局。

[参考文献]

[1] 赵毅，梅迎军，黄维蓉.工程教育专业认证背景下材料科学与工程专业人才培养模式改革与探索[J].大学教育, 2020(08):39-42.

[2] 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育,2014(17):7-10.

[3] 彭邦华，肖芙蓉，廉宜君等. 材料科学与工程专业物理化学课程教学改革的几点建议—以石河子大学化学化工学院材料专业为例[J].教育教学论坛, 2016 (37):128-129.

[4] 王春燕，周立梅，宋琼. “互联网+”时代大学基础化学课程教学方法的探索[J].山东化工,2017(23): 125-126.

Exploration of Teaching Reform of Basic Modern Chemistry Course Bases on Engineering Education Accreditation：Taking Materials Science and Engineering as an Example

FAN Cong-min, LI Jiang, XU Qi, ZHANG Wei-bin

(College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China)

Abstract: Based on the background of engineering education professional certification，basic modern chemistry is an important professional basic course for materials science and engineering major. According to the three major concepts of engineering education accreditation as the basic guidance, the paper analyzed and summarized the current teaching situation of basic modern chemistry course, and some reform and exploration were proposed including designing the output-oriented teaching content and arrangement, building student-centered teaching system, emphasizing process evaluation and a multi-evaluation system, optimizing the teaching team construction.

Key words: engineering education accreditation; basic modern chemistry; teaching reform.