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工程教育认证下的功能材料实验改革

2019/08/20 阅读:

摘要:“新工科”时代,适应国家发展新常态,加强专业人才教育,是巩固和提高高校教育质量的重大课题。本文以功能材料专业实验为例,结合工程教育认证要求,分析目前专业实验教学存在的问题,通过融入工程内涵、模块化实验内容、引入新型教学方法以及建立综合型评价方法等措施对实验教学进行提升,落实“学生为中心”的教育理念,保障学生工程实践、领域整合等相关综合能力的培养质量。

关键词:工程教育认证;学生为中心;课程改革;跨学科整合

近年来,工程教育学历认证体系在国内外迅速发展,通过认证不仅可提高学生在世界范围内的影响力和竞争力,也为我们建立国际水平的教育质量保障体系和教学改革机制提供更高起点[1]。工程教育认证重视专业的实验实践教学效果,要求学生具备应用各学科知识、实验技能解决科研及工程实际问题的核心能力,筹备认证过程中,如何改进专业实验教学、提高实验教学质量,达成工程教育认证对学生的能力要求,成为工程教育认证背景下实验教学急需解决的问题[2-3]。为此,本文分析了我校功能材料专业实验教学中的问题,提出工程教育认证背景下专业实验教学改革的思路,探索进一步保障人才培养质量的方法。

1原有实验教学存在的问题

功能材料专业实验作为我校功能材料专业开设的专业核心实验课,课程计划48学时,原教学内容包含9个实验项目(表1),以验证实验为主,仅锂离子电池系列实验为综合设计型实验。与工程教育认证要求相比对,显示出不少薄弱之处。

1.1专业知识多,交叉学科及工程内容少

长期以来,实验作为相应课堂理论教学的配套,内容上偏向专业知识多,而电学、工程等其他相关领域知识较少在专业实验教学中被考评。课程间的融合度不高,学生的各种能力在整个培养体系中以孤岛存在,跨学科解决综合问题的能力无法保障。专业实验若将高年级学生跨学科解决综合问题的能力纳入培养体系,更有利于加强学生跨学科的知识体系建设,深化其对高等教育的理解和掌握。

1.2实验项目孤立,且多为验证实验

表1中列出的实验中,只有锂离子电池系列具有较为完整的体系,其它均为孤立项目各自分散进行,并且大多是验证性实验,知识点单一存在而联动缺失,不利于学生综合应用所学解决实际复杂问题能力的提高。

1.3教学方式落后,学生被动学习为主

传统的教学方式为学生预习实验讲义并提交预习报告,课堂上教师介绍重要原理、实验操作等,学生参考讲义上详细的实验步骤机械地进行各项实验。这种教学方法互动性不足,学生主动思考、深入探究的程度低,不利于学生真正巩固所学知识,不利于学生创新思维的开发。

1.4评价方法单一,无法体现学生个性化发展水平

传统实验成绩鉴定采用“实验操作+实验报告+期末闭卷考试”模式,不利于体现学生个性化发展水平,导致学生自我认同感下降,易挫伤其学习自信,也不利于教师充分了解学生的发展状态。并且随着改革的深入,先前的课程评价方法将不能有效指导学生进行实验活动[4]。

2实验教学改革及探索

针对以上问题,我院参照工程教育认证要求,并结合多年来的实验教学经验进行以下改革:

2.1调整课程重难点,注重跨学科连接及工程融入

作为前沿学科,教学中充分连接不同学科知识点助力学生建立更宽厚的知识体系,如半导体系列实验中,学生要掌握半导体的性能,也要求学生学习仪器的原理和构造等,以充分掌握实验背景知识,做到“又见森林又见木”,有利于其提高跨学科解决问题的能力。面对日益复杂的现代世界,工程内容融入专业实验可以给学生更多工程实践的机会,如锂离子电池制作实验贴近目前便携电子、新能源汽车行业迅速发展的历史阶段,在实验中增加产品设计、造价计算及行业规范等项目选择,学生按项目进行分工合作,连接产业实际问题,最后以项目报告及ppt答辩的方式结题,让学生真正把工程能力渗透于自己日常学习生活中,做到融会贯通、学以致用。

2.2增设综合设计型实验,整合实验项目成模块

结合专业实际,原有项目调整成以下三个模块(表2):以半导体材料系列实验为例,新实验体系将半导体性能分析与硅太阳能电池性能测试组合成综合实验,学生可熟悉半导体由材料到器件的相关知识,体现半导体材料的实际应用价值。另外,辅以视频等多媒体、网络资源,补充暂无实验操作条件的单晶硅制备过程等,进一步完善从材料合成到器件构造再到器件性能分析的完整体系,联合学生所学的各种知识,增强学生的专业素养和跨学科解决问题能力。

2.3引入新型教学方法,促进师生交互

由于实验项目增加,部分实验穿插进行,需要学生充分预习并且高效利用课堂时间。因此,实际教学中,引入翻转课堂教学模式,通过提供丰富的课前学习资料、组织课前学习小组和在线辅导提高学生预习效率,同时,设置层层递进的问题加以引导,鼓励学生积极提出新问题并探索其解决方法,教学过程中以答疑解惑、启发思想和动手探究为主要内容,课后进一步探讨剩余问题并撰写报告,部分实验需准备项目答辩,调动学生学习主动性、积极性。这种“学生为中心”的教学模式,学生由被动学习转变为主动学习、互助学习,不仅能记忆、理解进而应用所学知识,且具有对所学知识进行分析、评价进而创新的能力,符合“新布卢姆教育目标金字塔模型”中认知过程的维度提升,保障专业培养质量[5-7]。

2.4改革评价体系,体现学生个性化发展水平

评价标准设立原则是紧紧围绕教学大纲重难点,并以考察过程为主要内容。例如设计实验中,学生可以根据自己的需求和爱好选择实验项目和任务分工。学生以团队形式进行资料收集、方案设计、实验操作和项目准备,实验后进行团队的项目汇报及独立的实验分析报告等系列过程,实现实践能力、工程能力等综合素质全面的提升。改进后的实验评价标准针对学生的主要能力进行重点评价,表3是功能材料专业综合设计型实验评价详细要点。这种考核形式可让学生充分施展各方面能力,如在实验和创新实践部分,动手能力强的学生会占优势,而善总结、重细节的学生在实验总结、汇报中更显风骚,鼓励学生了解自己的优势所在并取长补短,最大程度开发学生潜能,促进良性竞争,优化学习氛围[8]。此外,指导老师及时分析考核结果、对学生提出学习建议,分析应包含班级间的比较以及学生本人的纵向、横向对比,如学习态度是否有进步及理论理解、跨学科解决问题等能力的对比,及时将结果以适当的形式反馈给学生,促进其进一步提升发展。

3结语

人才培养质量体现了学校核心竞争力,以提高功能材料专业学生的综合能力为核心、全面助力学生解决复杂问题能力发展的专业实验改革是人才培养质量的重要保障。及时跟进行业进步及产业延伸或变化,适时对实践教学平台进行改造和提升,改进人才培养模式,不断完善教学管理和评价体系,对学生工程实践和创新能力的提高有着支撑作用,也是工程教育认证所倡导的“持续改进”之成效的具体落实[9-10]。

参考文献

[1]蔡述庭,李卫军,章云.工程教育认证中毕业要求达成度的三维度评价实践[J].高等工程教育研究,2018(2):71-76.

[2]雷丽文,王攀,祝振奇,等.以卓越工程师为培养目标的材料科学基础课程改革与实践[J].教育教学论坛,2013(22):234-35.

[3]曹静.工程教育背景下提高材料学科实验教学效果的探索[J].实验科学与技术,2017,15(3):108-110,157.

[4]徐先蓬,宋沁潞.双一流视域下课程评价模式研究[J].中国教育技术装备,2017(10):71-72.

[5]王保建,陈花玲,杨立娟,等.工程教育认证标准下的课程教学设置[J].实验室研究与探索,2018,37(8):162-167.

[6]赵炬明.聚焦设计:实践与方法(上)———美国“以学生为中心”的本科教学改革研究之三[J].高等工程教育研究,2018(2):30-44.

[7]杨燕,张梅,保志鹏.引入新型教学理念对实践教学改革的促进作用[J].教育教学论坛,2018,368(26):137-138.

[8]梁爱琴,宋祖伟,曲宝涵.课程的考核体系改革研究[J].长沙大学学报,2013,27(2):121-122.

[9]朱海荣,吴瑜.基于工程教育专业认证的机器人创新实验平台开发[J].实验技术与管理,2018,35(11):22-37.

[10]王新武,王北方.新建本科院校转型发展中三位一体实践教学评价的建设与应用[J].实验技术与管理,2018,35(11):164-166,216.

作者:张海连 李东旭 单位:华侨大学材料科学与工程学院

工程教育认证下的功能材料实验改革

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