工程教育專業認證背景下“試驗設計與優化”課程教學改革探索

魏真真，李媛媛，張 巖，眭建華，潘志娟

(蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215123)

工程教育專業認證是一種國際通行的工程教育質量保障制度，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1-2]。2016年我國正式成為《華盛頓協議》成員后，在我國掀起了工程教育專業認證熱潮，截至2018年底，全國共有227所高校的1 170個專業通過了工程教育專業認證。我校(蘇州大學)紡織工程專業是國家特色專業建設點、教育部“卓越工程師教育培養計劃”專業、江蘇高校品牌專業以及江蘇省紡織類重點專業的核心專業[3]。目前該專業正積極開展工程教育專業認證工作。“試驗設計與優化”是紡織工程專業的一門必修課程，通過介紹以正交試驗設計為主的各種試驗設計方法以及試驗數據處理與分析方法，使學生具有科學開展試驗與正確分析試驗數據并進行試驗優化的能力，為今后在學習、科研或工作中靈活運用科學試驗方法打下基礎。因此為符合工程教育專業認證要求，“試驗設計與優化”課程需要有新的定位，并在教學內容、教學方法及考核方式等方面進行改革。

一、 “試驗設計與優化”課程的新定位

我校紡織工程專業的培養目標之一是使學生能夠綜合運用數學、自然科學、工程科學和專業知識，對復雜紡織工程問題提供系統性解決方案。畢業要求中工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究以及使用現代工具等都可為達成這一目標起到支撐作用。結合“試驗設計與優化”課程的內容與性質，該課程可以很好地對應畢業要求1工程知識以及畢業要求4研究，具體的對應關系見表1。按照工程教育專業認證的要求，培養目標和畢業要求的制定是面向全體學生的，即全體學生在畢業時應達到畢業要求，畢業五年后符合培養目標[4]。然而，“試驗設計與優化”以往被設置為紡織工程專業的一門專業選修課，安排在大三階段，課程修讀時間偏晚，面向對象有限，不能做到面向全體學生。因此在工程教育專業認證背景下，該課程應被納入紡織工程專業的專業基礎課，且為專業必修課，達到對應的畢業要求及培養目標。該課程的教學目標分解為3個，與畢業要求的對應關系見表1。

表1 畢業要求及分解指標點與課程目標的對應關系

二、 “試驗設計與優化”課程教學改革

工程教育專業認證賦予“試驗設計與優化”課程新的定位，在認清目前該課程存在問題的基礎上，為保證學生可以順利達成畢業要求以及培養目標，應在課程內容、教學方法、考核方式等方面作出合理改革。

1. 教學內容改革

傳統教學模式下，“試驗設計與優化”課程因涉及試驗設計方法以及試驗數據處理方法等，內容多，概念多，知識點分散，具有一定的抽象性和邏輯性。該課程的基本原理涉及大量統計學和概率論知識，公式多且復雜，學生容易感覺枯燥乏味，難以掌握。課程偏重理論知識的講解以及公式的推導，雖講清了知識點的根源，但對學生應用幫助不大，學生的學習積極性和主觀能動性不高[5]。教學內容沒有明顯結合專業特色，不能將試驗設計與專業課題研究相結合，不利于培養學生解決實際專業工程問題的能力。

在工程教育專業認證背景下，針對上述問題，應以成果產出為導向，結合培養目標和畢業要求對教學內容進行調整。

(1) 明確課程內容及知識點關系。根據課程新的定位制定詳細的課程教學大綱，將課程內容梳理歸納總結，制定各知識點的關系圖(如圖1所示)，并在每個知識點講解前將此關系圖展示給學生，便于學生明確課程重點，了解各知識點之間的邏輯關系。

(2) 弱化公式推導，強調學以致用。雖然一些公式的推導可以幫助學生暫時理解記憶，但學習這些公式的根本目的是會使用它們，所以在課程講授過程中適量刪減公式的推導過程，將課時用于講解公式如何用于解決實際問題以及具體的應用場所。

(3) 引入專業案例，強化專業與課程的相關性。從工程教育專業認證的角度分析，教學內容應滿足能夠培養具有對復雜紡織工程問題提供系統性解決方案的能力，在這種能力的培養過程中，講授內容應積極將紡織工程專業的具體實例引入到“試驗設計與優化”課程知識中。例如，正交試驗設計是該課程的重點內容，在講解試驗設計方法時可以以優化滌綸紗線斷裂強度工藝為例，分析需要考慮如紡絲速度、牽伸倍數等影響因素及其水平，設計試驗，開展試驗，進行數據收集與分析，最后得出結論。這樣引用專業特色實例，不僅便于將課程的知識點講解透徹，而且還可以深化專業知識的學習，使學生在知識學習中做到融會貫通。

2. 教學方法改革

傳統教學模式下，“試驗設計與優化”課程多是以教師講、學生聽的被動式和填鴨式方式教學。雖有部分專業為該課程開設實驗課，但實驗方式多是讓學生按部就班地根據實驗流程操作一遍，缺少學生主動思考的空間；雖也有課堂上的提問式交流互動，但由于課程內容枯燥、難理解，互動往往以學生的應付式回答結束，難以激發學生的學習興趣，教學效果不理想。因此，傳統教學方法不符合工程教育專業認證要求中“以學生為中心”的理念[6]。同時，在此教學方法下的學習，學生也很難滿足工程教育專業認證提出的畢業要求和培養目標。在工程教育專業認證背景下，針對上述問題，應貫徹“以學生為中心”的理念，結合培養目標和畢業要求進行教學方法改革。“試驗設計與優化”課程應根據教學內容靈活選用多樣的教學方法。

圖1 “試驗設計與優化”課程知識點的關系

(1) 充分利用多媒體與網絡資源。教師在講授基本概念、理論、公式時，可配合將相應的圖像、動畫以及聲音呈現給學生，節省板書時間。同時在講授過程中可以穿插相關歷史、典故、人物、事件等，這就需要教師充分利用網絡資源提前做足功課。這不僅可以激發學生學習興趣，促進學生理解記憶，還可以將思政教育融入課堂，提高教學效果。

(2) 以學生為中心，引入翻轉課堂、任務驅動、問題引導等教學方式。讓學生變成課程教學的主體，需要進行合適的布置安排與引導。將簡單基本的知識點翻轉到學生課下學習，并布置相應課下與課上任務，讓學生帶著問題來上課，不僅可以調動學生學習的主動性和積極性，還可以使學生在課上溫故而知新。值得注意的是，在課堂討論過程中教師要發揮引導員和裁判員的作用，不僅要適時給予引導，激發學生發散思維，還要對學生課堂發言、提問、總體表現給予公正、公平、公開的評價，促進學生積極表現。例如，利用方差分析檢驗回歸方程的顯著性問題，可以在上一節課時給出下節課的討論問題(如何檢驗回歸方程的顯著性)，上課時分組討論并派代表發言，教師作出評價；同時針對不同情況(一元或多元，線性或非線性)，教師給予引導性提問(如重復性試驗的目的等)，以提高學習質量及課堂教學效果。

(3) 強化實踐環節，促進能力培養。“試驗設計與優化”是一門實踐性與應用性強的課程，工程教育專業認證背景下更重視實踐教學環節。我校紡織與服裝工程學院擁有現代絲綢國家工程實驗室、虛擬仿真實驗教學中心等國家級科研平臺，該課程在設置實踐環節時需緊密結合專業優勢和這些科研平臺開展。例如，開展正交試驗設計與數據處理，可以分組設置試驗環節，讓學生自己確定與紡織工程專業相關的考察指標以及影響因素及水平，在實驗室開展試驗，獲得結果，對結果進行分析，并得出結論。這樣不僅可以充分利用學院現有資源，而且可以調動學生學習的積極性，培養設計與動手能力，同時還可以使學生總體把握該課程的主要內容，邏輯思路上更為清晰。

3. 考核方式改革

傳統教學模式下，“試驗設計與優化”課程的考核方式主要為閉卷考試，雖也計入平時成績，但所占比例低，且沒有明確的量化標準。這種考核方式一方面不能公平客觀地反映學生的學習成果，另一方面也不利于對課程進行合理有效的評價以及持續改進。

在工程教育專業認證背景下，針對上述問題，應重視教學過程中的考核與評價。根據“試驗設計與優化”課程的教學內容和教學方法，在教學過程中設計不同環節，如課堂發言及表現、課后練習作業、小組互動表現、實踐環節等，將學習過程中學生在不同環節的表現都納入考核范圍并按比例給予成績；同時調整卷面考試內容，不僅有基礎知識，而且注重對解決實際問題能力的考核；最終成績由過程考核成績和卷面考試成績構成。教師在實施每個需要考核的過程時，需制定并提前公開此過程的考核標準，便于課程考核與評價。過程考核不僅有利于教師及時了解各環節中學生的學習效果，及時調整課程教學進度，還有利于發揮學生的積極性，培養學生團隊合作精神與解決問題能力；同時也將改善學生只在期末考試前死記硬背的突擊式應考心態，促進學生加強平時學習。

三、 結語

開展工程教育專業認證是提升工程人才培養質量以及促進工科專業建設的契機，也是工程教育改革的內在發展要求和必然趨勢。在工程教育專業認證背景下，我校紡織與服裝工程學院針對“試驗設計與優化”課程教學存在的問題，將專業認證的基本理念引入到教學內容、教學方法和考核方式中，采取內容上強化專業與課程的相關性，方法上注重實踐能力的培養，考核上重視過程化評價等一系列改革措施。堅持以學生為中心，以學生成果產出為導向，以持續改進為手段，培養紡織工程專業學生解決復雜紡織工程問題的能力，達到工程教育專業認證下的培養目標與畢業要求。