基于工程教育专业认证构建一致化的教学大纲——以高分子物理课程为例
Constructive Alignment in Course Syllabus Construction Based on Engineering Education Specialized Accreditation System: Polymer Physics Course as an Example
Received: 2022-03-17 Accepted: 2022-04-25
As a guiding framework for course implementation, traditional course syllabuses can no longer meet the demands of engineering education accreditation. Against this backdrop, there is a pressing need to establish a new set of standards regarding curriculum construction. In this article, we introduce a standardized three-step procedure for the design of the Polymer Physics course syllabus based on engineering accreditation standards, in which the teaching methods and assessment tasks are aligned to the learning activities. First, the learning outcomes are set up to scaffold the course-specific graduate attributes. Second, appropriate teaching materials and strategies are selected according to the learning outcomes. Finally, assessment methods and grading criteria are developed to scientifically measure learning achievement. This standardized syllabus not only guarantees the desired learning outcomes, but serves as a model for other course syllabuses.
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陈学琴, 姚丽, 刘杰, 张群朝, 蒋涛, 施德安, 王国成.
Chen Xueqin.
构建一致化(constructive alignment)是课程大纲的核心要素,也是课程目标达成的有力保障。构建一致化包括两点:第一,学习者(即学生)通过相关的学习活动“构建”自我知识体系;第二,教师讲授课程内容,学生参与教师设计的学习环节和活动,再通过合理的评价方式来评价学习目标的达成情况,三者紧密结合、高度“一致化”[6]。传统教学大多采取讲授法,以“教师”为中心,关注教师所教授的内容是否完整。而构建一致化以“学生”为中心,学生参与以“实现课程目标”为目的的学习活动,教师采用合理的评价方式检验学生的学习效果。
Biggs指出,现代高等教育由于学生来源多样性,面临“Robert和Susan”差异问题[7]。Robert和Susan是大学课堂中存在的两类学生的典型代表。Susan对所学专业非常感兴趣,对学术非常投入,有明确的学术或职业规划。而且,她来到课堂前已经具有良好的基础知识背景,她在课堂中勤于思考,课后勤于反思。这一类学生其实完全可以自学,极少需要教师的帮助。传统的教授教学法对Susan是有效的。而Robert对专业学习缺乏好奇心,他的学习目的只为将来能够找到一份体面的工作。他在课堂听到的课程内容与Susan相同,但他没有积极思考,几乎不会提出任何问题。传统教授法无法让Robert达成学习目标。
大学教师所面临的挑战是,如何“教”才能让Robert学习到与Susan一样的知识和技能。构建一致化是实现这一目的的有效途径。笔者以高分子材料科学与工程专业的专业核心课高分子物理为例,设计课程大纲,遵循以下步骤:1) 确定课程目标;2) 设计教/学活动和环节以引导学生达成课程目标;3) 设置评价依据确定课程目标达成度。笔者在教学过程中采用如随堂练习、学生讨论、作业分析等多种形成性评价手段,获取反馈信息,不断改进教学方法,提升学习效果。目前,该专业正处于工程教育认证的自评报告阶段,构建一致化的教学大纲已在两届教学中实施。现将课程大纲的详细建设内容报告如下。
1 确定课程目标
为满足工程认证要求,高分子物理须设置定位准确、支撑强度合理的课程目标。在设置课程目标之前,需先确定两点:第一,学生需要学习哪些课程内容;第二,针对具体的课程内容,确定学生学习应达到的水平[6]。
根据专业课程体系的整体规划和课程性质,高分子物理选择可支撑的毕业指标点,如表 1所示。
表1 课程目标、毕业要求及支撑强度的关系
| 毕业要求 | 指标点 | 课程目标 | 支撑强度* |
| 1. 工程知识 | 1.4能够将相关知识和数学模型方法用于高分子材料的合成与制备、成型与加工等工程问题解决方案的比较与综合 | 课程目标3 | M |
| 2. 问题分析 | 2.2能基于相关科学原理和数学模型方法正确表达高分子材料制备、加工及工程应用领域的复杂工程问题 | 课程目标1 | H |
| 2.4能运用基本原理,借助文献研究,分析高分子材料制备、加工及工程应用领域内复杂工程问题的影响因素,获得有效结论 | 课程目标2 | H | |
| 9. 个人与团队 | 9.3能够组织、协调和指挥团队开展工作 | 课程目标4 | M |
*“H”代表对应的课程目标对指标点支撑强度高(High);“M”代表对应的课程目标对指标点支撑强度中等(Medium)
通过本课程的理论学习/实践训练,使学生达成以下四个课程目标:
1) 能够基于高分子运动基本原理,运用数学模型方法,正确表达高分子材料结构与性能间的关系,为解决高分子材料成型加工及工程应用中的复杂工程问题奠定理论基础。
2) 能够运用高分子材料结构–性能间的关系,通过文献研究,分析影响高分子材料性能的结构因素和环境因素,为高分子材料的成型工艺设计、工程应用环境要求等复杂工程问题提供有效的指导。
3) 能够运用高分子物理的基本原理及结构模型,为高分子材料的改性等复杂工程问题提出解决方案,并能够对不同方案进行比较、综合与优化。
4) 能够就高分子物理课程相关的专业问题与团队成员有效沟通,在独立完成自己任务的同时组织、辅助团队成员的工作,完成团队任务。
2 设计教学环节
根据课程目标,设计以下四个教学环节:教师讲授、对分课堂讨论、个人课程项目、小组研讨式学习。其中,除师生讨论和讲授环节以外的所有学习活动均由学生独立或合作完成。
2.1 基础知识讲授
高分子物理是高分子材料与工程专业最重要的专业基础课之一,课程主要研究高分子的微观结构、宏观性能及其相互关系,内容包括高分子的结构、高分子溶液、高分子的运动和高聚物的高弹性、粘弹性、流变性等。从这些内容中,首先区分出讲授性知识(declarative knowledge),由教师在课堂上讲授。在讲授过程中,利用湖北大学和超星公司合作开发的校内课程平台软件,实时检验学生对知识的掌握情况。比如,教师每讲授完一个知识点即可调取随堂练习,发布给学生,学生及时完成并提交,大屏幕上即可展示答题结果。教师根据反馈信息及时做出教学调整。随堂练习是完成形成性评价的措施之一,与教学过程紧密结合[8]。
2.2 对分课堂讨论
我们采用复旦大学张学新教授提出的“对分课堂”教学(或简称“对分教学”)理念,即提倡学习者应在教师指导下自主学习[9],与源自于儿童认知发展的建构主义(constructivism)十分吻合,后者认为学习应该是学习者积极主动的构建过程[6]。对分教学的核心思想是学生课后消化所学知识,隔堂再来讨论。学生为使自己言之有物,必定主动复习,认真思考。教师在学生学习过程中的指导作用主要体现在以下两个方面:第一,教师精简课堂教学内容,主要讲授课程主干内容,既能解决因学生讨论引起课堂教学时间减少的问题,又能体现教师在教学中的引导作用;第二,讲授过后及时布置课后作业,主要向学生提出引导式问题,然后根据学生的解答及时总结学情,并在隔堂讨论后进行作业分析。
本课程共56学时,分为28次完成,每次2学时。第一次课全程由教师讲授,除了讲述课程绪论部分,还向学生解说课程目标以及教学实施方法。其余27次课程均包含讨论和讲授两过程。每次课后教师通过课程平台除了向学生发放作业之外,还要求学生提出“亮考帮”问题,并在下次课的第一课时展开讨论。其中,“亮”是亮一亮自己对所学内容的独特观点;“考”是考一考同伴,提出自己理解但可能同伴没有理解的问题;“帮”是提出自己不理解的问题,寻求同伴帮助[9]。首先将学生随机分组,每组4人,小组内讨论“亮考帮”问题,讨论时由组员总结出组内无法解决的问题,并在小组讨论结束后以小组为单位向全班提出问题,由其他小组成员或教师进行解答。这两种讨论分别实现了“生生互动”和“师生互动”。在生生互动过程中,学生不仅训练了表达问题和解答问题的能力,还训练了快速总结问题的能力,为课程目标4的达成奠定了基础。在师生互动环节,每个小组依次向全班提出总结出来的问题,这些问题是学生深度学习的“产物”,教师或其他小组成员均可解答。需要强调的是,学生讨论一定要限于前一次的课程内容,因为经过内化吸收后总结的问题,再经过课堂讨论和解答,尽可能排除学生对已学知识的疑问,为后续新知识的学习奠定了坚实的基础。对分教学不提倡提前预习新内容,因为学生对未学的知识一定存在诸多疑问,而课堂讨论时间有限,如果涉及这些新内容,一定会分散精力,反而影响对已学知识的深入探讨。
此外,在讨论环节结束后,教师还需要对前一次作业情况进行反馈,这是实现形成性评价的又一重要环节[8]。对分课堂教学彻底打破传统教学讲授法的僵局,学生能够充分参与其中,真正实现“以学生为中心”和“产出导向教育”的目的。
2.3 完成课程项目
在高分子物理课程目标2中有一项“文献研究”任务,需通过对文献的研究来实现。教师在教学任务基本完成之前,针对高分子物理中的基本理论、基础知识以及高分子材料合成和改性方面,选择合适的文献资料,让学生有针对性阅读后总结文献,锻炼学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。单人单组,即个人独立完成这一任务,每位学生的文献不同,但需实现的课程目标一致。课程项目作为总体评价的依据之一。
2.4 小组合作式学习
课程目标4是针对高分子材料与工程专业毕业指标点9.3而设置的,旨在培养学生“能够组织、协调和指挥团队开展工作”的能力,这一点与课程内容无关,在其他许多课程中也可实现。本课程实行对分课堂讨论,学生的表达能力和分析问题能力在对分课堂中已经得到极大的提高,支撑指标点9.3有很大的优势。在课程学习的不同时段,教师可根据课程进度选择合适的议题,由学习小组课后自行组织讨论学习,进行小组合作式学习。由于班级中每一位同学均需达成此目标,学习小组可为4人一组,由小组成员自行指定每次讨论的组长。教师应至少布置4次议题,保证每位同学至少主持讨论一次。讨论结果也作为总体评价的依据之一。
3 学习效果评价
3.1 课程总体评价方案
3.2 课程目标的评价方法
课程考试设计三个模块,分别针对课程目标1、2和3的达成进行评价。模块(一),“运用数学模型方法,正确表达高分子材料结构与性能的关系”,考核课程目标1的达成情况;模块(二),“运用高分子材料结构–性能间的关系,分析影响高分子材料性能的结构因素和环境因素”,考核课程目标2的达成情况;模块(三),“运用高分子物理的基本原理及结构模型,提出解决方案,并对不同方案进行比较、综合与优化”,考核课程目标3的达成情况。针对不同课程目标所设计的模块对标具体的课程内容,教师为各个模块设计一系列试题,考核学生对应课程目标的达成情况。
表3 高分子物理课程项目的评价标准
| 评分标准 | 具体细则 | 权重 | |||
| 90–100 | 75–89 | 60–74 | < 60 | ||
| 完成情况 | 准时完成,撰写整洁、有条理 | 准时完成,撰写整洁、内容正确 | 准时完成,内容基本正确 | 没有准时完成 | 0.1 |
| 提出问题能力 | 通过相关文献阅读与课程基本理论,提出问题准确 | 通过文献阅读与基本理论,提出问题正确 | 通过文献阅读,提出问题正确 | 提出问题不正确 | 0.3 |
| 分析问题能力 | 基于课程基本原理,分析准确,有逻辑性 | 基于课程基本原理,分析过程合理 | 基于基本原理,分析过程基本合理 | 分析过程不合理 | 0.3 |
| 解决问题能力 | 基于课程基本原理,对文献解决方案的分析合理,有优化方案 | 基于课程基本原理,对文献解决方案的分析合理 | 基于基本原理,对文献解决方案的分析基本合理 | 对文献解决方案的分析不合理 | 0.3 |
课程目标4通过小组合作“研讨式”学习进行考核,由学生和教师共同完成评价过程。学生是参与讨论的主体,有评价的权力。小组研讨式学习不占用课堂时间,是学生课后自主学习行为。每次研讨后,小组成员对组长进行评价,评价标准如表 4所示。笔者所授班级学生总人数为32,以4人小组为例,在整个课程学习过程中至少要经过四个议题的讨论,每人都会获得一次做组长的机会,并获得一次代表“领导能力”的评价分数。在研讨学习时,小组需对整个讨论过程进行有效记录,记录方式灵活多样,如成果汇报PPT、研讨学习记录、视频等,其中视频记录需要存档。对于每一个论题的学习,学生可进行多次讨论,但最终作为教师评分和存档的讨论必须以视频形式记录下来。视频记录之前,学生需准备讨论主要内容,制备课件,讨论前开启电脑并播放课件,使用视频录制软件或QQ群聊、腾讯会议等录制功能,同时录制播放界面和讨论者的声音。教师根据视频和其他记录,依据评价标准(表 5)进行评价。学生评价和教师评价各占50%,共同构成课程目标4的评价结果。
表4 小组内部评价的评价标准
| 评分标准 | 具体细则 | 权重 | ||||
| 90–100 | 75–89 | 60–74 | < 60 | |||
| 学习过程 | 团队运行 | 多次研讨,圆满完成团队学习任务 | 按计划完成团队学习任务 | 基本完成团队学习任务 | 合作学习少 | 0.3 |
| 成员表现 | 完成任务外,给团队合理建议 | 独立完成各自任务 | 基本完成各自任务 | 未完成任务或延后完成 | 0.2 | |
| 学习成果 | 科学性 | 结论正确,方法、论据合理 | 结论正确,论据合理 | 学习成果结论正确 | 结论不正确或不合理 | 0.3 |
| 创新性 | 结合科研实例及相关理论分析 | 综合相关理论进行分析 | 运用所学理论分析 | 无理论分析或不合理 | 0.2 | |
表5 教师评价的评价标准
| 评分标准 | 具体细则 | 权重 | ||||
| 90–100 | 75–89 | 60–74 | < 60 | |||
| 队长 | 组织协调能力 | 根据成员特长分解任务,组织研讨,协调学习过程 | 成员分工明确,学习过程有要求 | 成员有分工,学习过程有计划 | 成员分工不明确,无学习计划 | 0.3 |
| 领导能力 | 帮助成员完成任务,指导完成学习报告 | 按时间节点督促成员完成相应任务 | 了解各成员任务进展情况 | 简单汇总各成员任务 | 0.3 | |
| 成员 | 独立完成团队任务 | 按时独立完成任务,主动与其他成员对接 | 按时独立完成任务 | 按时完成任务 | 不能按时完成任务 | 0.2 |
| 团队贡献 | 对团队工作提出合理化建议 | 对团队工作提出意见和建议 | 完成任务并提出建议 | 对团队工作无建议 | 0.2 | |
以课程目标4的评价标准为例,在组织学习活动前,教师提前设置了目标达成效果的标准参照,使学习效果评价有理有据。学生在组织学习活动时,一定会参照评价标准,合理安排学习活动,并不时地检验学习过程。比如说,某组长组织讨论时,小组内部成员需对组长从“团队运行”“成员表现”“科学性”和“创新性”四个方面评价。组长本人明确知晓组员评分的依据,会尽可能做到最好。组员对组长评价时须严格依据评价标准,不可擅自加“人情”分,教师也会参照视频对组长进行评分,若发现组员评分不严格,可责成退回。因此,学生对课程目标4的达成质量可以通过分数得到真实反映。这些讨论过程的视频将会与其他考核内容一同存档。
4 结语
构建一致化的教学使得教师的“教”和学生的“学”双重受益。一方面,教师更有获得感,教学中不断反思如何做才能让学生达成课程目标。比如,笔者通过观看小组合作“研讨式”学习的视频发现,学生的学习热情空前高涨,讨论思路非常新颖,常常给笔者带来启发,并在教学过程中不断尝试从学生角度出发考虑问题,调整教学思路和方式,努力贯彻“以学生为中心”的教学理念。另一方面,学生明确了解学习效果会得到科学的评价,因此学习目标更加明确,自然会提升目标达成度。其中,笔者所授班级学生对四个课程目标的达成度分别为0.729、0.734、0.757和0.883,总达成度平均值为0.767。与以往的传统教学相比,课程考核难度大大提升,但课程达成度却能保持较高水平。
当然,构建一致化的教学需要教师花费精力设置准确的课程目标,设计巧妙的教学环节,制定科学的评价标准。教师还需要更多时间来整理最终的课程目标达成结果,毕竟学生上交的不止一张试卷,还有如课程项目小论文、课程讨论视频汇报等。但这些时间的付出是值得的,毕竟仅仅通过一张期末试卷无法完成全部课程目标的达成评价。
参考文献
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