[摘要]为主动应对新经济模式和产业变革，有效支撑国家发展战略，我国实施了工程教育专业认证这一重大教育改革工程。契合工程教育专业认证标准下学生培养要求，对《电化学基础实验》课程的教学现状和不足进行了梳理，并进一步从教学大纲、教学内容、师资队伍建设、教学模式、教学考核等多方面开展了教学改革探索，总结了新培养标准下课程的建设经验，有效提升了该课程的教学效果，基本达到了工程教育认证要求下学生实践能力的培养目标。
[关键词]工程教育专业认证；电化学基础实验；教学改革；教学大纲；教学内容
工程教育专业认证是当前国际公认的工程专业类人才高质量培养的关键制度，也是实现工程专业人才国际互认的重要支撑。在我国高等教育体系中，工程教育占据重要地位[1-3]。截止到2019年，全国高校总数为1265所，开设工科专业学校为1194所，占比达到94%。在设置的92项大类、703项小类专业中，工科大类和小类专业数分别为31项和232项，占比均超过了33%。工科在校学生数约为588万人，占总在校生数的34%。同时根据“美国国家科学委员会《科学与工程指标》2020版”数据，我国2016年工科毕业生总数约为123万人，占同期世界工科毕业生总数的35%，远超于印度(24.8%)、俄罗斯(7.4%)、美国(3.8%)、日本(3.6%)、英国(0.9%)等国家，成为了世界最大规模的工程教育国家。为实现工程学位认证，促进工程技术人员国际互动，1989年由美国、英国等6个国家倡导建立了工程教育学位互认协议即《华盛顿协议》[4]。而我国工程教育认证工作最早开展于1993年的土建类专业评估中，2006年逐步在多个学科领域实施，2013年申请加入《华盛顿协议》预备成员，并于2016年成为第18个正式成员国，完成了我国工程教育认证体系国际实质等效阶段的建设任务[5-6]。2020年，教育部高教司司长吴岩就深入推进工程教育认证工作指出，我国工程教育认证要以“进入华盛顿协议成员国”的1.0版的实质等效阶段进阶到参与国际治理、贡献中国方案的2.0版的创新领跑阶段，要致力推进世界水平中国特色的高等工程教育专业认证工作。鉴于工程教育专业认证在我国高校工程教育中的引领作用，结合卓越工程师教育培养计划2.0对新工科人才能力培养的要求，开展相关课程的教学改革是达成这一目标的最基础环节。因此，本文通过分析新能源材料专业《电化学基础实验》课程教学过程不足之处，契合工程教育专业认证标准，在不同方面对该课程进行了教学改革，进一步优化了人才培养体系。
1课程教学现状及不足
电化学基础实验课程主要面向新能源材料专业本科二年级学生，开展电化学测定技术与方法实践教学，旨在强化学生对电化学基础理论和电化学现象的理解，熟练掌握并能应用电化学测量的基本方法，是专业基础教学的重要实践环节。但经过教学实践发现，该课程在教学过程中存在诸多不足，教学效果也差强人意，难以满足工程教育认证的要求，主要表现在以下几个方面：(1)当前课程教学大纲中培养目标尚不能全面满足工程教育认证标准，在以学生为中心，以毕业要求为导向的知识体系构建上存在短板，如在“工程与社会”、“职业规范”、“环境与可持续发展”、“个人和团队”等方面阐述不明，执行不力；(2)授课教师队伍单薄，电化学基础实验课程中涉及电化学基础知识、电化学测试分析技术、电化学工程实验等多方面内容，适用领域众多，这就要求授课教师具备扎实基础理论知识和广泛学科研究背景。但该课程授课教师仅有一人，其专业背景相对单一，研究领域相对有限，仅熟知本专业方向基础知识和研究技术，一方面致使实验课程内容开设仅限于授课教师熟知领域，与该学科知识多领域、全方面的特点相悖，另一方面对实验内容选择的偏向性也局限了学生对学科认知的广泛性；(3)教学内容与本学科技术发展逐步脱钩，部分实验内容仍侧重于通过简单的电化学现象对相关原理进行验证，而对实际应用技术的教学浅尝辄止，如“原电池电动势的测定”、“极化曲线的测量”等，同时由于多为验证性实验，其结果大多可以预测，使学生丧失了探索的积极性；(4)教学方法固化，通常采用学生根据实验指导手册课前预习实验内容、抄写预习报告→教师课堂前期对实验原理、实验内容、设备使用、实验步骤、数据记录及分析等进行讲解或演示→学生分组实验，完成数据处理和实验报告等→教师批改等，难以调动学生的上课积极性；(5)教学评价方式单一，通常实验成绩是由预习报告(40%)和实验结果分析(60%)组成，难以有效地对学生的动手能力和逻辑分析能力进行公正评价，特别对于验证性实验内容，实验报告抄袭情况严重，实验成绩批改难免偏颇，致使学生对知识学习、实验操作的主动性不高，参与度较低。
2教学改革
针对以上教学过程中的不足之处，在各个教学环节中均进行了教学改革探索，包括以下几个方面：(1)对标进行教学大纲的修订，严格按照教育部工程教育认证标准2.0提出的未来工程毕业生应具备的12项素质要求进行修订，即工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习等，坚持以育人为本、产业为要、创新发展理念，培养学生具有计算思维、快速适应性和广泛包容性等基本素养；(2)根据电化学基础实验课程知识体系，构建多专业背景和研究方向的师资队伍。目前授课教师由1人增加到4人，涵盖电化学电源(锂离子电池、铅酸电池)、化学电镀、电催化(光伏发电)、电化学腐蚀与防护、电化学理论计算等专业领域，可以对电化学基础知识、测试技术、工程应用进行全面系统的讲解。同时，师资队伍中已获得“双能型”教师资格认证的有2人，其丰富的企业研发基础和工程实践经验，弥补了教学过程中对知识实际应用的不足，有效拓展了实验教学内容的选择范围，为培养满足工程教育认证要求的高质量人才提供了有力支撑；(3)在教学大纲和师资队伍的大力优化下，使得教学内容的改革水到渠成。结合工程教育认证学生素质的培养要求和不同任课教师的专业背景，有针对性地、系统性地对教学内容进行了改革。基本完成了以“电化学基础验证实验”、“电化学测试分析技术”、“电化学工程应用实验”为三大基础，以“综合性和开放性实验”为辅助的3+X模块化教学内容的构建。如替换了部分验证性实验项目，如“原电池电动势的测定”、“霍尔槽实验”、“线性扫描伏安法的学习”等，增加了部分综合性实验项目，如“交流阻抗技术研究锂离子扩散系数”、“腐蚀体系的电化学参数的测定”、“阻抗谱图拟合求解电化学参数”、“K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6体系旋转圆盘电极动力学参数的测定”等，而开放性实验内容的选定，主要来源自任课教师的科研课题，如“温度对锂离子电池嵌锂型负极材料电化学性能的影响”、“贋电容在锂离子电池纳微结构金属氧化物负极材料中的作用探”、“新型电极材料氧化还原电位的快速检测”、“交流阻抗和循环伏安法在测定层状正极材料中锂离子扩散系数的差异性研究”等。通过对实验内容的整合优化，使学生有目的性地了解电化学基础理论、实际应用和问题分析，培养学生具有良好的实验动手能力和数据分析能力，积极引导学生树立正确的方法论，强化学生的创新思维和乐于探索的科学精神；(4)突破传统实验课程中“以教师为中心”的教学思路，转变为“以学生为中心”，并按照不同实验内容属性对教学模式进行分类改进。针对“电化学基础验证性实验”、“电化学测试分析技术”和“电化学工程应用实验”三大基础实验项目主要采用学生课前对实验内容、设备原理进行预习→教师课堂基本知识点和实验设备操作规范讲解→学生分组实验、数据收集、处理、完成实验报告→教师对实验报告评阅等流程；对于“综合性和开放性实验”项目主要采用学生自主组队、由开放性实验项目库中选题→开展实验项目研究背景调研、实验目的确立、实验内容细化、实验方案制定等→报送任课教师确认实验项目的可行性→按照预定实验方案进行实验、数据收集、处理、形成结论性实验报告→任课教师分析实验项目完成度并评阅等流程。以“温度对锂离子电池嵌锂型负极材料电化学性能的影响”实验项目为例，4名学生组成一个实验小组，选定该项目后，首先要进行文献检索，分析锂离子电池嵌锂型负极材料的结构特性、实际应用时工作条件、是否已开展过变温性能测试等。根据调研结果和实验室现有条件确定实验材料成分和工作温度选取范围；经授课教师核准后，确定材料制备路线完成材料合成工作，明确工作温度这一变量的变化梯度(-10℃、0℃、20℃、30℃、40℃、50℃)，开展实验方案设计和实验步骤的执行；实验结束后，借助Neware、Zview、Origin等软件对收集的数据进行分析，得出结论，完成实验项目。这一教学模式提倡学生的“自我主导式”，鼓励学生对实验项目的全过程亲力亲为，有效加深了学生对电化学基础理论知识的理解和应用，极大地提高学生的学习兴趣和参与性，有力培养学生的创新能力、实践能力和团队协作能力，这也是工程教育认证所着重要求的人才能力要素；(5)在3+X模块化教学内容的架构下，建立与之对应的课程成绩评价方式是必要的，也是实验课程教学不可或缺的重要环节。首先在评价思路上要由结论性评价向过程性评价转变，并且要对不同模块的实验教学项目进行分类评价。针对电化学三大基础实验项目，在常规实验成绩评价内容中增加期末实验考核成绩一项，由预习报告(30%)、实验结果分析(30%)和期末实验考核(40%)组成，其中期末实验考核主要评估学生对操作过程的掌握程度，通过随机选择实验项目，在规定时间内由单人完成基本的实验操作要求和简单的数据处理分析，教师侧重于对实验流程执行的合理性、设备仪器使用的正确性、数据采集与处理的可信度进行评价，实现对学生的基础理论知识的运用效果和实践动手能力进行最直接的考核。对于“综合性和开放性实验”项目考核凸显过程性评价模式，弱化结论性考查。鼓励学生以PPT汇报的方式，将实验过程中所涉及的实验背景、实验目的、实验内容、实验仪器、实验步骤、实验数据收集及处理、实验结论分析、实验完成度评估等环节在课堂上展示出来，由学生和教师组成的评估小组共同打分，侧重对学生的自主学习能力、分工协作能力、创新能力、表达能力、既定实验项目的完成度等方面进行评测，有效落实了工程教育认证标准中对学生分析工程问题、方案建立、执行和自学能力的培养目标。这些评价方式保障了对学生成绩评价的公正性，促进了学生的自主学习，逐步提升了实验课程的教学效果。
3结论
在当今世界百年未有大变局中，工程教育对国家工业化进程、新科技革命与产业变革、创新驱动发展战略发挥着不可取代的重要作用。工程教育认证不仅是推动我国高等教育改革的重要方向，也是增强工程教育人才培养对产业发展的适应性，同时也有助于提升我国工程技术人才的国际互认度和国际竞争力。本文以工程教育专业认证为契机，分析了本校新能源材料专业中电化学基础实验课程的教学现状及不足之处，按照工程教育认证的标准和培养要求对课程进行了优化改革。从对标优化教学大纲、构建复合型专业师资队伍、确立3+X模块化教学内容、运用“以学生为中心”的教学模式和凸显过程性考核的教学评价方式等五个方面，系统阐述了该课程改革理念。这些举措契合了工程教育认证对高质量人才培养的基本要求，激发了学生对该课程的学习积极性，锻炼了学生的自主学习能力、团队协作能力、创新能力、沟通能力、实际问题解决能力等，从而获得了良好的教学效果，也为后期专业建立持续有效的质量改进机制奠定了基础。
作者:马小航 马元 訾振发 魏义永 张天文 单位:合肥师范学院物理与材料工程学院
