OBE理念下复合材料专业物理化学课程改革探索*

杨晶晶, 张 辉

(南京晓庄学院环境科学学院, 江苏 南京 211171)

《物理化学》是高等学校化学、化工、环境、食品、复材等相关专业的一门必修核心课程，一般在大学二年级开设。该门课程需要用到先行课程《高等数学》、《大学物理》、《有机化学》、《无机化学》等课程的相关知识。《物理化学》课程内容的理论性强，涉及的知识面较广，学生在学习的过程中反馈学习难度较大。为了帮助学生能够理解该门课程知识的内容，提升学生学习的能力，国内众多高校从事《物理化学》课程教学和研究的教师对《物理化学》课程进行了系列的教学改革。常州大学许杰等将化学史和人文精神融入到工科物理化学课程的教学中，可有效活跃课程气氛，进一步激发学生的学习兴趣[1]。廊坊师范学院梁红莲等将演示实验应用于大学物理化学的课堂教学中，通过师生共同参与实验，营造了活跃的课题气氛，有利于提升物理化学课堂教学的效果[2]。泰山学院冯帅等以“一流应用型人才”培养为背景，在物理化学课堂教学的过程中引入线上与线下相结合的混合式教学，激发了学生的学习主动性，也可以培养学生的科学思维方式和解决实际问题的能力[3]。

2020年伊始，新冠疫情爆发，国内高校的线下教学活动停止，众多高校开始了线上教学活动。通过利用互联网平台，物理化学课堂教学也进行了大量的改革。南方医科大学马豫峰等[4]在疫情期间通过选择适当的平台和网课内容，使学生能够与教师“面对面”学习课程内容。利用“雨课堂”不仅可有效掌握学生对物理化学知识的学习情况，也可增加教师与学生的互动，督促学生做好复习工作[5-6]。将“雨课堂”与互联网平台如腾讯会议、智慧树在线教育等相结合进行线上教学则成了众多高校疫情期间开展正常教学活动的有效手段。此外，在物理化学课堂的教学改革中引入思政教育可有效培养学生的科学素养、家国情怀和创新能力[7-9]。目前这些关于《物理化学》课程的教学改革涉及教学模式、教学手段和教学内容等方面，有效的提高了《物理化学》课程的教学质量[10]。

近年来，以成果为导向的教育理念(Outcome based education，OBE)已成为国内外高校教育的主流理念，特别是美国工程教育认证协会将该理念贯彻于工程专业认证的全过程及我国成为“华盛顿协议”签约成员后，在课程教学改革中如何有效融入OBE理念和工程认证标准，进一步提升课程教育改革的层次以提高专业建设水平和人才培养的质量是目前教学改革研究的重点。本文基于笔者所在的地方应用型高校，以复合材料专业为例，从学校定位和专业特点出发，结合OBE理念和工程教育专业认证要求探讨了物理化学课程的改革，并分析了改革前后的实际效果。

1 目前物理化学教学过程中存在的问题

物理化学课程涉及的内容较多，几乎每个版本的物理化学都包括热力学、化学势、化学平衡、多相平衡、电化学、表面现象与分散系统、动力学、复合反应动力学等内容[11-13]。物理化学授课内容里的公式繁多、理论抽象、推导过程较为复杂，其中多有涉及高数微积分等相关知识，因此物理化学是一门“教师难教、学生难学”的课程。近年来，虽然国内众多高校对物理化学课程的创新教学方法、教学模式等进行了大量的改革，也取得了一定的成效，但是仍然存在诸多问题需要广大的物理化学教学工作者给予重视和解决，主要有：(1)物理化学课程如何更好的体现专业需求。化学、化工、环境、食品、复材等专业虽然都学习物理化学这门课程，但课时可能不一样，即使课时一样，不同专业对物理化学课程内容的要求也不尽相同。然后，目前很多物理化学课程的教学却脱离了专业的特点，往往根据固定的课时来精简相应的内容，从而没有更好的体现专业需求。(2)物理化学课程教学过程中如何更好地体现学生的中心地位和自主性。在目前物理化学教学过程中，仍然是以教师讲授内容为中心，大部分学生是被动的为了完成学分而学习，学生的中心地位没有得到充分挖掘。(3)如何有效的评价物理化学课程的教学和学生的学习结果。随着OBE理念成为主流的教育理念，传统的教学、考核和评价方式急需做出巨大的调整，须突破传统教育模式的桎梏，创新考核和评价方法，不能唯期末考试分数对学生学习效果做出最终评价。

2 应用型本科高校复合材料专业物理化学课程的设置

与研究型高校不同，应用型本科高校的定位主要是服务地方经济和社会的发展，培养的是高素质应用型工程技术人才，其专业课程的理论难度和深入都与研究型高校具有显著的区别，应该理论与实践并行，偏重实践技能的锻炼和培养。复合材料与工程专业是近些年设置的一个工科新专业，不同学校的复合材料专业其方向定位也不尽相同。以笔者所在的地方应用型高校(南京晓庄学院)为例，复合材料专业的方向定位为高分子基复合材料，因此，物理化学课程在设置时需基于高校的定位并结合复合材料专业的方向特点。在内容上，物理化学需充分体现专业的需求，如对于相平衡的内容，需强化二组分系统和三组分系统相关章节的内容；对于电化学章节的内容可适当弱化部分内容如不可逆电极相关的内容；此外，表界面化学的相关知识对复合材料专业尤为重要，可适当加大这些内容的课时安排。随着目前专业总学时的削减，物理化学课程内容的合理设置就显得更为重要[14]。以南京晓庄学院复合材料专业为例，物理化学为64课时，其各章节分配结果如表1所示。

表1 南京晓庄学院复合材料专业物理化学各章课时分配表

从表1种可以看出，笔者为了更好的体现地方应用型高校复合材料专业的特点，强化了多相平衡和表面现象与分散系统相关内容的学习。对于其他先行课程已有所涉及的内容，如化学平衡和化学动力学基本原理等在总课时一定的情况下可适当调整，最终既使物理化学课程体系能够完整，符合物理化学课程学习的科学规律，也能够进一步体现专业方向的特点，更好的满足专业需求。

3 OBE理念和工程认证标准在物理化学课程中的融合

基于应用型高校的定位并结合复合材料专业的方向特点设置物理化学的课程内容和课时后，需进一步提升教学质量，体现学生的中心地位和学习的自主性。为了实现这一目标，笔者将OBE理念和工程认证标准要求融入到物理化学课程中，对课程大纲、课程目标、教学方法、考核方式等进行了全面的探索。

3.1 OBE理念下复合材料专业物理化学课程大纲

课程大纲是一门课程关于教学目的、教学内容、考核方式、考核评价等方面系统性的文件，在课程大纲中应充分体现教学理念和相关要求。为了使物理化学课程满足复合材料专业需求以及体现“以学生为中心，成果为导向”的教育理念，笔者在制定物理化学课程大纲前与复合材料与工程专业教研室进行了多次对接，充分讨论了复合材料专业对物理化学课程内容的要求。在课程目标、教学方法、考核和评价等多方面探讨了如何实现“以学生为中心，成果为导向”的目标。经多次修改，最终笔者制定的物理化学课程大纲包括12个部分，包括：(1)课程名称；(2)课程代码；(3)课程性质；(4)学时学分；(5)先修要求；(6)课程负责人；(7)指定教材和补充教材信息；(8)课程目标；(9)课程目标与毕业要求指标点对应关系表；(10)课程目标与教学内容和方法对应关系表；(11)课程目标与考核方式的关系表；(12)课程评价。在这12个部分中，笔者将OBE理念体现在课程目标中，并结合工程教育专业认证要求，将认证标准要求进行指标分解与课程目标对应，形成了课程目标与考核方式的关系表。此外，对教学内容和方法设置和筛选，满足复合材料专业的需求并实现课程的目标。最后，通过考核方式和课程评价来确保课程目标的成功实施，最终体现“以学生为中心，以成果为导向”的OBE教学理念。

3.2 OBE理念下复合材料专业物理化学的课程目标

课程目标是一门课程实施后要实现的具体目的和意图。对于应用型本科高校的复合材料专业而言，课程目标的制定要符合学校定位和专业特点，以便更好地为专业培养目标服务。在OBE理念下，应用型高校复合材料专业物理化学课程的培养目标主要包括：(1)使学生能掌握物理化学的基本概念，基本原理和方法，为进一步学习各专业课程打下基础；(2)能运用物理化学理论知识指导实践，发现复合材料工程领域实际的工程问题，并进行识别、表达与实施；(3)通过物理化学课程的学习，培养学生必须的逻辑思维和推理能力，设计实验进行探索和分析讨论，并优化实验技术与工程方案；(4)培养和养成良好的自主学习习惯和学习能力，培养良好的沟通和合作能力，培养探索问题的思路，科学地分析问题、解决问题的能力。将课程目标与教学内容、方法、毕业要求、考核方式等关联，通过各种教学手段和要求来进一步实现课程目标。

3.3 OBE理念下复合材料专业物理化学的教学方法

课程目标确定后，需要通过各种教学手段来实施，特别是物理化学课程教学过程中教学方法的有效运用至关重要。为了体现学生学习的主体地位，在教学方法上，可以采用启发式教学方法、也可以使用学生自主学习和与教师合作学习相结合的方式进行。如对于表面现象章节里涉及的“液面界面的润湿及毛细现象”可以提前给学生播放有关“超级疏水材料的视频”，并对班级学生分组，提出相关的问题供学生小组思考。然后在课堂上邀请每一小组学生代表对相关问题进行阐述，最后教师再通过理论知识的讲解来对其中的基本原理和学生存在的疑问进行解惑。此外，对于有些物理化学课程内容在课堂讲授过程中可以采用小实验的形式来使学生和老师共同完成，提升学习过程的主动性。

3. 4 OBE理念下复合材料专业物理化学的考核方式

在课程的考核和评价上，OBE理念注重目标性、多样化和灵活性[15]。在以往的教学过程中发现，以平时成绩(主要为出勤率和课后作业)、期末成绩这种方式进行考核具有较大的缺陷性，只能被动的逼迫学生为了分数而死记硬背式的学习，学生学习也较为痛苦。在OBE理念下，笔者对考核方式进行了改革尝试。复合材料专业物理化学课程考核方式由六部分组成，结构组成如表2所示。

从表2可以看出，与传统平时成绩和期末考试的考核方式相比，现有的考核方式多处了研讨课、章节小结等部分。此外，与平时成绩主要考察出勤率和课后作业不同的是，平时课堂还包括了课前预习、互动积极性和互动效果等方面。这些都有效地提高了学生的参与程度和学习的主体地位。

表2 南京晓庄学院复合材料专业物理化学课程考试方式组成

4 实例分析及效果对比

在OBE理念下，笔者对复合材料专业物理化学课程改革前后的效果进行了总结，以分散系统章节里的丁达尔效应的课堂教学改革为例，改革前后效果对比如表3所示。

表3 OBE理念下丁达尔效应的课堂教学改革效果对比

从表3可以看出，改革前，该课题微型实验是全部通过教师来完成，在课堂中进行微型实验的教学方法可有效提升学生的学习兴趣，激发学生的思维，但学生的主体地位不高，学生前期没有参与该实验室的准备，只是被动的接受。改革后，教师首先在课前布置好任务，教师提供激光笔和玻璃镜面，让分组的学生通过互联网查找有关丁达尔效应的知识，并寻找一种介质通过课堂实验实现丁达尔效应。在课堂上具体实施时，教师和学生共同完成，学生提前准备的介质也是多种多样，如粉笔灰、土壤、淀粉、袋装咖啡等。通过师生共同完成实验后，学生们会发现是否产生丁达尔效应与所用介质有关，因此，学生就会对不同介质之间的区别进行分析，并与老师进行探讨，从而最终实现学生的自主学习。

5 结 论

应用型本科高校的定位主要是服务地方经济和社会的发展，培养的是高素质应用型工程技术人才，应该理论与实践并行，偏重实践技能的锻炼和培养。在复合材料新专业的物理化学课程改革中，物理化学课程内容需充分体现专业的需求，以更好低地为专业发展服务。实践表明，将OBE理念和工程教育专业认证要求融合到课程大纲、课程目标、教学方法和考核方式中，并形成对应关联，可有效提高学生的主体地位和学习的主动性，最终有利于提高学生培养的质量。