基于工程认证背景的物理化学课程教学改革与探索*

刘夏瑜，何秋生，张 婵，李 岩

(太原科技大学，山西 太原 030024)

随着我国工程人才迈向国际化步伐的不断加快，培养具有国际互认资格的高素质工程人才，是推进我国工程类专业国际化发展的基础和关键。当前，工程教育专业认证[1]已成为我国高校工程类专业的必然要求和趋势，这既是专业生存、建设发展的需要，更是提升人才培养质量的有效途径。建设创新型教育强国是实现中华民族伟大复兴的基础工程，以学生为中心，OBE核心理念[2]为指引，并持续改进，培养适应我国新时代发展需要的卓越工程人才对提升我国国际竞争力，走向世界具有重要意义。

1 基于工程认证标准的物理化学课程体系的构建

1.1 解读认证标准，定位课程目标

物理化学是很多理工科专业的重要基础课，通过研究物质变化的基本规律，运用化学热力学和动力学的基本原理及其在专业中的具体应用，为今后进行科学研究和解决实践问题奠定基础，在本科教学体系中占有重要地位。通过解读工程教育认证通用标准，评价教学效果应该以目标能力培养为导向，结合物理化学自身特点对教学大纲进行修订，将毕业要求分解为课程目标对应的指标点，与毕业要求之间相互对应支撑[3]，如 表1所示。根据指标点设计相应的教学过程和评价考核方式，在教与学的评价反馈中调整各环节的权重以期为后续的持续改进奠定基础。同时将思政内涵有机融入课程体系，润物细无声地将思政教育[4]纳入整个专业课教学过程中。

物理化学课程目标分别对应支撑毕业要求中的1、2、4，且对具体分解要求1.1、2.1、4.1具有强支撑效应。课程目标1对学生能力提出了两方面的要求：首先是知识储备能力，其二是知识运用能力。课程目标2也从两方面对学生能力提出要求，一是应用所学工程知识对复杂环境工程问题进行判断分析；二是通过建立相应的数学模型和计算分析解决问题；课程目标3要求学生在掌握理论知识和研究方法的前提下解决问题，真正做到学以致用。

表1 课程目标与毕业要求指标点的对应关系[5]

1.2 结合工程认证要求完善课程评价体系

基于毕业要求指标点和课程目标的对应关系，在物理化学教学过程中采用过程性考核与形成性考核相结合的方式。过程性考核包括课后作业、章节总结、课后习题、随堂测验、章节测验，课程实验，共占比20%。形成性考核以期末闭卷形式进行，试卷共有五大题型分别为判断、选择、填空、简答和计算，共占80%。依据教学大纲要求：总成绩=平时成绩×20%+期末成绩×80%。课程目标1考核点由平时成绩1(各章节总结)和期末成绩Ⅰ(选择题、部分填空题和判断题)组成。课程目标2考核点由平时成绩2(实验与部分课后习题)和期末成绩Ⅱ(部分填空题与简答题)组成。课程目标3考核点由平时成绩3(随堂测验、章节测验及各章节课后习题)和期末成绩Ⅲ(计算题)组成。表2列出了支撑各指标点的课程目标考核方式及其权值分配。

表2 支撑指标点的课程目标考核方式及其权值分配

2 课程目标达成度分析

2.1 课程目标达成度结果

根据考核点对课程目标的支撑强度分别确定各部分权重[6]，设置目标考核分值。课程目标1和2注重对基础知识和原理公式的掌握，各分配权重0.3，赋值30分，由平时和期末两部分的比重确定其目标分值各为6和24。课程目标3注重综合应用所学方法对实际问题分析解决，分配权重0.4，赋值40分，平时成绩3和期末成绩Ⅲ目标值分别为8和32。总评满分为100分，课程目标达成值为60分，即达成度为0.6。本次教学实践对象为太原科技大学环境工程本科二年级学生，选取环境工程192302班39名学生为样本，对每位学生十次平时成绩和期末试卷各题型得分进行统计计算，经过汇总分析，结果见 表3所示。

表3 课程目标达成度结果

2.2 学生个体课程目标达成度结果

经过过程性评价和形成性评价的综合考核，所有课程目标均已达成，课程总体达成度为0.77。具体达成情况如图1， 图2，图3所示。

图1 学生个体课程目标1达成度分布

结果表明，课程目标1和3达成情况较好，期末考核点得分率分别为82.25%和71.40%，但课程目标2达成情况中等，期末考核点得分率得分率为61.38%。由此可看出学生通过章节总结、课堂提问、课后测验等环节，可较好地掌握基础理论知识，课后再通过大量的习题练习，计算部分掌握情况良好，故课程目标1和课程目标3达成度较好。但课程目标2的达成度差强人意，学生对公式的内涵，推导，以及相互间的逻辑关系缺乏深刻地理解和思考，难以将知识内化升华为能力的应用。结合学生课程目标达成度情况及该课程目前教学现状，提出具体的持续改进方案。

图2 学生个体课程目标2达成度分布

图3 学生个体课程目标3达成度分布

3 《物理化学》课程持续改进的具体措施

3.1 优化教学体系

物理化学是环境工程的专业基础必修课，学时有限且课程难度大。教学实践发现学生在学习初期对课程重视度和投入度较高，但随着课程公式增多,知识点逻辑性增强，学生学起来比较吃力。针对这种现象，我们需要意识到兴趣是学习的源动力，在课堂中适时地理论联系实际，使学生明确所学知识不再是空洞的理论而是和生活息息相关并且可以用于解决实际问题，由此可以培养学生主动学习和主动思考的意识，使教与学同频共振。另外,针对物理化学概念抽象，知识点凌乱难以建立联系的问题，教师应帮助学生理清逻辑关系，用思维导图[7]的方式构建合理的知识网络。对于公式的学习，建议学生在理解的基础上自行推导，再通过习题巩固练习，加以应用，由此可以将知识点的理解掌握转化为技能的提升应用。

3.2 创新教学模式

教学有法，教无定法，贵在得法。除了教学内容方面的问题,在教学方式方面,也有较大的改进空间。传统的课堂教学，完成了规定的教学任务也就认为达成了教学目标，填鸭式、满堂灌的教学模式让师生都苦不堪言。在当前工程认证持续改进的要求下,能力培养远比知识传递更为重要。要想改变传统的教学模式，强化学生作为课堂主体的主观能动性,教师首先要改变思路，转换角色。课堂是人才培养的主渠道，时刻需要以学生为中心开展各个教学环节，以组织和引导的方式让学生作为课堂主体和主要参与者，真正把教学过程落实到“以学生为中心”的翻转课堂中。信息化时代的到来让网络教育如“雨课堂”，“学习通”“腾讯会议”“企业微信上课直播”等方式建立在线课堂[8]成为提髙教育质量的有效途径。通过课前发送预任务件，课上讨论交流，课后推送复习课件，以及随时线上答疑等，形成学生自主学习线上线下互动的模式，课前下发一定的预习任务并带着问题进入课堂，跟着老师节奏对知识体系进行系统梳理和重构，并对重难点进行解析和交互式讨论，充分调动学生的参与度和积极性，发挥学生的主观能动性,让学习真正由被动灌输变为主动摄入。

3.3 改革考核方式

学习是一个循序渐进的积累过程,针对平时不用心临时抱佛脚的情况，需要从课程考核方式切入展开改革。工程认证强调学习效果的评价应由过程性考核和结果性考核组成，因此要改变传统一考定乾坤的模式，更加注重学生平时学习的成效。比如，平时成绩可以从到课率、课前预习、课堂讨论与提问、撰写章总结、绘制思维导图、课内实验等方面考核,期末再通过闭卷考试综合评估。并适当调整二者权重，将平时成绩由20%提高至30%，期末成绩比重调整至70% ，两个部分根据各自权重分别核算再进行汇总,作为课程总评成绩，各部分得分都做到有理有据、公平公正。改革方式的考核一方面能提高学生积极性，督促学生日常学习，另一方面也能帮助教师在授课过程中及时掌握学生的学习情况，并适时做出调整，形成教学相长的正反馈机制。

3.4 融入课程思政

高校立身之本在于立德树人，高校要深化教学改革，充分挖掘课程中的思政元素，利用好课程这个主渠道，融知识、能力、素养为一体，真正形成专业课与思想政治理论课互相渗透，同向同行的育人大格局。要在教学过程中融入思政内涵，需要在熟悉课程专业知识的基础上，准确把握课程思政的意义与内涵，以合适的情境素材为载体，重新构建教学体系，找准课程思政元素与专业知识的映射点，二者兼顾，双向发力，将课程思政有目的、有计划、有组织地润物细无声般融入物理化学专业知识教学过程中。比如热力学第一定律强调功和热这两种不同能量表达之间的相互转化，功可以全部转化为热，比如摩擦生热，钻木取火，但是热却不能无条件的全部转化为功，这也是第一类永动机幻想破灭的原因，辩证来看就是付出与收获的关系。违背能量守恒定律的过程一定不能发生，但遵循它的过程不一定能发生，由此引出了非常重要的热力学第二定律，该定律揭示出自发过程趋于熵增，自发人生一事无成。真正理解热力学第二定律，不但会帮助我们理解客观世界，更会给生活、乃至人生带来巨大的指导意义。以人类消失后无秩序世界的乱象为切入点引出熵的物理意义即混乱度，因此熵增就意味着混乱度增加，当人类不再对世界做功，它一定是朝着混乱度增大的方向去发展。

热力学两大定律[9]的结合也揭示出了能源危机存在的最本质原因。能量在转化过程中，势必造成做功本领的削弱甚至是丧失，导致能量贬值。因此我们说能源危机并不是指的能量在量上，而是在质上的危机。这就启示我们人类在自然规律的引导下，一定要珍惜保护、合理利用现有资源，同时要开发新能源，提倡节能低碳以及低熵的生活方式。 禅修之人讲究“少即是多”，在意的就是拥有之物的秩序，而非数量。日本“断舍离”式的整理之法，也是通过清理过多的数量，让家里充满整洁和秩序之美，以提升整个人的幸福感。冥想，也类似于一种头脑清理术，思考的问题少了，才能更好地思考问题，达到更高的境界。

4 结 语

在当前工程认证背景下,物理化学课程教学改革任重道远，道阻且长。立足现状,结合工程认证要求与新时代高等教育思政育人的大格局，以学生掌握知识、培养能力，提升素质为目标开展教学设计。基于成果导向，以毕业要求为准绳科学改革评价机制，综合评价培养质量，有效创新教学模式，有机融入思政元素，紧密结合立德树人的根本任务，实现全员全程全方位育人，全面提升物理化学课程教学效果，为社会主义现代化事业培养合格的建设者和可靠接班人。