工程認證背景下工科“物理化學”金課課程建設(shè)探索與實踐

趙利民 王 杰 李 紅

（聊城大學材料科學與工程學院 山東·聊城 252027）

工程專業(yè)認證是目前國際上通行的一種質(zhì)量保證制度，該制度能夠?qū)崿F(xiàn)工程教育和工程師資格的國際互認的。[1]2016年6 月我國正式加入國際工程教育學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》。加入該協(xié)議意味著通過認證的專業(yè)將得到國際認可，當然也對我國工程教育體系提出了新的要求——按照國際標準培養(yǎng)、切實提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

教育部在2018年全國高等學校本科教育工作會議上首次提出“金課”概念，明確要求高校課程要體現(xiàn)出深度、難度和挑戰(zhàn)度。教育部隨后下發(fā)通知，要求高校要全面梳理課程教學內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”。[2]教育部高教司司長吳巖同志在2018年11 月中國大學教學論壇（第11 屆）上作了名為“建設(shè)中國金課”講話。此后，在全國范圍內(nèi)各高校開始金課建設(shè)的熱潮，打造金課以及金課課程建設(shè)成為高校教學理論與實踐工作者研究熱點之一。[3-5]然而，在金課建設(shè)的實踐過程中，關(guān)于課程的建設(shè)與改革方案方法，眾多學者各抒己見，存在不同觀點，甚至還出現(xiàn)一些比較片面的主張和做法。因此，對金課建設(shè)的實踐進行深刻分析和研究，仍是當下一個比較重要的課題。

我院于2019年提交工程認證申請，與此同時，學校開展金課課程建設(shè)方案。如何在工程認證的基礎(chǔ)上建設(shè)好金課，是任課教師亟需解決的實際問題。我們在實踐過程中，對一些問題進行了深刻分析，希望能夠?qū)ζ渌n程有所啟發(fā)。

1 工程認證對“物理化學”課程的要求

“物理化學”為工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。通過對該課程的學習，使學生能夠理解和掌握物質(zhì)變化過程中的基本規(guī)律，并將這些規(guī)律、原理和方法用于分析和解決所遇到的一些實際問題，進而不斷地提高學習和實踐的能力。根據(jù)工程教育認證通用標準解讀（2020 版），對于基礎(chǔ)課程的要求主要有以下幾點：

（1）體現(xiàn)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。教學內(nèi)容要注重運用數(shù)學、自然科學和工程科學原理分析、研究專業(yè)復雜工程問題的能力培養(yǎng)。

（2）對畢業(yè)指標點的支撐?；A(chǔ)課程一般支撐工程認證中的畢業(yè)指標1 和2。畢業(yè)指標1 是能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題。該指標提出了兩方面的要求：一是畢業(yè)生要具備解決復雜工程問題所需的知識，這是對知識結(jié)構(gòu)的要求；二是對知識運用的要求，能夠?qū)⑦@些知識用于解決復雜工程問題。畢業(yè)指標2 是能夠應(yīng)用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。該指標提出了兩方面的要求：其一，學生應(yīng)學會基于科學原理思考問題，這是思維能力的培養(yǎng)；其二，學生應(yīng)掌握“問題分析”的方法，這是方法論教學。

（3）持續(xù)改進。建立面向產(chǎn)出的課程質(zhì)量評價體系，品鑒應(yīng)聚焦學生的學習成效，課程內(nèi)容、教學方法和考核方式必須與該課程的畢業(yè)要求相匹配。

2 金課課程建設(shè)的基本要求

吳巖司長在報告中對金課提出了“兩性一度”標準。

高階性，改變過去單一傳授知識或培養(yǎng)普通能力的目標，而是通過教學內(nèi)容和教學形式的創(chuàng)新和編排把知識、能力和素質(zhì)有機融合在一起，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力和高級思維。

創(chuàng)新性，要求課程內(nèi)容具有前沿性和時代性，教學形式呈現(xiàn)先進性和互動性，學習結(jié)果具有探究性和個性化。創(chuàng)新性從教學內(nèi)容和教學形式兩個方面體現(xiàn)。教學內(nèi)容創(chuàng)新：即內(nèi)容要體現(xiàn)時代性和前沿性。如：將學術(shù)研究、科技發(fā)展前沿成果、課程思政理念等引入課程。教學模式創(chuàng)新：教學模式的創(chuàng)新包括采用多形式的互動教學方法和信息技術(shù)的使用，開展以學生為中心的個性化教學、探究式教學和翻轉(zhuǎn)式教學等。通過這樣的模式創(chuàng)新讓課堂活起來，提升學生的學習效率和學習質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和批判性思維。

挑戰(zhàn)度，要求課程具有一定難度，學生需要跳一跳才能夠得著。這就對教師的備課和學生課下自主學習提出了較高要求。從內(nèi)容層面需要擴大知識的深度和廣度，提升學習難度；從教學設(shè)計層面，要增加研究性、創(chuàng)新性、綜合性的內(nèi)容，增加學生自主學習的教學安排，讓學生加大學習投入；從教學評價層面，需要加強非標準化、綜合性評價機制，在各個流程多角度的考察學生學習能力、投入程度以及學習成果，激發(fā)學習動力和專業(yè)志趣。

從整體來看，“兩性一度”最終體現(xiàn)在教學內(nèi)容、教學方法和教學模式上的改革。

3 工科基礎(chǔ)課程“物理化學”目前存在的問題

目前，在高校工科專業(yè)開展“物理化學”實踐過程中，教師能夠根據(jù)本專業(yè)實際情況選擇教材和教學內(nèi)容，通過構(gòu)建教學體系，改進教學方法，在強化基本知識基礎(chǔ)上，注重基本素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，取得了一些成果，但仍然不可避免的存在一些問題。一是課程內(nèi)容相對陳舊，創(chuàng)新性弱。物理化學是一門基礎(chǔ)課程，其理論經(jīng)典并且系統(tǒng)性較強，目前已經(jīng)形成完善的課程體系。也是因為如此，教材更新較慢，而且教材中很少涉及近年學科發(fā)展的最新成果，導致課程缺乏前沿性和時代性，從而創(chuàng)新性較弱。二是教學方法與教學模式對課堂教學依賴性較高。目前，大多數(shù)高校對“物理化學”等工科基礎(chǔ)課程仍采用傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式，即以“教師講，學生聽”為主。這種模式注重知識的獲得，對教師要求低、準備簡單、容易實施，但對培養(yǎng)學生能力作用較小。工程教育認證的一個關(guān)鍵要求點是能力和思維的訓練，就是注重畢業(yè)生解決復雜問題的綜合能力和高級思維的培養(yǎng)。而傳統(tǒng)教學模式的你講我聽，難以體現(xiàn)課程的高階性和創(chuàng)新性。三是教學評價體系相對單一，挑戰(zhàn)度較低。現(xiàn)有的教學評價體系以考試為主，一般占比70%左右，題型以選擇、填空、問答或計算等形式出現(xiàn)，學習結(jié)果缺乏探究性和個性化。從這方面來講，目前的評價體系和教學模式挑戰(zhàn)度較低。

4 結(jié)合工程認證，“物理化學”金課課程建設(shè)的探索與實踐

我們在開展工程教育認證的基礎(chǔ)上實施物理化學金課課程建設(shè)，通過一年的探索與實踐，取得了一定的成果。

4.1 總體思路

“金課”課程建設(shè)強度課程的高階性，創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。工程教育認證強調(diào)人才培養(yǎng)目標與達成度問題，強調(diào)成果導向、以學生為中心和持續(xù)改進教育質(zhì)量三大理念，注重思維能力與應(yīng)用能力的培養(yǎng)。因此，基于工程認證工科“物理化學”金課課程建設(shè)的總體思路為：

以能力培養(yǎng)和成果產(chǎn)出為導向進行反向設(shè)計。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案中“物理化學”課程對畢業(yè)指標的支撐點明確課程任務(wù)及目標，制定相應(yīng)課程大綱，體現(xiàn)具有高階性和創(chuàng)新性教學內(nèi)容，在課程單元和知識點中實現(xiàn)基本素質(zhì)和專業(yè)能力的培養(yǎng)；根據(jù)教學內(nèi)容選擇合適的教學模式與教學方法，建構(gòu)綜合考核評價體系，提高課程挑戰(zhàn)度。利用課程達成度等數(shù)據(jù)對課程的教學內(nèi)容、教學方法、考核方式進行修正和改進，完善課程并持續(xù)改進，形成閉環(huán)。

4.2 金課建設(shè)實踐與探索

4.2.1 課程目標與定位

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案中“物理化學”課程對工程教育認證畢業(yè)要求的支撐，從知識、能力和素質(zhì)三個方面設(shè)定課程任務(wù)及目標，建立與畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系。

4.2.2 課程內(nèi)容設(shè)計

工科不同專業(yè)的培養(yǎng)目標不盡相同，對課程的要求也不同。我們把課程分為熱力學模塊、電化學模塊、化學動力學模塊以及表面化學和膠體模塊幾部分，在保證課程體系完整的情況下，教學內(nèi)容各有側(cè)重。在教學內(nèi)容選擇上，除基礎(chǔ)內(nèi)容外，針對不同專業(yè)適當選取科學前沿和高新技術(shù)內(nèi)容以專題形式加入課程之中。這些內(nèi)容包含物理化學的最新理論進展以及實際應(yīng)用，還涉及一些交叉學科的問題。如電化學模塊中加入離子電池（鋁離子、鉀離子、鎂離子電池）和氫能源電池相關(guān)內(nèi)容；表面化學和膠體化學中加入生物膜等內(nèi)容。通過這種“基礎(chǔ)知識+專題選講”的模式，激發(fā)學生學習興趣，拓寬學生視野，培養(yǎng)學生思維能力和應(yīng)用能力，增強課程的高階性和創(chuàng)新性。

4.2.3 教學方法與教學模式

根據(jù)課程對畢業(yè)要求的支撐點，以“成果導向”為指導，選擇合適的教學模式和教學方法。在實踐中，我們探索出“2+3”線上線下混合式教學模式?！?”是指集中和分散兩種線上教學模式。根據(jù)教學進度和教材內(nèi)容，對于難度適中，基礎(chǔ)知識較多的章節(jié)采取分散線上教學模式，通過學習任務(wù)單、觀看視頻、課后練習以及討論達成教學目標。對于部分內(nèi)容，在線下授課同時穿插集中線上學習，提高學生自主學習能力?！?”是指根據(jù)物理化學課程特點采取的3 種線下教學模式：傳統(tǒng)課堂講授、典型案例研討和生講生評翻轉(zhuǎn)課堂。

以電化學模塊為例，對“電化學中的基本概念和電解定律”“離子的電遷移率和遷移數(shù)”部分采用分散線上教學模式。利用相關(guān)手機APP 首先發(fā)布自主學習任務(wù)單，明確知識點和達成目標，布置學習任務(wù)，通過自主測試檢驗學習效果。對于“可逆電池的書寫方法及電動勢的取號”采用集中線上教學，在課堂上先要求學生觀看15 分鐘左右的微課，完成相關(guān)練習。隨后根據(jù)課前布置的任務(wù)，采取“生講生評”翻轉(zhuǎn)課堂模式開展“新型離子電池”專題教學活動。對于“可逆電池的熱力學”部分則采用傳統(tǒng)課堂講授的方式；對于“金屬的電化學腐蝕”部分則采用案例式研討方式。

多元化的教學方式均聚焦于課程對畢業(yè)要求的達成度，引導學生積極思考，讓學生學會基于科學原理思考問題，掌握“問題分析”的方法，從而培養(yǎng)課程目標支撐的指標點所要求的各種能力，達到“高階性”和“創(chuàng)新性”標準。

4.2.4 評價體系的建構(gòu)

由于傳統(tǒng)的教學評價體系相對單一，挑戰(zhàn)度較低。在金課建設(shè)實踐過程中，我們遵循全面評價原則，重視過程考核和持續(xù)改進原則，建立了一個多樣化考核評價方式：學生的最終成績包含期末考試和平時成績兩部分。平時成績包含“線上學習（線上活躍度，線上視頻時長，線上習題測驗等）+課堂表現(xiàn)（生講生評）+課后作業(yè)”。提高期末考試中能力測試題目比重，使學生夠一夠才能達到。與傳統(tǒng)教學評價體系相比，平時成績所占比重提高至40%，期末考試成績所占比重下降。教學任務(wù)完成后，對成績進行教學目標達成度分析，根據(jù)分析結(jié)果對課程加以改進，完善課程本身，進而形成閉環(huán)，達成專業(yè)認證標準中“持續(xù)改進”的目標。

綜上，金課課程建設(shè)和工程教育認證是我國高等工程教育改革的新方向，也對“物理化學”等工科基礎(chǔ)課程提出了新要求。本文圍繞工程認證和金課建設(shè)的特點結(jié)合自身課程建設(shè)實踐，圍繞課程目標、課程內(nèi)容、教學模式和課程評價等方面就工程認證背景下工科“物理化學”金課課程建設(shè)方式方法進行探索，為課程改革提供一定的經(jīng)驗借鑒，為工程應(yīng)用人才的培養(yǎng)提供支撐。