基于工程認證背景的物理化學課程教學改革與探索*

劉夏瑜，何秋生，張 嬋，李 巖

(太原科技大學，山西 太原 030024)

隨著我國工程人才邁向國際化步伐的不斷加快，培養(yǎng)具有國際互認資格的高素質(zhì)工程人才，是推進我國工程類專業(yè)國際化發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。當前，工程教育專業(yè)認證[1]已成為我國高校工程類專業(yè)的必然要求和趨勢，這既是專業(yè)生存、建設(shè)發(fā)展的需要，更是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。建設(shè)創(chuàng)新型教育強國是實現(xiàn)中華民族偉大復興的基礎(chǔ)工程，以學生為中心，OBE核心理念[2]為指引，并持續(xù)改進，培養(yǎng)適應我國新時代發(fā)展需要的卓越工程人才對提升我國國際競爭力，走向世界具有重要意義。

1 基于工程認證標準的物理化學課程體系的構(gòu)建

1.1 解讀認證標準，定位課程目標

物理化學是很多理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，通過研究物質(zhì)變化的基本規(guī)律，運用化學熱力學和動力學的基本原理及其在專業(yè)中的具體應用，為今后進行科學研究和解決實踐問題奠定基礎(chǔ)，在本科教學體系中占有重要地位。通過解讀工程教育認證通用標準，評價教學效果應該以目標能力培養(yǎng)為導向，結(jié)合物理化學自身特點對教學大綱進行修訂，將畢業(yè)要求分解為課程目標對應的指標點，與畢業(yè)要求之間相互對應支撐[3]，如 表1所示。根據(jù)指標點設(shè)計相應的教學過程和評價考核方式，在教與學的評價反饋中調(diào)整各環(huán)節(jié)的權(quán)重以期為后續(xù)的持續(xù)改進奠定基礎(chǔ)。同時將思政內(nèi)涵有機融入課程體系，潤物細無聲地將思政教育[4]納入整個專業(yè)課教學過程中。

物理化學課程目標分別對應支撐畢業(yè)要求中的1、2、4，且對具體分解要求1.1、2.1、4.1具有強支撐效應。課程目標1對學生能力提出了兩方面的要求：首先是知識儲備能力，其二是知識運用能力。課程目標2也從兩方面對學生能力提出要求，一是應用所學工程知識對復雜環(huán)境工程問題進行判斷分析；二是通過建立相應的數(shù)學模型和計算分析解決問題；課程目標3要求學生在掌握理論知識和研究方法的前提下解決問題，真正做到學以致用。

表1 課程目標與畢業(yè)要求指標點的對應關(guān)系[5]

1.2 結(jié)合工程認證要求完善課程評價體系

基于畢業(yè)要求指標點和課程目標的對應關(guān)系，在物理化學教學過程中采用過程性考核與形成性考核相結(jié)合的方式。過程性考核包括課后作業(yè)、章節(jié)總結(jié)、課后習題、隨堂測驗、章節(jié)測驗，課程實驗，共占比20%。形成性考核以期末閉卷形式進行，試卷共有五大題型分別為判斷、選擇、填空、簡答和計算，共占80%。依據(jù)教學大綱要求：總成績=平時成績×20%+期末成績×80%。課程目標1考核點由平時成績1(各章節(jié)總結(jié))和期末成績Ⅰ(選擇題、部分填空題和判斷題)組成。課程目標2考核點由平時成績2(實驗與部分課后習題)和期末成績Ⅱ(部分填空題與簡答題)組成。課程目標3考核點由平時成績3(隨堂測驗、章節(jié)測驗及各章節(jié)課后習題)和期末成績Ⅲ(計算題)組成。表2列出了支撐各指標點的課程目標考核方式及其權(quán)值分配。

表2 支撐指標點的課程目標考核方式及其權(quán)值分配

2 課程目標達成度分析

2.1 課程目標達成度結(jié)果

根據(jù)考核點對課程目標的支撐強度分別確定各部分權(quán)重[6]，設(shè)置目標考核分值。課程目標1和2注重對基礎(chǔ)知識和原理公式的掌握，各分配權(quán)重0.3，賦值30分，由平時和期末兩部分的比重確定其目標分值各為6和24。課程目標3注重綜合應用所學方法對實際問題分析解決，分配權(quán)重0.4，賦值40分，平時成績3和期末成績Ⅲ目標值分別為8和32。總評滿分為100分，課程目標達成值為60分，即達成度為0.6。本次教學實踐對象為太原科技大學環(huán)境工程本科二年級學生，選取環(huán)境工程192302班39名學生為樣本，對每位學生十次平時成績和期末試卷各題型得分進行統(tǒng)計計算，經(jīng)過匯總分析，結(jié)果見 表3所示。

表3 課程目標達成度結(jié)果

2.2 學生個體課程目標達成度結(jié)果

經(jīng)過過程性評價和形成性評價的綜合考核，所有課程目標均已達成，課程總體達成度為0.77。具體達成情況如圖1， 圖2，圖3所示。

圖1 學生個體課程目標1達成度分布

結(jié)果表明，課程目標1和3達成情況較好，期末考核點得分率分別為82.25%和71.40%，但課程目標2達成情況中等，期末考核點得分率得分率為61.38%。由此可看出學生通過章節(jié)總結(jié)、課堂提問、課后測驗等環(huán)節(jié)，可較好地掌握基礎(chǔ)理論知識，課后再通過大量的習題練習，計算部分掌握情況良好，故課程目標1和課程目標3達成度較好。但課程目標2的達成度差強人意，學生對公式的內(nèi)涵，推導，以及相互間的邏輯關(guān)系缺乏深刻地理解和思考，難以將知識內(nèi)化升華為能力的應用。結(jié)合學生課程目標達成度情況及該課程目前教學現(xiàn)狀，提出具體的持續(xù)改進方案。

圖2 學生個體課程目標2達成度分布

圖3 學生個體課程目標3達成度分布

3 《物理化學》課程持續(xù)改進的具體措施

3.1 優(yōu)化教學體系

物理化學是環(huán)境工程的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，學時有限且課程難度大。教學實踐發(fā)現(xiàn)學生在學習初期對課程重視度和投入度較高，但隨著課程公式增多,知識點邏輯性增強，學生學起來比較吃力。針對這種現(xiàn)象，我們需要意識到興趣是學習的源動力，在課堂中適時地理論聯(lián)系實際，使學生明確所學知識不再是空洞的理論而是和生活息息相關(guān)并且可以用于解決實際問題，由此可以培養(yǎng)學生主動學習和主動思考的意識，使教與學同頻共振。另外,針對物理化學概念抽象，知識點凌亂難以建立聯(lián)系的問題，教師應幫助學生理清邏輯關(guān)系，用思維導圖[7]的方式構(gòu)建合理的知識網(wǎng)絡(luò)。對于公式的學習，建議學生在理解的基礎(chǔ)上自行推導，再通過習題鞏固練習，加以應用，由此可以將知識點的理解掌握轉(zhuǎn)化為技能的提升應用。

3.2 創(chuàng)新教學模式

教學有法，教無定法，貴在得法。除了教學內(nèi)容方面的問題,在教學方式方面,也有較大的改進空間。傳統(tǒng)的課堂教學，完成了規(guī)定的教學任務也就認為達成了教學目標，填鴨式、滿堂灌的教學模式讓師生都苦不堪言。在當前工程認證持續(xù)改進的要求下,能力培養(yǎng)遠比知識傳遞更為重要。要想改變傳統(tǒng)的教學模式，強化學生作為課堂主體的主觀能動性,教師首先要改變思路，轉(zhuǎn)換角色。課堂是人才培養(yǎng)的主渠道，時刻需要以學生為中心開展各個教學環(huán)節(jié)，以組織和引導的方式讓學生作為課堂主體和主要參與者，真正把教學過程落實到“以學生為中心”的翻轉(zhuǎn)課堂中。信息化時代的到來讓網(wǎng)絡(luò)教育如“雨課堂”，“學習通”“騰訊會議”“企業(yè)微信上課直播”等方式建立在線課堂[8]成為提髙教育質(zhì)量的有效途徑。通過課前發(fā)送預任務件，課上討論交流，課后推送復習課件，以及隨時線上答疑等，形成學生自主學習線上線下互動的模式，課前下發(fā)一定的預習任務并帶著問題進入課堂，跟著老師節(jié)奏對知識體系進行系統(tǒng)梳理和重構(gòu)，并對重難點進行解析和交互式討論，充分調(diào)動學生的參與度和積極性，發(fā)揮學生的主觀能動性,讓學習真正由被動灌輸變?yōu)橹鲃訑z入。

3.3 改革考核方式

學習是一個循序漸進的積累過程,針對平時不用心臨時抱佛腳的情況，需要從課程考核方式切入展開改革。工程認證強調(diào)學習效果的評價應由過程性考核和結(jié)果性考核組成，因此要改變傳統(tǒng)一考定乾坤的模式，更加注重學生平時學習的成效。比如，平時成績可以從到課率、課前預習、課堂討論與提問、撰寫章總結(jié)、繪制思維導圖、課內(nèi)實驗等方面考核,期末再通過閉卷考試綜合評估。并適當調(diào)整二者權(quán)重，將平時成績由20%提高至30%，期末成績比重調(diào)整至70% ，兩個部分根據(jù)各自權(quán)重分別核算再進行匯總,作為課程總評成績，各部分得分都做到有理有據(jù)、公平公正。改革方式的考核一方面能提高學生積極性，督促學生日常學習，另一方面也能幫助教師在授課過程中及時掌握學生的學習情況，并適時做出調(diào)整，形成教學相長的正反饋機制。

3.4 融入課程思政

高校立身之本在于立德樹人，高校要深化教學改革，充分挖掘課程中的思政元素，利用好課程這個主渠道，融知識、能力、素養(yǎng)為一體，真正形成專業(yè)課與思想政治理論課互相滲透，同向同行的育人大格局。要在教學過程中融入思政內(nèi)涵，需要在熟悉課程專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，準確把握課程思政的意義與內(nèi)涵，以合適的情境素材為載體，重新構(gòu)建教學體系，找準課程思政元素與專業(yè)知識的映射點，二者兼顧，雙向發(fā)力，將課程思政有目的、有計劃、有組織地潤物細無聲般融入物理化學專業(yè)知識教學過程中。比如熱力學第一定律強調(diào)功和熱這兩種不同能量表達之間的相互轉(zhuǎn)化，功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，比如摩擦生熱，鉆木取火，但是熱卻不能無條件的全部轉(zhuǎn)化為功，這也是第一類永動機幻想破滅的原因，辯證來看就是付出與收獲的關(guān)系。違背能量守恒定律的過程一定不能發(fā)生，但遵循它的過程不一定能發(fā)生，由此引出了非常重要的熱力學第二定律，該定律揭示出自發(fā)過程趨于熵增，自發(fā)人生一事無成。真正理解熱力學第二定律，不但會幫助我們理解客觀世界，更會給生活、乃至人生帶來巨大的指導意義。以人類消失后無秩序世界的亂象為切入點引出熵的物理意義即混亂度，因此熵增就意味著混亂度增加，當人類不再對世界做功，它一定是朝著混亂度增大的方向去發(fā)展。

熱力學兩大定律[9]的結(jié)合也揭示出了能源危機存在的最本質(zhì)原因。能量在轉(zhuǎn)化過程中，勢必造成做功本領(lǐng)的削弱甚至是喪失，導致能量貶值。因此我們說能源危機并不是指的能量在量上，而是在質(zhì)上的危機。這就啟示我們?nèi)祟愒谧匀灰?guī)律的引導下，一定要珍惜保護、合理利用現(xiàn)有資源，同時要開發(fā)新能源，提倡節(jié)能低碳以及低熵的生活方式。 禪修之人講究“少即是多”，在意的就是擁有之物的秩序，而非數(shù)量。日本“斷舍離”式的整理之法，也是通過清理過多的數(shù)量，讓家里充滿整潔和秩序之美，以提升整個人的幸福感。冥想，也類似于一種頭腦清理術(shù)，思考的問題少了，才能更好地思考問題，達到更高的境界。

4 結(jié) 語

在當前工程認證背景下,物理化學課程教學改革任重道遠，道阻且長。立足現(xiàn)狀,結(jié)合工程認證要求與新時代高等教育思政育人的大格局，以學生掌握知識、培養(yǎng)能力，提升素質(zhì)為目標開展教學設(shè)計?；诔晒麑?，以畢業(yè)要求為準繩科學改革評價機制，綜合評價培養(yǎng)質(zhì)量，有效創(chuàng)新教學模式，有機融入思政元素，緊密結(jié)合立德樹人的根本任務，實現(xiàn)全員全程全方位育人，全面提升物理化學課程教學效果，為社會主義現(xiàn)代化事業(yè)培養(yǎng)合格的建設(shè)者和可靠接班人。