工程認證背景下工科“物理化學”金課課程建設探索與實踐

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）

工程專業認證是目前國際上通行的一種質量保證制度，該制度能夠實現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議《華盛頓協議》。加入該協議意味著通過認證的專業將得到國際認可，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、切實提高工程技術人才培養質量。

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出深度、難度和挑戰度。教育部隨后下發通知，要求高校要全面梳理課程教學內容，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“建設中國金課”講話。此后，在全國范圍內各高校開始金課建設的熱潮，打造金課以及金課課程建設成為高校教學理論與實踐工作者研究熱點之一。[3-5]然而，在金課建設的實踐過程中，關于課程的建設與改革方案方法，眾多學者各抒己見，存在不同觀點，甚至還出現一些比較片面的主張和做法。因此，對金課建設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方案。如何在工程認證的基礎上建設好金課，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，希望能夠對其它課程有所啟發。

1 工程認證對“物理化學”課程的要求

“物理化學”為工科專業的一門基礎課程。通過對該課程的學習，使學生能夠理解和掌握物質變化過程中的基本規律，并將這些規律、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。根據工程教育認證通用標準解讀（2020 版），對于基礎課程的要求主要有以下幾點：

（1）體現應用能力的培養。教學內容要注重運用數學、自然科學和工程科學原理分析、研究專業復雜工程問題的能力培養。

（2）對畢業指標點的支撐。基礎課程一般支撐工程認證中的畢業指標1 和2。畢業指標1 是能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題。該指標提出了兩方面的要求：一是畢業生要具備解決復雜工程問題所需的知識，這是對知識結構的要求；二是對知識運用的要求，能夠將這些知識用于解決復雜工程問題。畢業指標2 是能夠應用數學、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，以獲得有效結論。該指標提出了兩方面的要求：其一，學生應學會基于科學原理思考問題，這是思維能力的培養；其二，學生應掌握“問題分析”的方法，這是方法論教學。

（3）持續改進。建立面向產出的課程質量評價體系，品鑒應聚焦學生的學習成效，課程內容、教學方法和考核方式必須與該課程的畢業要求相匹配。

2 金課課程建設的基本要求

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普通能力的目標，而是通過教學內容和教學形式的創新和編排把知識、能力和素質有機融合在一起，培養學生解決復雜問題的能力和高級思維。

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

挑戰度，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；從教學設計層面，要增加研究性、創新性、綜合性的內容，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，激發學習動力和專業志趣。

從整體來看，“兩性一度”最終體現在教學內容、教學方法和教學模式上的改革。

3 工科基礎課程“物理化學”目前存在的問題

目前，在高校工科專業開展“物理化學”實踐過程中，教師能夠根據本專業實際情況選擇教材和教學內容，通過構建教學體系，改進教學方法，在強化基本知識基礎上，注重基本素質和創新能力的培養，取得了一些成果，但仍然不可避免的存在一些問題。一是課程內容相對陳舊，創新性弱。物理化學是一門基礎課程，其理論經典并且系統性較強，目前已經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展的最新成果，導致課程缺乏前沿性和時代性，從而創新性較弱。二是教學方法與教學模式對課堂教學依賴性較高。目前，大多數高校對“物理化學”等工科基礎課程仍采用傳統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，但對培養學生能力作用較小。工程教育認證的一個關鍵要求點是能力和思維的訓練，就是注重畢業生解決復雜問題的綜合能力和高級思維的培養。而傳統教學模式的你講我聽，難以體現課程的高階性和創新性。三是教學評價體系相對單一，挑戰度較低。現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，學習結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度較低。

4 結合工程認證，“物理化學”金課課程建設的探索與實踐

我們在開展工程教育認證的基礎上實施物理化學金課課程建設，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”課程建設強度課程的高階性，創新性和挑戰度。工程教育認證強調人才培養目標與達成度問題，強調成果導向、以學生為中心和持續改進教育質量三大理念，注重思維能力與應用能力的培養。因此，基于工程認證工科“物理化學”金課課程建設的總體思路為：

以能力培養和成果產出為導向進行反向設計。根據專業培養方案中“物理化學”課程對畢業指標的支撐點明確課程任務及目標，制定相應課程大綱，體現具有高階性和創新性教學內容，在課程單元和知識點中實現基本素質和專業能力的培養；根據教學內容選擇合適的教學模式與教學方法，建構綜合考核評價體系，提高課程挑戰度。利用課程達成度等數據對課程的教學內容、教學方法、考核方式進行修正和改進，完善課程并持續改進，形成閉環。

4.2 金課建設實踐與探索

4.2.1 課程目標與定位

根據專業培養方案中“物理化學”課程對工程教育認證畢業要求的支撐，從知識、能力和素質三個方面設定課程任務及目標，建立與畢業要求指標點的對應關系。

4.2.2 課程內容設計

工科不同專業的培養目標不盡相同，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，教學內容各有側重。在教學內容選擇上，除基礎內容外，針對不同專業適當選取科學前沿和高新技術內容以專題形式加入課程之中。這些內容包含物理化學的最新理論進展以及實際應用，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）和氫能源電池相關內容；表面化學和膠體化學中加入生物膜等內容。通過這種“基礎知識+專題選講”的模式，激發學生學習興趣，拓寬學生視野，培養學生思維能力和應用能力，增強課程的高階性和創新性。

4.2.3 教學方法與教學模式

根據課程對畢業要求的支撐點，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。“2”是指集中和分散兩種線上教學模式。根據教學進度和教材內容，對于難度適中，基礎知識較多的章節采取分散線上教學模式，通過學習任務單、觀看視頻、課后練習以及討論達成教學目標。對于部分內容，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。“3”是指根據物理化學課程特點采取的3 種線下教學模式：傳統課堂講授、典型案例研討和生講生評翻轉課堂。

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”部分采用分散線上教學模式。利用相關手機APP 首先發布自主學習任務單，明確知識點和達成目標，布置學習任務，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，完成相關練習。隨后根據課前布置的任務，采取“生講生評”翻轉課堂模式開展“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“創新性”標準。

4.2.4 評價體系的建構

由于傳統的教學評價體系相對單一，挑戰度較低。在金課建設實踐過程中，我們遵循全面評價原則，重視過程考核和持續改進原則，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（生講生評）+課后作業”。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。教學任務完成后，對成績進行教學目標達成度分析，根據分析結果對課程加以改進，完善課程本身，進而形成閉環，達成專業認證標準中“持續改進”的目標。

綜上，金課課程建設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”等工科基礎課程提出了新要求。本文圍繞工程認證和金課建設的特點結合自身課程建設實踐，圍繞課程目標、課程內容、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”金課課程建設方式方法進行探索，為課程改革提供一定的經驗借鑒，為工程應用人才的培養提供支撐。