工程認證視角下的“物理化學實驗”教學改革探析

董麗娟，畢麗君，張鴻發，田迪英

（浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江杭州310018）

為促進高等院校專業建設，使工程類學生與國際接軌，教育部依“國際實質等效性”原則制定了工程認證標準，建立了相應的認證體系開展專業認證工作。經過幾年實踐，其認同度不斷提高，受到越來越多高校的歡迎和重視，已逐漸形成了用專業認證來指導專業建設的格局。工程專業認證的理念是“以學生為中心，以產出為導向，持續改進”。這意味著教學不能僅局限于師生之間的“自我評價”，更應關注社會的認可度，注重“社會評價”，應以專業“產出”評判專業人才培養。這對于激勵學生學習、促進教師改進教學方法和提高工程人才培養水平具有重要作用。

“物理化學實驗”是化工、制藥、食品、環境、材料等工程類專業開設的一門必修課，是深入研究物質性質、物質變化規律的一門學科。目前由于招生規模擴大且傳統的教育內容、方法有一定局限性，導致學生在知識應用、解決實際工程問題上有所欠缺，教學改革勢在必行。

1 工程認證視角下“物理化學實驗”教學中存在的問題

以往物化實驗的教學內容主要依據市面上現有的教材；教學方式以教師為中心，由教師提前配制試劑、調試儀器，對實驗原理、步驟、注意事項等進行詳細講解，再由學生操作完成相應實驗和報告。我們在批改報告中發現：學生只是“做”了實驗，實驗中出現的現象、問題只能作表觀分析，且觀點較為主觀，如我沒做到什么，儀器存在什么問題等，根本不會結合實驗獲得的數據做針對性分析；有的學生索性把老師上課講過的可能對結果有影響的所有因素，不管自己的實驗現象、數據中是否存在都一一羅列，通過實驗發現、分析、解決問題的目的成為空談。因此，積極開展工程專業認證下的教學改革，提高工程教育水平，培養高素質的工程人才已成為我們當前急需研究并加以解決的課題。

2 “物理化學實驗”教學改革

2.1 以需求為導向，優化實驗課程體系設置

根據工程教育專業認證理念，要求學生化被動為主動，在理論知識點、方法和技能上具有綜合性，能夠以實際工程問題為導向開設實驗，而不只是局限于課本內容?；诖耍緦嶒炐抻喠酸槍κ称饭こ虒I的基礎實驗、綜合實驗、自主創新性和研究性實驗相結合的多層次實驗教學體系。

2.2 豐富實驗教學手段

2.2.1 以需求為導向，引入“問題為核心”的探究式教學

基礎實驗主要培養學生的實驗習慣、操作規范、數據記錄規范等基本實驗素養。為激發學生的興趣，增加其主動性，允許學生帶自己感興趣的試樣進實驗室，測粘度、燃燒熱等；綜合實驗體現學科間的交融，主要培養學生研究性學習習慣及創新性思維。為了引發學生思考，引入“問題為核心”的探究式教學，引導學生通過所學的理論與實踐分析問題、解決問題，如皂化反應速率常數的測定，引導學生思考除書本上的電導法外，讓他們結合學過的無機化學、有機化學、分析化學理論及實驗思考還可通過哪些物理量來測定？這個速率常數除了受溫度影響，還受哪些因素影響？通過電位法測茶葉中的咖啡因，液相色譜法測膠丸V等研究課題，激發學生查閱文獻、獨立設計實驗、解決實驗中發現新問題的能力，進而提高學生的創新能力和科研素質，達到“學以致用”的教學效果。

2.2.2 實施“主體-主導相結合”的課堂實驗教學模式

工程認證背景下強調實踐能力，為了達到預期的效果，依據物化實驗特點（知識面寬、理論性強、儀器原理復雜），改變授課方式，鼓勵學生探索、創新，設計出“微課-翻轉-實驗探究-評討結合”的“主體-主導相結合”的實驗教學模式（見圖1）。

圖1 物化實驗“主體-主導相結合”的實驗教學模式

教師將相關實驗知識以微課視頻方式借助網絡平臺共享給學生，學生通過自學設計實驗初步方案后，由教師組織探討進行知識內化，優化實驗方案，組織學生完成實驗操作。為了更好地培養學生實驗探究能力，對于綜合性、研究性實驗，教師會在實驗操作完成后再次召集學生進行探討：實驗過程中現象、數據的質疑，成敗原因的總結，改進的可能性。在此基礎上設計出實驗最佳方案并進一步實施。在教師引導下，讓學生成為主角。

該模式實施后大大激發了學生的學習興趣。為了深層次了解實驗的背景、意義，他們除了從老師提供的微課平臺獲取知識點，還去相關網絡平臺、圖書館查閱資料，設計實驗方案、預設實驗中可能出現的問題及解決方法，進一步發揮學生的潛能。為了能更好地展示自己，學生還主動找老師溝通，進行模擬演講，也增加了老師對學生的了解。通過課堂探討不僅發揮了學生的口才，增加了學生間的交流了解，也促進了學生組織能力、思維能力的提高。

2.2.3 探索“虛-實相結合”的教學模式

與其他化學實驗相比，物化實驗具有理論性強，每套儀器的測量技術都建立在完整的化學原理和理論基礎之上，儀器操作較為復雜，數據處理需借助相關實驗儀器和軟件完成。如燃燒熱測定實驗，要求體系在絕熱條件下測定熱值，對學生而言，僅通過書本的預習對實驗環境、測量體系缺乏形象感，示教時，學生人數多，儀器視野范圍較小，不能保證每位學生都能清晰觀摩。虛擬仿真技術通過大量圖像信息，模擬了測定時的環境、體系，展示了稱量、壓片、安裝、測定、校正等實驗過程，為學生提供了強烈真實的感觀體驗，增強學生對燃燒熱測定原理、方法、儀器、操作等知識點的認知，使其更具現實感、系統性，也為后續進入專業領域測營養成分的熱值，確定營養配方打下扎實的基礎。仿真遵循“虛實結合、互為補充”的原則，學生通過虛實結合，掌握了實驗的關鍵，在實際操作時因清楚各步的關鍵，繼而提高實驗的成功率，激發學生學習的興趣和潛能，提高其解決問題、分析問題、創新創造的能力，以此強化了學生預習、復習等自主學習過程，提高了學生學習的自覺性，真實地貫徹了工程教育專業認證的理念。

3 完善實驗考核標準

考核是檢驗教學質量、調整教學計劃的重要依據。完善的實驗考核標準，既能體現教學效果的好壞，又能調動學生的實驗積極性。以往實驗的考核方法大多依據學生的實驗報告、實驗結束后的理論、操作考試來評判，實驗報告難以全面體現實驗過程中的技術手段、解決問題的能力，且抄襲現象時有發生，理論、操作考試對擅長應試的同學來說比較有利。為了能全面客觀地反映學生的實驗水平，調動其實驗積極性，我們對考核標準進行了修訂：將實驗考核分為五大模塊：基礎模塊包含實驗預習、課堂紀律、操作和結果記錄以及實驗報告的規范性；綜合實驗模塊包含文獻查閱與應用、設計方案、課堂闡述、實驗操作及數據記錄的規范性、數據處理及分析探討的深入性；研究性實驗模塊除上述要求外還應包含論文書寫、科學作風；實驗理論考核模塊減少記憶性客觀題的比重，加入開放性試題和案例，考查學生對已學知識的綜合運用、解決問題、自主創新的能力；操作考試模塊弱化考核的內容，強化操作的規范性、準確性。

4 結論

實驗是培養人才的重要教學環節。上述改革受到了學生良好的反饋：從開學初第一次課的被動、茫然到中期積極地查閱文獻，進行仿真實驗，設計實驗方案，主動和老師探討實驗過程，到學期末能完成一篇研究性的小論文，主動聯系老師希望加入競賽團隊，激發了學生對實驗的興趣，由“被動”轉為“主動”。為更好地發揮物化實驗在培養工程型人才中的作用，我們將繼續探索，深刻理解工程教育專業認證的培養理念，并持續改進。