工程教育認(rèn)證背景下《物理化學(xué)》考核方法研究*

夏 瑜，何緒文，徐東耀，唐元暉，王建兵

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 ，北京 100083)

工程教育認(rèn)證是推動我國工程教育與國際接軌、保證工科學(xué)生質(zhì)量的重要舉措。截至2020年底，我國共有257所普通高等學(xué)校1600個專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證，涉及22個工科專業(yè)類。參加并通過工程教育認(rèn)證已經(jīng)成為我國高校工科類專業(yè)建設(shè)的發(fā)展趨勢。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價。其中，畢業(yè)要求達(dá)成度評價是工程教育專業(yè)認(rèn)證環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵內(nèi)容。畢業(yè)要求通過指標(biāo)點分解落實到課程，當(dāng)課程設(shè)置與畢業(yè)要求建立合理的對應(yīng)關(guān)系后，課程目標(biāo)的達(dá)成情況決定了相應(yīng)畢業(yè)要求的達(dá)到情況[1]。因此，建立合理化的考核方法來科學(xué)地評價課程目標(biāo)的達(dá)成情況具有重要意義。

以中國礦業(yè)大學(xué)(北京)環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)科大類基礎(chǔ)課程《物理化學(xué)》為例，課程大綱(2016年版)中設(shè)立的課程目標(biāo)包括3點：(1)掌握氣體的基本性質(zhì)、熱力學(xué)的基本原理和化學(xué)動力學(xué)的基礎(chǔ)知識，并能進(jìn)行相關(guān)分析與計算。(目標(biāo)定位：理解/分析/計算)；(2)掌握熱力學(xué)基本原理在多組分系統(tǒng)、相平衡、電化學(xué)、表面化學(xué)、膠體化學(xué)中的應(yīng)用，并能夠用于理解和分析相關(guān)物理化學(xué)現(xiàn)象和過程的規(guī)律。(目標(biāo)定位：理解/分析)；(3)能夠運用熱力學(xué)和動力學(xué)的基礎(chǔ)知識，分析、判斷和表達(dá)工程中的典型化學(xué)反應(yīng)的能量變化、方向和限度、速率及其影響因素等特征。(目標(biāo)定位：分析/應(yīng)用)”。其中，第1和第2條支撐本專業(yè)本科畢業(yè)要求“1.1掌握數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)知識，具備理解、分析、應(yīng)用和計算能力”；第3條支撐本專業(yè)本科畢業(yè)要求“2.1：能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的相關(guān)知識識別、判斷和表達(dá)工程技術(shù)問題”。課程目標(biāo)既立足于教授學(xué)生熱力學(xué)和動力學(xué)方面的基礎(chǔ)知識，也強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生運用基礎(chǔ)知識解決工程問題的能力，這貼合了本科工程教育聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的基本定位[2]。

為此，作者基于環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)科大類基礎(chǔ)課《物理化學(xué)》，進(jìn)行課程考核方法的優(yōu)化研究，確立一套能夠全面反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果、充分支持課程目標(biāo)達(dá)成評價，可性行強的考核方案，確保本課程的教學(xué)是圍繞學(xué)生畢業(yè)目標(biāo)的達(dá)成而展開的，也可為本專業(yè)其他學(xué)科大類基礎(chǔ)課的課程考核提供參考。

1 課程考核的現(xiàn)狀

課程成績一般由平時成績和期末成績構(gòu)成。對于物理化學(xué)這類基礎(chǔ)課程而言，其理論性強、知識點多、要求學(xué)生對知識點有深入的掌握與應(yīng)用能力，期末考試基本為閉卷形式，且所占比例較高，通常不低于70%。然而，課程期末考試往往一錘定音，無法全面地反映學(xué)生對各類知識點的理解、掌握及應(yīng)用情況，并易助長學(xué)生不注重平時學(xué)習(xí)、寄過大希望于期末突擊復(fù)習(xí)的不良做法，從而影響教學(xué)質(zhì)量和課程目標(biāo)的達(dá)成。近年來，過程考核越來越受到重視[3-4]。將課程考核貫穿到課程教學(xué)的全過程才能充分和全面地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，能更準(zhǔn)確、全面地評價課程目標(biāo)的達(dá)成情況，同時也能達(dá)到調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性及查漏補缺的目的。因此，平時成績是課程成績的重要組成部分。平時成績通常依據(jù)學(xué)生的課堂出勤、作業(yè)完成等情況而給定；少數(shù)課程也采用隨堂測試來考核學(xué)生的平時表現(xiàn)。

過程性考核的一個難點為，課程考勤、隨堂測試等開展起來較費時。對于環(huán)境類專業(yè)，物理化學(xué)雖然是一門重要的學(xué)科大類基礎(chǔ)課，但不是專業(yè)核心課程，該課程的授課時間與化學(xué)及化工類專業(yè)的相比偏少，這在一定程度上限制了過程性考核的開展。折衷的方法為教師在課堂上減少上課點名和隨堂測試的頻率，或者甚至省略此做法；此外，隨堂測試的結(jié)果統(tǒng)計會增加授課教師的工作量，并且統(tǒng)計結(jié)果具有滯后性，不利于教師及時進(jìn)行追蹤評價和持續(xù)改進(jìn)。

另一方面，全球新冠肺炎疫情的爆發(fā)使線上軟件如雨課堂、騰訊課堂等的應(yīng)用在教師和學(xué)生中得到了普及[5]，教師和學(xué)生對這些線上教學(xué)平臺的操作均較熟悉。這些工具能夠提供在線簽到、留言及隨堂測試的功能，并能對簽到和測試結(jié)果進(jìn)行即時統(tǒng)計，為高效省時的過程性考核的開展提供了支撐條件。

2 探索注重過程的多元化課程考核方法

基于以上背景，作者提出線上線下結(jié)合、注意過程的多元化課程考核方法。同時，根據(jù)各考核方法的特點，對其考核內(nèi)容和實施方式進(jìn)行探索，使此方法能充分體現(xiàn)課程目標(biāo)，并具有高效省時、操作性強的優(yōu)點。

依據(jù)課堂考勤、隨堂測試、課后作業(yè)的方式進(jìn)行平時考核，其中課堂考勤和隨堂測試借助雨課堂來開展。此種方案能夠確保過程考核貫穿全過程，覆蓋面廣，結(jié)果清晰明確，其中平時成績的比例可以在傳統(tǒng)方案中的比例上有所提高。在此，設(shè)定將平時成績比例提高至40%，期末考試成績比例設(shè)置為60%。

接下來，從課堂考勤、隨堂測試、課后作業(yè)、期末考試這四個方面的具體實施方法進(jìn)行討論。

2.1 課程考勤

課程考勤考核是保證學(xué)生課程學(xué)習(xí)參與度的重要手段，其反映了學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，但無法直接反映學(xué)生能力，所以在課程總成績中的占比較小，在此設(shè)為6%(占平時成績的15%)。中國礦業(yè)大學(xué)(北京)的環(huán)境工程專業(yè)的《物理化學(xué)》課程目前為64學(xué)時，歷時一個學(xué)期，故設(shè)置的課堂簽到次數(shù)較多(6 次)，每隔2～3周開展一次。如前所述，雨課堂提供了簽到功能，不必額外占用課堂時間，且可迅速統(tǒng)計學(xué)生的出勤情況。請學(xué)生在課前或課間休息時利用手機(jī)完成簽到即可。教師及時根據(jù)出勤情況督促曠課較多同學(xué)提高出勤率。

2.2 隨堂測試

隨堂測試要求學(xué)生迅速作答，能夠真實反映學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)效果和在知識體系中的薄弱環(huán)節(jié)，為評價課程目標(biāo)達(dá)成情況提供了重要依據(jù)。同時，隨堂測試也是促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中查漏補缺的重要手段，測試結(jié)果可為教師有針對性地解答學(xué)生疑惑提供重要依據(jù)。

利用雨課堂來開展隨堂測試考核，既高效省時，也省去了教師判卷的工作，并能快速得到學(xué)生作答的情況，便于教師結(jié)合答題正確率和錯選項等信息，趁熱打鐵，即刻針對學(xué)生出現(xiàn)錯誤較多的地方重點進(jìn)行講解，并適時調(diào)整授課方法和重難點；此外，雨課堂也能夠顯示出每位學(xué)生在每次測試中的得分及成績排序，便于教師針對學(xué)生個體進(jìn)行學(xué)習(xí)效果追蹤評價，識別學(xué)習(xí)效果不佳的學(xué)生，有針對性地制定幫扶方法。

隨堂測試的次數(shù)及題量均應(yīng)適宜，次數(shù)過少達(dá)不到覆蓋課程全過程的作用，題量太少測試結(jié)果無法反映學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)情況；次數(shù)太多一方面時間耗費過多，另一方面易讓學(xué)生產(chǎn)生恐懼心理。因此，在此建議設(shè)置3～4次階段性隨堂測試，每次測試時提前1～2周告知學(xué)生，并督促其進(jìn)行階段性復(fù)習(xí)。為了節(jié)約課堂時間，每次隨堂測試的題量設(shè)為10～15題，測試時間為20 min。為了便于成績統(tǒng)計，隨堂測試題型選擇客觀題，包括選擇、填空和判斷題。在填空題中，對答案的單位、有效數(shù)字等的要求都進(jìn)行清楚的限定，使答案唯一，避免由于單位或有效數(shù)字不同而出現(xiàn)系統(tǒng)的誤判問題。隨堂測試的在課程成績中的比例設(shè)置為14%(占平時成績的35%)。

隨堂測試具有階段性的特點，學(xué)生復(fù)習(xí)的時間相對較短，且在每次測試中學(xué)生作答的時間也較短，因此難度不宜過大。在此設(shè)定隨堂測試考核的內(nèi)容以考核學(xué)生對基礎(chǔ)概念的理解和簡單的分析計算能力為主。在對基本概念的考查方面，可圍繞對臨界狀態(tài)、過程量和狀態(tài)量、熱力學(xué)第一定律、卡諾熱機(jī)、熱力學(xué)第二定律、熵判據(jù)、亥姆霍茲判據(jù)、吉布斯判據(jù)、理想液態(tài)混合物與理想稀溶液、表面活性劑、基元反應(yīng)等的理解出一些選擇和判斷題；在對分析和計算能力的考查方面，可圍繞簡單PVT變化過程的功及熵的計算、判斷外界條件對化學(xué)平衡終點的影響、相律的應(yīng)用、法拉第定理的應(yīng)用、不同級數(shù)的化學(xué)反應(yīng)速率的計算等出一些填空題。

2.3 課后作業(yè)

課后作業(yè)是課程考核的傳統(tǒng)方式和必要環(huán)節(jié)，能夠促使學(xué)生在課后及時思考，融會貫通，深化對知識點的理解和加強對知識點的應(yīng)用能力。本考核方法中設(shè)置課后作業(yè)的成績比重為20%(占平時成績的50%)。此環(huán)節(jié)是由學(xué)生在課后自主完成，因此學(xué)生有較多的思考時間，可以布置一些需要深度思考的習(xí)題作業(yè)。例如教材上熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的綜合計算題、化學(xué)平衡章節(jié)中的綜合計算題、相圖的識別、電化學(xué)熱力學(xué)計算等。但題量應(yīng)該適中。若太少，學(xué)生得不到充分的訓(xùn)練，達(dá)不到充分促進(jìn)學(xué)生融會貫通的目的；若太多，會使學(xué)生負(fù)擔(dān)過重，反而降低其學(xué)習(xí)積極性，引發(fā)因完成時間不充分而抄襲的問題。建議在各章結(jié)束后在教材中精選2～5道計算題或分析題布置成課后作業(yè)即可。

除了常規(guī)的習(xí)題訓(xùn)練以外，還可設(shè)置1次特殊形式的課后作業(yè)，以課程報告的形式展開。例如，了解物理化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家事跡、列舉1項物理化學(xué)知識點在環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用等，促進(jìn)學(xué)生結(jié)合相關(guān)科學(xué)家的事跡深入理解知識點及其背后的科學(xué)思維[6]，并激發(fā)學(xué)生將物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識應(yīng)用于理解環(huán)保技術(shù)，從而促進(jìn)其對知識點的融會貫通及啟蒙其對專業(yè)的認(rèn)識。為了不加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)，在布置作業(yè)前就說明對報告的篇幅長度不作要求，只需作答內(nèi)容符合作業(yè)主題、且無錯誤之后即可得分。

2.4 期末考試

將《物理化學(xué)》期末考試成績在課程成績中比例設(shè)置為60%。在許多課程的期末考試中容易出現(xiàn)一類問題：盡管大部分同學(xué)能通過期末考試，但是一旦遇到實際應(yīng)用問題仍然感到茫然迷惑。這說明，課程考試對學(xué)生知識點的深入分析能力及應(yīng)用能力考查得還不夠。在期末考試中，除了考查熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)等中的基本概念和計算以外(課程目標(biāo)1)，也注重考查學(xué)生應(yīng)用知識點去分析相關(guān)物理化學(xué)現(xiàn)象和過程的規(guī)律(課程目標(biāo)2)，以及分析、判斷和表達(dá)工程中的典型化學(xué)反應(yīng)的能量變化、方向和限度、速率及其影響因素等特征(課程目標(biāo)3)。為了促進(jìn)學(xué)生將基礎(chǔ)課的所學(xué)知識與環(huán)境工程這一專業(yè)的特點聯(lián)系起來，在考試中可多設(shè)計一些環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的情境，讓學(xué)生應(yīng)用《物理化學(xué)》的課程知識來分析其中的問題。例如：在水處理領(lǐng)域經(jīng)常會用到反滲透處理技術(shù)，試解釋其原理(應(yīng)用知識點滲透壓來解釋和分析)；日本計劃向太平洋排放核污水最近引發(fā)了爭議，其含有放射性物質(zhì)，會造成環(huán)境污染和生態(tài)危害。若已知元素衰變可視為單分子基元反應(yīng)，判斷放射性元素的衰減反應(yīng)屬于幾級反應(yīng)，以及稀釋核污水能否改變放射性元素半衰期。

3 確保考核內(nèi)容對各課程目標(biāo)均有明確支撐

本文所述的考核方法注重過程、方式多元，綜合考查學(xué)生對熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)知識的理解和掌握情況，以及應(yīng)用知識點分析相關(guān)物理化學(xué)現(xiàn)象、典型環(huán)保技術(shù)原理和工程中典型化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的能力，能夠全面綜合地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，便于課程目標(biāo)達(dá)成度評價的開展。在實施考核時，授課教師應(yīng)嚴(yán)格按照課程大綱中規(guī)定的各課程目標(biāo)在各考核環(huán)節(jié)中的占比，對課程考勤、隨堂測試、課后作業(yè)和期末考試中的具體內(nèi)容進(jìn)行總體規(guī)劃，確保每次考核都能遵守統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，考核內(nèi)容對各課程目標(biāo)均有明確支撐，為科學(xué)地分析課程目標(biāo)達(dá)成度和實施持續(xù)改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

隨堂測試、課后作業(yè)和期末考試由一道一道作業(yè)題或試題組成。各題對應(yīng)的課程目標(biāo)可根據(jù)其內(nèi)容來判定，教師在考核前應(yīng)完成這些判斷工作，再進(jìn)一步依據(jù)各題分值計算出每個課程目標(biāo)在這三個考核環(huán)節(jié)中分別所占的比例。若此比例不符合大綱要求，則需對出題內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整直至符合；每次課堂考勤支撐的課程目標(biāo)能夠根據(jù)該堂課所授的內(nèi)容來判斷，教師可以依此來規(guī)劃每次進(jìn)行考勤考核的時間，確保考勤考核對各個課程目標(biāo)的支撐情況符合大綱要求。

據(jù)此，教師在教授每屆學(xué)生《物理化學(xué)》這門課程時，便能按照課程大綱的統(tǒng)一要求實施覆蓋課程全過程、對各個課程目標(biāo)均有明確支撐的考核；在每次授課完成后都能科學(xué)地計算課程目標(biāo)達(dá)成度，并以考核結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié) 語

本文針對環(huán)境工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程《物理化學(xué)》提出了一套注重過程、結(jié)合線上工具的多元化考核方法，課程成績由平時成績(40%)和期末考試成績(60%)兩部分組成。平時成績包括考勤(6%)、隨堂測試(14%)和課后作業(yè)(20%)。其中考勤和隨堂測試借助雨課堂完成，具有高效省時、結(jié)果迅速直觀、便于教師有針對性地即時講解和對單個學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行追蹤評價、制定幫扶策略的優(yōu)點。考核內(nèi)容對各個課程目標(biāo)均有明確清晰的支撐，綜合考查學(xué)生對熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)知識的理解和掌握情況，以及應(yīng)用知識點分析相關(guān)物理化學(xué)現(xiàn)象、典型環(huán)保技術(shù)原理和工程中典型化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的能力。該方法能夠全面綜合地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，便于課程目標(biāo)達(dá)成度評價的開展，并為實施持續(xù)改進(jìn)提供重要依據(jù)，能夠滿足工程教育認(rèn)證背景下環(huán)境工程專業(yè)《物理化學(xué)》的教學(xué)需要。