工程教育认证背景下《物理化学》考核方法研究*

夏 瑜，何绪文，徐东耀，唐元晖，王建兵

(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院 ，北京 100083)

工程教育认证是推动我国工程教育与国际接轨、保证工科学生质量的重要举措。截至2020年底，我国共有257所普通高等学校1600个专业通过了工程教育认证，涉及22个工科专业类。参加并通过工程教育认证已经成为我国高校工科类专业建设的发展趋势。工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。其中，毕业要求达成度评价是工程教育专业认证环节中的关键内容。毕业要求通过指标点分解落实到课程，当课程设置与毕业要求建立合理的对应关系后，课程目标的达成情况决定了相应毕业要求的达到情况[1]。因此，建立合理化的考核方法来科学地评价课程目标的达成情况具有重要意义。

以中国矿业大学(北京)环境工程专业的学科大类基础课程《物理化学》为例，课程大纲(2016年版)中设立的课程目标包括3点：(1)掌握气体的基本性质、热力学的基本原理和化学动力学的基础知识，并能进行相关分析与计算。(目标定位：理解/分析/计算)；(2)掌握热力学基本原理在多组分系统、相平衡、电化学、表面化学、胶体化学中的应用，并能够用于理解和分析相关物理化学现象和过程的规律。(目标定位：理解/分析)；(3)能够运用热力学和动力学的基础知识，分析、判断和表达工程中的典型化学反应的能量变化、方向和限度、速率及其影响因素等特征。(目标定位：分析/应用)”。其中，第1和第2条支撑本专业本科毕业要求“1.1掌握数学、物理、化学等自然科学知识，具备理解、分析、应用和计算能力”；第3条支撑本专业本科毕业要求“2.1：能够运用数学、自然科学的相关知识识别、判断和表达工程技术问题”。课程目标既立足于教授学生热力学和动力学方面的基础知识，也强调培养学生运用基础知识解决工程问题的能力，这贴合了本科工程教育聚焦学生解决复杂工程问题能力培养的基本定位[2]。

为此，作者基于环境工程专业的学科大类基础课《物理化学》，进行课程考核方法的优化研究，确立一套能够全面反映学生学习效果、充分支持课程目标达成评价，可性行强的考核方案，确保本课程的教学是围绕学生毕业目标的达成而展开的，也可为本专业其他学科大类基础课的课程考核提供参考。

1 课程考核的现状

课程成绩一般由平时成绩和期末成绩构成。对于物理化学这类基础课程而言，其理论性强、知识点多、要求学生对知识点有深入的掌握与应用能力，期末考试基本为闭卷形式，且所占比例较高，通常不低于70%。然而，课程期末考试往往一锤定音，无法全面地反映学生对各类知识点的理解、掌握及应用情况，并易助长学生不注重平时学习、寄过大希望于期末突击复习的不良做法，从而影响教学质量和课程目标的达成。近年来，过程考核越来越受到重视[3-4]。将课程考核贯穿到课程教学的全过程才能充分和全面地评价学生的学习成果，能更准确、全面地评价课程目标的达成情况，同时也能达到调动学生学习积极性及查漏补缺的目的。因此，平时成绩是课程成绩的重要组成部分。平时成绩通常依据学生的课堂出勤、作业完成等情况而给定；少数课程也采用随堂测试来考核学生的平时表现。

过程性考核的一个难点为，课程考勤、随堂测试等开展起来较费时。对于环境类专业，物理化学虽然是一门重要的学科大类基础课，但不是专业核心课程，该课程的授课时间与化学及化工类专业的相比偏少，这在一定程度上限制了过程性考核的开展。折衷的方法为教师在课堂上减少上课点名和随堂测试的频率，或者甚至省略此做法；此外，随堂测试的结果统计会增加授课教师的工作量，并且统计结果具有滞后性，不利于教师及时进行追踪评价和持续改进。

另一方面，全球新冠肺炎疫情的爆发使线上软件如雨课堂、腾讯课堂等的应用在教师和学生中得到了普及[5]，教师和学生对这些线上教学平台的操作均较熟悉。这些工具能够提供在线签到、留言及随堂测试的功能，并能对签到和测试结果进行即时统计，为高效省时的过程性考核的开展提供了支撑条件。

2 探索注重过程的多元化课程考核方法

基于以上背景，作者提出线上线下结合、注意过程的多元化课程考核方法。同时，根据各考核方法的特点，对其考核内容和实施方式进行探索，使此方法能充分体现课程目标，并具有高效省时、操作性强的优点。

依据课堂考勤、随堂测试、课后作业的方式进行平时考核，其中课堂考勤和随堂测试借助雨课堂来开展。此种方案能够确保过程考核贯穿全过程，覆盖面广，结果清晰明确，其中平时成绩的比例可以在传统方案中的比例上有所提高。在此，设定将平时成绩比例提高至40%，期末考试成绩比例设置为60%。

接下来，从课堂考勤、随堂测试、课后作业、期末考试这四个方面的具体实施方法进行讨论。

2.1 课程考勤

课程考勤考核是保证学生课程学习参与度的重要手段，其反映了学生学习态度，但无法直接反映学生能力，所以在课程总成绩中的占比较小，在此设为6%(占平时成绩的15%)。中国矿业大学(北京)的环境工程专业的《物理化学》课程目前为64学时，历时一个学期，故设置的课堂签到次数较多(6 次)，每隔2～3周开展一次。如前所述，雨课堂提供了签到功能，不必额外占用课堂时间，且可迅速统计学生的出勤情况。请学生在课前或课间休息时利用手机完成签到即可。教师及时根据出勤情况督促旷课较多同学提高出勤率。

2.2 随堂测试

随堂测试要求学生迅速作答，能够真实反映学生的阶段性学习效果和在知识体系中的薄弱环节，为评价课程目标达成情况提供了重要依据。同时，随堂测试也是促进学生在学习过程中查漏补缺的重要手段，测试结果可为教师有针对性地解答学生疑惑提供重要依据。

利用雨课堂来开展随堂测试考核，既高效省时，也省去了教师判卷的工作，并能快速得到学生作答的情况，便于教师结合答题正确率和错选项等信息，趁热打铁，即刻针对学生出现错误较多的地方重点进行讲解，并适时调整授课方法和重难点；此外，雨课堂也能够显示出每位学生在每次测试中的得分及成绩排序，便于教师针对学生个体进行学习效果追踪评价，识别学习效果不佳的学生，有针对性地制定帮扶方法。

随堂测试的次数及题量均应适宜，次数过少达不到覆盖课程全过程的作用，题量太少测试结果无法反映学生的阶段性学习情况；次数太多一方面时间耗费过多，另一方面易让学生产生恐惧心理。因此，在此建议设置3～4次阶段性随堂测试，每次测试时提前1～2周告知学生，并督促其进行阶段性复习。为了节约课堂时间，每次随堂测试的题量设为10～15题，测试时间为20 min。为了便于成绩统计，随堂测试题型选择客观题，包括选择、填空和判断题。在填空题中，对答案的单位、有效数字等的要求都进行清楚的限定，使答案唯一，避免由于单位或有效数字不同而出现系统的误判问题。随堂测试的在课程成绩中的比例设置为14%(占平时成绩的35%)。

随堂测试具有阶段性的特点，学生复习的时间相对较短，且在每次测试中学生作答的时间也较短，因此难度不宜过大。在此设定随堂测试考核的内容以考核学生对基础概念的理解和简单的分析计算能力为主。在对基本概念的考查方面，可围绕对临界状态、过程量和状态量、热力学第一定律、卡诺热机、热力学第二定律、熵判据、亥姆霍兹判据、吉布斯判据、理想液态混合物与理想稀溶液、表面活性剂、基元反应等的理解出一些选择和判断题；在对分析和计算能力的考查方面，可围绕简单PVT变化过程的功及熵的计算、判断外界条件对化学平衡终点的影响、相律的应用、法拉第定理的应用、不同级数的化学反应速率的计算等出一些填空题。

2.3 课后作业

课后作业是课程考核的传统方式和必要环节，能够促使学生在课后及时思考，融会贯通，深化对知识点的理解和加强对知识点的应用能力。本考核方法中设置课后作业的成绩比重为20%(占平时成绩的50%)。此环节是由学生在课后自主完成，因此学生有较多的思考时间，可以布置一些需要深度思考的习题作业。例如教材上热力学第一定律和热力学第二定律的综合计算题、化学平衡章节中的综合计算题、相图的识别、电化学热力学计算等。但题量应该适中。若太少，学生得不到充分的训练，达不到充分促进学生融会贯通的目的；若太多，会使学生负担过重，反而降低其学习积极性，引发因完成时间不充分而抄袭的问题。建议在各章结束后在教材中精选2～5道计算题或分析题布置成课后作业即可。

除了常规的习题训练以外，还可设置1次特殊形式的课后作业，以课程报告的形式展开。例如，了解物理化学领域的科学家事迹、列举1项物理化学知识点在环境学科领域的应用等，促进学生结合相关科学家的事迹深入理解知识点及其背后的科学思维[6]，并激发学生将物理化学的基础知识应用于理解环保技术，从而促进其对知识点的融会贯通及启蒙其对专业的认识。为了不加重学生的负担，在布置作业前就说明对报告的篇幅长度不作要求，只需作答内容符合作业主题、且无错误之后即可得分。

2.4 期末考试

将《物理化学》期末考试成绩在课程成绩中比例设置为60%。在许多课程的期末考试中容易出现一类问题：尽管大部分同学能通过期末考试，但是一旦遇到实际应用问题仍然感到茫然迷惑。这说明，课程考试对学生知识点的深入分析能力及应用能力考查得还不够。在期末考试中，除了考查热力学和化学动力学等中的基本概念和计算以外(课程目标1)，也注重考查学生应用知识点去分析相关物理化学现象和过程的规律(课程目标2)，以及分析、判断和表达工程中的典型化学反应的能量变化、方向和限度、速率及其影响因素等特征(课程目标3)。为了促进学生将基础课的所学知识与环境工程这一专业的特点联系起来，在考试中可多设计一些环境保护领域内的情境，让学生应用《物理化学》的课程知识来分析其中的问题。例如：在水处理领域经常会用到反渗透处理技术，试解释其原理(应用知识点渗透压来解释和分析)；日本计划向太平洋排放核污水最近引发了争议，其含有放射性物质，会造成环境污染和生态危害。若已知元素衰变可视为单分子基元反应，判断放射性元素的衰减反应属于几级反应，以及稀释核污水能否改变放射性元素半衰期。

3 确保考核内容对各课程目标均有明确支撑

本文所述的考核方法注重过程、方式多元，综合考查学生对热力学和化学动力学基础知识的理解和掌握情况，以及应用知识点分析相关物理化学现象、典型环保技术原理和工程中典型化学反应规律的能力，能够全面综合地评价学生的学习效果，便于课程目标达成度评价的开展。在实施考核时，授课教师应严格按照课程大纲中规定的各课程目标在各考核环节中的占比，对课程考勤、随堂测试、课后作业和期末考试中的具体内容进行总体规划，确保每次考核都能遵守统一标准，考核内容对各课程目标均有明确支撑，为科学地分析课程目标达成度和实施持续改进奠定基础。

随堂测试、课后作业和期末考试由一道一道作业题或试题组成。各题对应的课程目标可根据其内容来判定，教师在考核前应完成这些判断工作，再进一步依据各题分值计算出每个课程目标在这三个考核环节中分别所占的比例。若此比例不符合大纲要求，则需对出题内容进行调整直至符合；每次课堂考勤支撑的课程目标能够根据该堂课所授的内容来判断，教师可以依此来规划每次进行考勤考核的时间，确保考勤考核对各个课程目标的支撑情况符合大纲要求。

据此，教师在教授每届学生《物理化学》这门课程时，便能按照课程大纲的统一要求实施覆盖课程全过程、对各个课程目标均有明确支撑的考核；在每次授课完成后都能科学地计算课程目标达成度，并以考核结果为依据进行持续改进。

4 结 语

本文针对环境工程专业的基础理论课程《物理化学》提出了一套注重过程、结合线上工具的多元化考核方法，课程成绩由平时成绩(40%)和期末考试成绩(60%)两部分组成。平时成绩包括考勤(6%)、随堂测试(14%)和课后作业(20%)。其中考勤和随堂测试借助雨课堂完成，具有高效省时、结果迅速直观、便于教师有针对性地即时讲解和对单个学生的学习效果进行追踪评价、制定帮扶策略的优点。考核内容对各个课程目标均有明确清晰的支撑，综合考查学生对热力学和化学动力学基础知识的理解和掌握情况，以及应用知识点分析相关物理化学现象、典型环保技术原理和工程中典型化学反应规律的能力。该方法能够全面综合地评价学生的学习效果，便于课程目标达成度评价的开展，并为实施持续改进提供重要依据，能够满足工程教育认证背景下环境工程专业《物理化学》的教学需要。