OBE理念下復合材料專業物理化學課程改革探索*

楊晶晶, 張 輝

(南京曉莊學院環境科學學院, 江蘇 南京 211171)

《物理化學》是高等學校化學、化工、環境、食品、復材等相關專業的一門必修核心課程，一般在大學二年級開設。該門課程需要用到先行課程《高等數學》、《大學物理》、《有機化學》、《無機化學》等課程的相關知識。《物理化學》課程內容的理論性強，涉及的知識面較廣，學生在學習的過程中反饋學習難度較大。為了幫助學生能夠理解該門課程知識的內容，提升學生學習的能力，國內眾多高校從事《物理化學》課程教學和研究的教師對《物理化學》課程進行了系列的教學改革。常州大學許杰等將化學史和人文精神融入到工科物理化學課程的教學中，可有效活躍課程氣氛，進一步激發學生的學習興趣[1]。廊坊師范學院梁紅蓮等將演示實驗應用于大學物理化學的課堂教學中，通過師生共同參與實驗，營造了活躍的課題氣氛，有利于提升物理化學課堂教學的效果[2]。泰山學院馮帥等以“一流應用型人才”培養為背景，在物理化學課堂教學的過程中引入線上與線下相結合的混合式教學，激發了學生的學習主動性，也可以培養學生的科學思維方式和解決實際問題的能力[3]。

2020年伊始，新冠疫情爆發，國內高校的線下教學活動停止，眾多高校開始了線上教學活動。通過利用互聯網平臺，物理化學課堂教學也進行了大量的改革。南方醫科大學馬豫峰等[4]在疫情期間通過選擇適當的平臺和網課內容，使學生能夠與教師“面對面”學習課程內容。利用“雨課堂”不僅可有效掌握學生對物理化學知識的學習情況，也可增加教師與學生的互動，督促學生做好復習工作[5-6]。將“雨課堂”與互聯網平臺如騰訊會議、智慧樹在線教育等相結合進行線上教學則成了眾多高校疫情期間開展正常教學活動的有效手段。此外，在物理化學課堂的教學改革中引入思政教育可有效培養學生的科學素養、家國情懷和創新能力[7-9]。目前這些關于《物理化學》課程的教學改革涉及教學模式、教學手段和教學內容等方面，有效的提高了《物理化學》課程的教學質量[10]。

近年來，以成果為導向的教育理念(Outcome based education，OBE)已成為國內外高校教育的主流理念，特別是美國工程教育認證協會將該理念貫徹于工程專業認證的全過程及我國成為“華盛頓協議”簽約成員后，在課程教學改革中如何有效融入OBE理念和工程認證標準，進一步提升課程教育改革的層次以提高專業建設水平和人才培養的質量是目前教學改革研究的重點。本文基于筆者所在的地方應用型高校，以復合材料專業為例，從學校定位和專業特點出發，結合OBE理念和工程教育專業認證要求探討了物理化學課程的改革，并分析了改革前后的實際效果。

1 目前物理化學教學過程中存在的問題

物理化學課程涉及的內容較多，幾乎每個版本的物理化學都包括熱力學、化學勢、化學平衡、多相平衡、電化學、表面現象與分散系統、動力學、復合反應動力學等內容[11-13]。物理化學授課內容里的公式繁多、理論抽象、推導過程較為復雜，其中多有涉及高數微積分等相關知識，因此物理化學是一門“教師難教、學生難學”的課程。近年來，雖然國內眾多高校對物理化學課程的創新教學方法、教學模式等進行了大量的改革，也取得了一定的成效，但是仍然存在諸多問題需要廣大的物理化學教學工作者給予重視和解決，主要有：(1)物理化學課程如何更好的體現專業需求。化學、化工、環境、食品、復材等專業雖然都學習物理化學這門課程，但課時可能不一樣，即使課時一樣，不同專業對物理化學課程內容的要求也不盡相同。然后，目前很多物理化學課程的教學卻脫離了專業的特點，往往根據固定的課時來精簡相應的內容，從而沒有更好的體現專業需求。(2)物理化學課程教學過程中如何更好地體現學生的中心地位和自主性。在目前物理化學教學過程中，仍然是以教師講授內容為中心，大部分學生是被動的為了完成學分而學習，學生的中心地位沒有得到充分挖掘。(3)如何有效的評價物理化學課程的教學和學生的學習結果。隨著OBE理念成為主流的教育理念，傳統的教學、考核和評價方式急需做出巨大的調整，須突破傳統教育模式的桎梏，創新考核和評價方法，不能唯期末考試分數對學生學習效果做出最終評價。

2 應用型本科高校復合材料專業物理化學課程的設置

與研究型高校不同，應用型本科高校的定位主要是服務地方經濟和社會的發展，培養的是高素質應用型工程技術人才，其專業課程的理論難度和深入都與研究型高校具有顯著的區別，應該理論與實踐并行，偏重實踐技能的鍛煉和培養。復合材料與工程專業是近些年設置的一個工科新專業，不同學校的復合材料專業其方向定位也不盡相同。以筆者所在的地方應用型高校(南京曉莊學院)為例，復合材料專業的方向定位為高分子基復合材料，因此，物理化學課程在設置時需基于高校的定位并結合復合材料專業的方向特點。在內容上，物理化學需充分體現專業的需求，如對于相平衡的內容，需強化二組分系統和三組分系統相關章節的內容；對于電化學章節的內容可適當弱化部分內容如不可逆電極相關的內容；此外，表界面化學的相關知識對復合材料專業尤為重要，可適當加大這些內容的課時安排。隨著目前專業總學時的削減，物理化學課程內容的合理設置就顯得更為重要[14]。以南京曉莊學院復合材料專業為例，物理化學為64課時，其各章節分配結果如表1所示。

表1 南京曉莊學院復合材料專業物理化學各章課時分配表

從表1種可以看出，筆者為了更好的體現地方應用型高校復合材料專業的特點，強化了多相平衡和表面現象與分散系統相關內容的學習。對于其他先行課程已有所涉及的內容，如化學平衡和化學動力學基本原理等在總課時一定的情況下可適當調整，最終既使物理化學課程體系能夠完整，符合物理化學課程學習的科學規律，也能夠進一步體現專業方向的特點，更好的滿足專業需求。

3 OBE理念和工程認證標準在物理化學課程中的融合

基于應用型高校的定位并結合復合材料專業的方向特點設置物理化學的課程內容和課時后，需進一步提升教學質量，體現學生的中心地位和學習的自主性。為了實現這一目標，筆者將OBE理念和工程認證標準要求融入到物理化學課程中，對課程大綱、課程目標、教學方法、考核方式等進行了全面的探索。

3.1 OBE理念下復合材料專業物理化學課程大綱

課程大綱是一門課程關于教學目的、教學內容、考核方式、考核評價等方面系統性的文件，在課程大綱中應充分體現教學理念和相關要求。為了使物理化學課程滿足復合材料專業需求以及體現“以學生為中心，成果為導向”的教育理念，筆者在制定物理化學課程大綱前與復合材料與工程專業教研室進行了多次對接，充分討論了復合材料專業對物理化學課程內容的要求。在課程目標、教學方法、考核和評價等多方面探討了如何實現“以學生為中心，成果為導向”的目標。經多次修改，最終筆者制定的物理化學課程大綱包括12個部分，包括：(1)課程名稱；(2)課程代碼；(3)課程性質；(4)學時學分；(5)先修要求；(6)課程負責人；(7)指定教材和補充教材信息；(8)課程目標；(9)課程目標與畢業要求指標點對應關系表；(10)課程目標與教學內容和方法對應關系表；(11)課程目標與考核方式的關系表；(12)課程評價。在這12個部分中，筆者將OBE理念體現在課程目標中，并結合工程教育專業認證要求，將認證標準要求進行指標分解與課程目標對應，形成了課程目標與考核方式的關系表。此外，對教學內容和方法設置和篩選，滿足復合材料專業的需求并實現課程的目標。最后，通過考核方式和課程評價來確保課程目標的成功實施，最終體現“以學生為中心，以成果為導向”的OBE教學理念。

3.2 OBE理念下復合材料專業物理化學的課程目標

課程目標是一門課程實施后要實現的具體目的和意圖。對于應用型本科高校的復合材料專業而言，課程目標的制定要符合學校定位和專業特點，以便更好地為專業培養目標服務。在OBE理念下，應用型高校復合材料專業物理化學課程的培養目標主要包括：(1)使學生能掌握物理化學的基本概念，基本原理和方法，為進一步學習各專業課程打下基礎；(2)能運用物理化學理論知識指導實踐，發現復合材料工程領域實際的工程問題，并進行識別、表達與實施；(3)通過物理化學課程的學習，培養學生必須的邏輯思維和推理能力，設計實驗進行探索和分析討論，并優化實驗技術與工程方案；(4)培養和養成良好的自主學習習慣和學習能力，培養良好的溝通和合作能力，培養探索問題的思路，科學地分析問題、解決問題的能力。將課程目標與教學內容、方法、畢業要求、考核方式等關聯，通過各種教學手段和要求來進一步實現課程目標。

3.3 OBE理念下復合材料專業物理化學的教學方法

課程目標確定后，需要通過各種教學手段來實施，特別是物理化學課程教學過程中教學方法的有效運用至關重要。為了體現學生學習的主體地位，在教學方法上，可以采用啟發式教學方法、也可以使用學生自主學習和與教師合作學習相結合的方式進行。如對于表面現象章節里涉及的“液面界面的潤濕及毛細現象”可以提前給學生播放有關“超級疏水材料的視頻”，并對班級學生分組，提出相關的問題供學生小組思考。然后在課堂上邀請每一小組學生代表對相關問題進行闡述，最后教師再通過理論知識的講解來對其中的基本原理和學生存在的疑問進行解惑。此外，對于有些物理化學課程內容在課堂講授過程中可以采用小實驗的形式來使學生和老師共同完成，提升學習過程的主動性。

3. 4 OBE理念下復合材料專業物理化學的考核方式

在課程的考核和評價上，OBE理念注重目標性、多樣化和靈活性[15]。在以往的教學過程中發現，以平時成績(主要為出勤率和課后作業)、期末成績這種方式進行考核具有較大的缺陷性，只能被動的逼迫學生為了分數而死記硬背式的學習，學生學習也較為痛苦。在OBE理念下，筆者對考核方式進行了改革嘗試。復合材料專業物理化學課程考核方式由六部分組成，結構組成如表2所示。

從表2可以看出，與傳統平時成績和期末考試的考核方式相比，現有的考核方式多處了研討課、章節小結等部分。此外，與平時成績主要考察出勤率和課后作業不同的是，平時課堂還包括了課前預習、互動積極性和互動效果等方面。這些都有效地提高了學生的參與程度和學習的主體地位。

表2 南京曉莊學院復合材料專業物理化學課程考試方式組成

4 實例分析及效果對比

在OBE理念下，筆者對復合材料專業物理化學課程改革前后的效果進行了總結，以分散系統章節里的丁達爾效應的課堂教學改革為例，改革前后效果對比如表3所示。

表3 OBE理念下丁達爾效應的課堂教學改革效果對比

從表3可以看出，改革前，該課題微型實驗是全部通過教師來完成，在課堂中進行微型實驗的教學方法可有效提升學生的學習興趣，激發學生的思維，但學生的主體地位不高，學生前期沒有參與該實驗室的準備，只是被動的接受。改革后，教師首先在課前布置好任務，教師提供激光筆和玻璃鏡面，讓分組的學生通過互聯網查找有關丁達爾效應的知識，并尋找一種介質通過課堂實驗實現丁達爾效應。在課堂上具體實施時，教師和學生共同完成，學生提前準備的介質也是多種多樣，如粉筆灰、土壤、淀粉、袋裝咖啡等。通過師生共同完成實驗后，學生們會發現是否產生丁達爾效應與所用介質有關，因此，學生就會對不同介質之間的區別進行分析，并與老師進行探討，從而最終實現學生的自主學習。

5 結 論

應用型本科高校的定位主要是服務地方經濟和社會的發展，培養的是高素質應用型工程技術人才，應該理論與實踐并行，偏重實踐技能的鍛煉和培養。在復合材料新專業的物理化學課程改革中，物理化學課程內容需充分體現專業的需求，以更好低地為專業發展服務。實踐表明，將OBE理念和工程教育專業認證要求融合到課程大綱、課程目標、教學方法和考核方式中，并形成對應關聯，可有效提高學生的主體地位和學習的主動性，最終有利于提高學生培養的質量。