面向产出的实验课课程目标达成度定量评价方法研究——以大气污染控制工程实验为例∗

赵焕新 于三三 张学军 李漫红

（1. 沈阳化工大学 环境与安全工程学院，辽宁 沈阳 110142；2. 沈阳化工大学 教务处，辽宁 沈阳 110142）

工程教育专业认证不仅标志着专业质量标准和质量保障体系的国际实质等效，而且对于提升专业建设水平和专业人才培养质量起到关键作用［1］。目前，专业是否建立了“面向产出的内部评价机制并运行良好”已成为通过工程教育认证的“底线”要求和专业是否能够真正持续改进的关键判定依据［2－3］。“产出”指的是学生在校学习期间在知识、素质、能力方面的增量，所谓面向产出的评价即针对课程目标达成度、毕业要求达成度和培养目标达成度的评价。学生的学习成果是通过一门门课程积累起来的，人才培养的过程也是靠一门门课程逐步实现的，因此课程质量评价是面向产出评价的基础［4］189。

刘卫东［5］认为质量是在过程中形成的，并建立了基于目标—过程结构关系的课程质量评价模型，该模型不仅包括课程目标，而且还涵盖了教学资源、教学计划执行、教学环境、质量保障等共6个维度。李煜凯和朱泓［6］从教师素养、教学过程、课程资源、课程成效4 个维度搭建课程质量评价指标体系，提出科学性、可测性、独立性、通用性4 项原则。课程质量是课程目标适应度、教师教学投入度、教学资源保障度、学生学习满意度和课程目标达成度的综合体现，但其核心是课程目标达成度。课程目标达成度评价方法包括定性、定量、直接、间接等方式［7－10］。自2020 年工程教育认证中心启动工程认证持续改进与年度报备工作机制以来，大部分专业均已经初步建立了基于课程目标达成度评价的课程质量评价方法。魏维等［4］188研究了基于面向产出的课程目标达成度的评价机制，内容包括教学大纲的制订与审核、课程OBE 执行情况审核、形成性评价的审核、试卷命题审核、达成度评价计算和持续改进一整套闭环过程。贾文友等［11］建立了课程目标达成度定量、定性相结合的评价方法。定量评价的数据基础是围绕课程目标来命题的学生试卷考试成绩，定性评价则依据学生学习效果调查和课程线上调查问卷。张晓青和王君［12］采用二次组合赋权方法建立了有效的课程目标达成度定量评价方法，该方法有效解决了因课程目标达成度评价方法不同而获得的评价结果对后续毕业要求、培养目标达成度评价造成偏差的问题。针对20 门理论课，二次组合后所得到的评价结果为一致性收敛，证明课程面向产出的评价结果是有效的。然而，目前对课程目标达成度评价方法的研究多集中于理论课，实践环节的研究较少。对于理论教学，根据课程目标设置考核内容后，可以根据学生对该课程目标相关考核内容得分值与该课程目标所有相关考核内容总分的比值来对该项课程目标作出客观的定量评价。但对于实验教学，简单套用上述方式作为某项课程目标的评价依据是不严谨的，也难以保证评价所使用的数据是有效的，导致评价的结果是否面向产出存在疑问。上述问题主要体现在以下几个方面：第一，在教学大纲中支撑实验课某一课程目标达成的教学内容往往是该课程中的某个或某几个实验项目，以每个实验项目的考核结果去评价课程目标的达成是模糊的。这是由于一个实验项目从预习到操作再到最后形成实验报告，不同的环节对学生有不同的能力培养要求，对应支撑不同的课程目标，因此以一个或几个实验项目的成绩去评价某一课程目标显然不合理。第二，虽然很多专业细化了实验成绩的构成，包括预习、操作、实验报告等方面（为方便表达，以下简称“实验成绩小分”），但仍然无法用其中某一实验成绩小分来评价某一课程目标，尤其是当课程目标个数多于小分的项数时，更加难以评价［13－16］。例如，实验操作成绩既能反映学生实验设计、仪器设备操作，还能反映学生的团队合作甚至是沟通交流能力，当给出一个实验操作的考核结果后，无法根据这一考核结果精确判断学生在某一个具体能力方面的达成情况，即使学生实验操作成绩得到满分的90%以上，也可能出现某一项能力目标没有达成的情况，并且这一情况因评价所使用的数据不合理而无法显现出来，最终影响持续改进。第三，用上述实验成绩小分评价课程目标时，没有考虑不同实验类型的影响因素。一门实验课程应当包括验证型、综合型、设计型、创新型等多个实验类型，而不同类型的实验项目所属的实验成绩小分在评价某一课程目标时应当具有不同的权重。如，设计型实验报告的考核结果对评价研究、分析等课程目标的支撑强度应当高于验证型实验。上述这些因素共同导致了实验课面向产出的课程目标达成度定量评价的复杂性。然而，目前多数专业即使已经通过了认证甚至通过了第二轮复评后，仍未建立面向产出的合理、有效的实验课课程目标定量评价方法。工程教育离不开数学、物理、化学、生物等自然科学基础课程的支撑，而这些课程绝大部分需要配置相应的实验课。对于理科的实验课教学而言，如何做好面向产出的课程目标达成度定量评价对于支撑工科专业工程教育认证、新工科建设具有重要的意义。

大气污染控制工程实验是沈阳化工大学环境工程专业实验类课程之一。课程涵盖颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机污染物控制四大部分实验，实验类型涉及验证型、综合型和设计型三类，实验方式包括演示实验和分组操作两种。通过实验课程的学习，学生能够独立或合作设计、操作、完成实验并取得实验结果，能够有效记录、分析和解释相关实验数据并获得结论。通过实验，进一步理解大气污染控制工程理论课中涉及的控制方法与相关原理。实验过程中，了解大气污染控制在实验或实际生产中可能存在的安全问题，理解环境工程专业的职责和责任。通过实验教学，提高学生分析问题和创新性地解决复杂环境工程问题的能力。

基于大气污染控制工程实验课程的上述特点，本文从课程目标确定、课程目标落实、考核内容及评分标准制定、实验成绩小分对课程目标的精确支撑关系及权重赋值和课程目标达成度定量计算方法5 个方面理清了课程目标、实验项目、实验类型、实验成绩小分之间的关系，探索出了一套用于实验课课程目标达成度定量评价的方法。

一、课程目标的确定

按照工程教育认证成果导向教育理念，课程目标应当采用反向设计原则，依据课程在课程体系中对毕业要求指标点的支撑情况而确定。毕业要求指标点决定课程目标，课程目标能支撑毕业要求指标点的达成。大气污染控制工程实验课程共支撑5 个毕业要求指标点，分别为：4.1 能够基于环境工程基本原理与相关文献，调研和分析复杂环境工程问题的解决方案；4.2 能够根据特定的环境工程问题，选择合理的研究方法，设计科学的实验方案；4.3 能够根据设计的实验方案，组装、构建实验系统，保障实验的安全进行，实现数据的正确采集；4.4 能够对所获取实验结果进行辨别、分析、解构、关联和解释，得到合理的结论；9.2 能够承担并做好在团队中的角色。为了使课程目标能够面向产出，并与毕业要求形成鲜明的支撑关系，在设计课程目标时要求从“以教为中心”向“以学为中心”转变。课程目标实际是学生的“学习目标”，相应的“教学要求”与“教学方法”应当对应“学习要求”与“学习方法”。为了使课程目标、学习要求易于衡量和可评价，结合课程一致性的构建理论［17］，大气污染控制工程实验课程对所有课程目标和学习要求的描述均采用了布鲁姆教育目标分类系统中的行为动词。课程确定了6 项课程目标，课程目标与毕业要求支撑的矩阵关系如表1 所示。

表1 课程目标与毕业要求的对应关系

此外，为了实现课程的立德树人功能，课程确立了如下思政育人目标：（1）在实验过程中培养学生实事求是、踏实严谨的工作作风和诚信本质，勇于探索的研究态度和追求真理的求真精神。（2）培养学生在团队合作中的敬业和奉献精神。（3）强化学生节能、降耗、减排的环保意识，注重安全的责任意识和妥善处置实验产生有毒、有害物质的职业意识。课程思政育人的教学效果评价应当以定性评价、间接评价、远期评价为主，故本文并不做详细讨论，但在确定课程目标时，同步考虑确定课程的价值目标是必要的。

二、课程目标的落实

课程目标确定后需要有明确的教学章节、教学过程支撑其达成，即将课程目标落实进教学内容。在实验教学中，实验类型通常分为验证型、综合型和设计型。验证型实验显然对能力要求较低，主要作用在于加深学生对理论教学的理解。设计型实验需要分析、比较、选择合理的方案，甚至为了验证某个结论还要设计出足够的对照实验，属于高阶能力层次。因此，不同类型的实验在对应支撑课程目标时应当加以区分。大气污染控制工程实验各实验项目内容及其所属的实验类型和对课程目标支撑情况如表2 所示。

表2 实验项目与所属实验类型对课程目标支撑情况

由表2 可知，从验证型到综合型再到设计型实验项目，对应支撑的课程目标个数逐级递增，这与实验类型对学生能力要求逐级提高是一致的，在客观上也是合理的。

三、考核内容及评分标准制定

为了实现课程目标达成的定量评价，需要为了使课程目标能够评价而设计考核，包括考核方式、考核内容和评分标准。依据课程目标，设立了预习、安全教育、操作和实验报告四部分考核内容。（1）预习（P）：能查阅相关资料并综合分析实验问题，实验方案设计合理，了解相关实验设备的操作要求。（2）安全教育（S）：知道实验项目所使用的仪器和操作过程中可能存在的安全问题和应急处置办法。（3）操作（O）：具有独立操作能力，同时又具有团队协作精神，操作规范，能够解决实验过程中遇到的突发问题，实验数据采集准确。操作过程中能注意节省实验试剂、耗材，妥善处置实验产生的废液、废气、废渣，做到安全环保。（4）实验报告（R）：实验数据的分析、计算与关联正确，图表规范，数据处理方法正确，结论合理。

由于某个考核项目可能会同时用于评价多项课程目标，无法简单使用考核结果精确评价某一个具体的课程目标，因此对支撑多个课程目标的考核项要进行二次分解，形成若干个更为具体和有针对性的观测点并分配对应的权重赋值，如表3 所示。针对要评价的课程目标，对各个观测点进行详细的评分设计与评价描述。例如预习成绩共支撑3 项课程目标，分别为课程目标1、2、5，对应的权重值为0.4、0.4、0.2，则将预习成绩评分标准详细划分为P1、P2、P3 三个观测点，分别为对课程目标1、2、5 项的评价描述，为后续精确定量评价每个课程目标的达成度提供了可行性（如表4～表7 所示）。

表3 实验成绩小分与课程目标对应关系及权重

（续表3）

表4 预习成绩及各观测点考核评分标准

表5 操作成绩及各观测点评价标准

（续表5）

表6 安全规范与准时出勤评分标准

四、实验成绩小分对课程目标的精确支撑关系及权重赋值

上述工作为课程目标定量评价做出了准备与铺垫，但如前所述，不同实验项目尤其是不同实验类型的实验成绩小分考核结果用于评价某一课程目标达成度时的贡献是不一致的。因此，需要对课程目标落实进每个实验项目的各环节进行再次梳理。如表2 所示，7 个实验项目均支撑课程目标1，但不同实验类型的支撑强度应当是不同的。课程目标1 是对理论课内容的深层次理解，并利用所学理论解释实验现象，显然验证型实验更加侧重支撑该项课程目标，应当赋予更高的权重值。课程目标3 为掌握反应单元或系统的操作，也由7 个实验项目支撑，但应当依据各个实验步骤的复杂性和实验装置的自动化程度给予相应的权重赋值。课程目标6 是对团队合作的考察，由5 个分组操作实验支撑，可以根据实验项目所需要的合作程度和实验学时数给予权重赋值。基于这些分析，为每个课程目标所对应的实验项目赋予了合理的支撑权重值，如表8 所示。最后结合表3，将赋予权重值后的实验项目中实验成绩小分与课程目标对应起来。以课程目标1 为例，由预习成绩40%（即P1 项观测点）和实验报告成绩的20%（即R2 项观测点）支撑，7 个实验项目均支撑课程目标1，则课程目标1 的全部支撑项为7 个实验的P1、R2 观测点成绩的集合。课程目标2 由预习成绩中的P3 观测点支撑，有2 个设计型实验支撑，则课程目标2 的全部支撑项为实验6 和实验7 的P3 观测点成绩的集合，以此类推。

表7 实验报告及各观测点评分标准

表8 课程目标评价支撑项与各实验项目权重分配

（续表8）

五、课程目标达成度定量计算方法

某项课程目标对应观测点集合的学生实际得分乘以权重值，求和后再与该项理论分的比值即为该项课程目标的达成度。以课程目标3 为例，某同学涉及课程目标3 的各个观测点考核结果如表9 所示。所有支撑项的加权和16.1 与O2 和S项满分17 分的比值即是课程目标3 的达成度0.95。

表9 某学生涉及课程目标3 的各个观测点考核结果

值得注意的是，该方法在评价课程目标达成度时并不是要用到每个实验项目的全部实验成绩小分，有些观测点的结果始终没有用到，但这并不影响评价结果。专业认证是专业举证、专家查证的过程，专业只需要说明证据是有效的、合理的即可，至于其他数据是否也可以作为支撑证据不必纠结。因此，课程目标达成度的定量评价不一定要用上获取到的全部考核结果，只把其中最直接有效的数据拿来使用即可。

六、结论

本文以沈阳化工大学环境工程专业的实验课大气污染控制工程实验为例，详细介绍了实验课课程目标定量评价的方法，理清了不同实验类型、实验项目、实验成绩小分与课程目标之间的明确对应关系，依据评价目标而设置考核内容，细化评分标准设立观测点，合理赋予权重，制定了一套用于实验课课程目标定量评价的方法，完善了工程教育认证的课程质量评价体系，丰富了评价方法，使评价精确地面向产出，能够有效地指导任课教师和专业持续改进。