基于OBE理念的分析化學課程教學改革和實踐

侯莉　姜洋　謝丹陽　高麗華

【摘 要】分析化學是化學類學生的專業基礎課，基于OBE理念，針對專業培養目標、畢業要求和課程特點，從教學內容、教學方式和考核機制等方面對分析化學的教學改革進行了探索和實踐，旨在培養學生的工程實踐和創新能力。實踐表明，分析化學的教學改革提高了課程的教學質量和學生學習的積極性，培養和鍛煉了學生主動學習、溝通協作、解決問題及實踐創新的能力，為后續專業課程的改革、相關專業的工程教育認證，提供了有益的經驗。

【關鍵詞】分析化學;工程教育;OBE;教學改革

【中圖分類號】G642.4【文獻標識碼】A【文章編號】 1005-4634（2019）01-0082-07

0 引言

隨著經濟體制的改革和經濟形式的發展，具有專業知識、技能，實踐能力強并具有一定創新精神的工程應用型人才受到用人單位的歡迎。成果導向教育理念（outcome based education，簡稱OBE）是以學生學習成果為導向的、先進的教育理念，自20世紀80年代在美國誕生以來，逐漸成為國際工程教育改革的主流理念和風向標，受到了用人單位的認可[1，2]。OBE教育理念既可以應用于某一學科總體課程體系的設置，又可以應用于用來指導某一門具體課程的建設和授課模式的設計[3]。

分析化學是化學學科的重要分支，也是高校化學及相關專業（應用化學、化學工程與工藝、能源化工，環境工程、生物工程等）的專業基礎課;課程的實踐性與應用性強，在提升學生專業基礎素質和工程實踐能力方面有著至關重要的作用。調查顯示，目前的教學模式所培養的學生理論基礎較扎實，分析問題能力較強，但是實踐操控和工程設計能力突顯薄弱，難以達到用人單位的要求，導致企業對畢業生的期許度下降，影響了社會對高校畢業生的認可。2016年，我國成為《華盛頓協議》正式成員國，燕山大學是第一批教育部工程教育模式研究與實踐課題組試點高校之一。近些年，學校在工程教育方面進行了持續不斷的改革，取得了良好的效果。本項目基于 OBE 教學理念，借鑒國內和燕山大學在教學改革上的成果，從教學內容、教學方式、考核方式等方面對傳統“分析化學”的教學進行改革，旨在構建以學生能力培養為核心，以學生學習效果為導向，以課程培養目標達成度為評價依據的合理的“分析化學”教學體系，以激發大學生對科研的興趣，竭力培養學生的工程素質、實踐和創新能力。

1 分析化學教學現狀

分析化學課程以學習化學分析基本理論為主線，通過實踐讓學生掌握分析測試的基本方法和操作技能。教學質量及學習效果直接影響后續課程的學習、學生專業基礎素養和學生素質能力的培養。目前，高校的分析化學教學中存在著以下問題。

1） 課程知識點多、理論性強，學時有限，教學內容靈活性差，落后于學科的科技發展水平;

2） 教學以課堂講授為主，偏重于理論的講解與推導，學生課堂參與度和積極性不高，對實驗儀器和設備的操作練習不多，與生產實踐相關的實驗項目更少，重理論、輕實踐;針對實際問題只會照搬教材的方法，不能夠學為所用，缺少靈活性和創新性，不利于學生創新能力培養。

3） 教學考核的方法單一，主要是書面筆答方式，基本沒有實踐應用能力的考核，限制了對學生學習方法的引導和實踐能力的培養。

2 基于OBE理念的分析化學教學改革探索

創新是社會發展的第一動力，OBE教育理念中大學生的核心能力是創新能力和解決工程問題的能力[4-5]。分析化學課程教學目標就是通過對分析化學的基本原理的學習和分析方法的實踐，培養學生嚴謹的科學態度、嚴謹細致的工作作風、團隊協作能力以及分析和解決實際問題的工程能力。為此，項目組立足于分析化學的教學目標，基于OBE教育理念，如圖1所示，從《分析化學》的課程內容的設計、教學活動的實施和課程考核和評價標準等以下3個方面進行了課程的教學改革設計。

通過以上課程改革的實施，本項目組將《分析化學》課程建設成應用研討型課程，課程的教學內容及大綱以專業培養目標為依據，課程定位更加明確清晰，教學內容更加貼近工程實踐，教學形式和綜合評定機制更加靈活，教學活動更加切合學生實際需求，讓學生獲得高標準、高質量的學習成果，這為工程素質和創新能力的培養找到有效的載體支撐，提高了課程的適應性和應用性，達到課程創新實踐教育的教學目標。

2.1 明確教學目的，優化教學內容

分析化學是研究物質的組成、含量、結構和形態等化學信息的分析方法及理論的一門科學。但是，隨著教學體制的改革，分析化學的授課學時被壓縮，但作為專業基礎課，其理論教學的基礎性不能忽略。該課程教學目標和OBE 教學模式中注重學生的成果產出，以學生知識的學習、能力的培養和素質的提高為培養目標的理念是一致的。為此，教師要以能力為目標，以目標為導向，基于 OBE 理念的模塊化教學方式，將教學內容按照通識模塊、專業限選模塊和學生任選模塊3個模塊的形式進行合理配置和劃分，具體的教學內容改革如下表1所示。

通過以上教學內容的改革，項目組把原來的主要傳授知識轉變到為重點傳授思考問題和解決問題的方法上，培養學生創新意識，提高創新及實踐能力。同時，每年有計劃地更新相關教學內容和完善課件，將學科的最新研究成果滲透到教學中，進行持續有效地改進。

2.2 改革教學模式，改進教學方法

培養學生扎實的理論基礎、較強的動手實踐能力是分析化學課程的教學難點。目前，分析化學教學中采用的是灌輸式教學模式，教師是教學的主體，學生處于被動接受的學習狀態。若僅掌握了課程的知識點，所學理論知識和實際應用沒有聯系起來，就無法說對實踐能力和創新能力的培養。OBE教育理念是培養學生的創新意識和創新能力，其核心是“學生中心”“成果導向”和“持續改進”。課堂正是OBE理念實施最重要、最基礎的環節。為此，筆者結合OBE教育理念，改變教學模式，結合具體教學內容和學生特點，通過教師合理的課堂教學設計，靈活運用多種教學方法[6]，把學生在學習過程中的表現作為教育質量考核的重要指標，反饋到教學活動中，對培養目標、畢業要求、教學模式和教學方法實施持續有效地改進。為學生后續的專業課學習打下良好的基礎，引導學生主動構建自身的工程實踐知識和創新意識體系。

1） 角色互換和任務結合的教學法。學生本就是學習的主體，教師在教學過程中應起主導作用，引導學生去認識、發展、實踐和創新，是高等教育提高教學效果、培養高素質人才的必經之路。分析化學的研究內容又隨著學科的發展而變化的。因此，在教學時教師既要把握基本的分析化學原理，使學生獲得理論研究和實踐知識的基本能力，也要在課堂教學中有針對性的將新發展的分析理論和方法、科技成果和學術熱點引入教學中。例如，電化學工作站、氣相色譜、液相色譜、質譜及核磁共振波譜分析等相關內容，可以開闊學生的視野，培養學生獲取知識、更新知識的能力。

同時，教師依據學生學習基礎、將部分學習內容和教師的科研課題相結合，融入到課堂討論、學生課堂和課外報告等教學過程中。比如，教師給出金屬氧化物的形貌測試與電化學性能表征，有機物組分鑒定及催化活性表征等一系列科研任務。學生以小組為單位，根據興趣選擇科研內容后，首先通過網絡、圖書館查閱相關文獻，了解項目的科研動態和所涉及的分析儀器;然后根據參考文獻或教師提供的意見討論、設計實驗方案并進行實驗，對實驗結果進行測試和分析，最后展示實驗成果和進行匯報總結。表2為以苯脫硫實驗的設計及苯中微量噻吩的測定的科研任務為例進行的教學過程的設計和實施。通過教學改革，整個學習階段成為一次完整的科研實踐體驗，學與做融為一體。課程培養了學生查閱文獻、自主學習和論文寫作的能力。學生在實踐過程中會遇到某些困難，每個成員根據對所學知識的理解，闡述自己的觀點。在實驗結果表征階段，學生們會接觸到化學分析的相關儀器，使其在課程中認真聽講，學習相關的儀器原理、操作方法和作用，提高課堂的教學效果和學生學習的積極性。當遇到意見不統一時，進行必要討論和交流，從而達成一致意見，在學生課堂階段對實驗成果進行匯報講解，并回答老師和同學提出的問題，對其他小組課題按照打分要點（如講課思路是否清晰、重點難點把握等）進行打分評價，也培養了學生的團隊合作精神和公正、公平的科學素養。

學生在教改后的教學過程中能運用所學知識解決實驗中的難題，給自身帶來成就感，調動其學習的積極性，提高了自身的邏輯思維能力、分析問題、解決問題能力和創新能力。教師也通過在教學過程中與學生討論、交流的環節，發現學生學習中的薄弱環節，從而及時調整課程教學的內容，使理論與實踐相輔相成。

2） 板書、多媒體和仿真軟件結合法。分析化學課程具有知識點跨度大，理論和公式多，儀器設備使用和操作內容多等特點，傳統授課模式（“黑板+粉筆”）不能適應課程的特點和教學目標的要求。我國著名教育專家南國農先生的基本觀點是“把傳統學習方式的優勢和數字化學習的優勢結合起來，使兩者優勢互補，才能獲得最佳的學習效果”。為此，教師將多媒體課件、視頻和仿真軟件引入到教學過程中，通過文本、圖像、視頻、動畫和仿真模擬等多種信息形式將課程的知識要點和儀器操作規范直觀且生動地展現出來。例如，電子天平的使用、移液管、容量瓶、滴定管等玻璃儀器的使用和校準等，這對操作手法、步驟都有嚴格的要求;學生在課堂上很難對其完全掌握，通過課后反復觀看錄制的標準操作視頻，可以更快地掌握實驗的操作方法，并且操作規范化。

課程通過多媒體和仿真軟件的利用，可以有針對性、目的性地幫助學生規范化操作，解決學校實驗條件差、儀器設備不足、實驗室有限的問題。同時，拓寬了實驗的范圍，增強了學生的學習興趣。例如，對于滴定終點的判定這一教學內容，首先通過視頻展示出其滴定變色的全過程和終點顏色;然后利用制作的仿真軟件讓學生練習滴定的操作，對操作過程和滴定終點的判斷給出形象生動的展示和評分，從而加深對實驗的理解，提高了學習效率，達到學習知識、掌握技能、培養實踐能力的目的。但是不能一味地利用多媒體和仿真軟件，并對其產生依賴，使教學過程模式化。因此，需要精心設計好教學路線，針對一些定律和公式推導，以板書教學為主，加深學生記憶。把板書、多媒體和軟件三者有針對性地結合、利用，使課堂教學嚴謹、有序地進行，提高課堂的利用效率，有更多時間來進行與學生互動環節的教學。

3） 實驗教學強化法。分析化學是一門實踐性較強的學科，也被稱為“實驗的科學”。實驗教學不僅能加強學生對相關理論知識的理解，培養學生觀察、發現、分析和解決問題的能力，也能培養學生創新和實踐能力。為此，筆者整合現有的實驗教學設備和分析儀器等資源，將實驗教學劃分為基礎性實驗、開放性實驗和研究性實驗3部分。如圖2所示，課程要在基礎性試驗中注重對學生實驗操作技能的訓練和考核，強化學生的動手能力，培養學生良好的科學素質，為學生繼續深造和就業打下了堅實的基礎。在開放性實驗和研究性實驗中，學校與學院結合科研和生產實際，優化設計相關實驗內容和操作，創新、創業及科技競賽等項目相結合，著重培養學生的科研素質和實踐創新能力。

例如，在“測定天然水體中水的總硬度”的基礎性實驗中，教師以任務為導向，先明確實驗的目的、要求和實驗的儀器及設備，然后對試樣的采集、溶液的配置和滴定的實際應用等內容進行講解，使學生掌握經典的定量分析的方法，適時地提出問題以啟發學生思考，讓學生帶著問題做實驗，通過觀察實驗現象回答這些問題，最后通過實驗教學視頻對實驗基本操作步驟和細節、實驗儀器設備的操作規范、樣品處理前后的形態進行生動形象的展示，使學生明確“量”“誤差”“準確度”等概念，操作規范化、準確化。水樣硬度的測定方案的討論、設計、實際操作、實驗現象的記錄和數據處理等，均由學生小組自行獨立地完成，教師對學生的實驗方案、實驗操作和實驗安全方面加以指導和記錄，把實驗操作熟練及準確的程度作為實驗成績的重要組成，當實驗中出現實驗現象與預期不一致時，引導學生運用課堂上所學的知識分析，通過相互討論發現和解決問題，而不是由教師直接給出答案，使學生自覺地提高對實驗內容的重視，培養學生分析解決問題的能力，培養實事求是的科學態度，達到實驗教學的目的。

校企合作及企業的參與是實現工程教育模式更有效的途徑，可以實現專業實踐與科學研究、工程實際及社會應用的有機結合，而且對教師的工程素質的提高有很大幫助。為此，學院推進與秦皇島開發區質量技術監督局、秦皇島市環保局等單位進行校企共建平臺建設，加大企業參與高校人才培養的步伐，并由企業工程技術人員和校內教師共同指導學生來完成項目案例，保障實踐教學的實施。

2.3 優化考核方式，考察實踐能力

目前，分析化學的考核采取考試成績（期末考試占80%～85%）和平時成績（考勤和課堂作業，占15%～20%）相結合的評定方式。考核過程中，平時成績的評定沒有準確的量化標準和具體要求，受教師主觀因素影響較大;期末考試成績占考核比重較大，主要通過選擇題、填空題、判斷題、簡答題和計算題等類型的試題進行考試評定，更多地注重考察學生對理論知識的記憶和理解能力。因此，這種考核方式不能客觀地評價學生的學習效果。

為此，在新的教學模式下，教師根據學生的專業特色和培養目標，注重檢驗學生學習過程和解決問題的實踐能力，將考核方式進行多元優化設置。首先，提高了平時成績的所占比例（40%～50%），主要包括課堂出勤、課堂討論、學習報告、學生講堂、實驗考核等內容;平時成績由學生自評、學生他評和教師評價3部分組成。考核既要給學生自主權，使學生重視自學能力的培養;又存在互相競爭，促進學生了解到不同課題的內容，培養學生對待事物公正、公平的態度。教師評價部分重點考核學生在學習過程中獨立思考，創新性思維方法的能力。其次，期末考試（占總成績50%～60%）注重學生實踐能力的考核，減少理論知識記憶能力考察部分選擇題、填空題、判斷題、計算題等類型客觀題的比重，更多地以思考題的方式設計一些開放性試題和案例。例如，如何選擇恰當的分析方法檢測物質的成分等，答案多種樣式，關鍵是考察學生對所學知識綜合運用、自主創新和解決問題的能力。

為此，教師對應用化學專業3個班87名學生教學改革前、后的試卷和學習成績進行了分析，學生學習成績的分數段分布如圖3所示。

從圖3中可以看出，課程改革后，班級學生的優秀率（80 分以上）明顯優于課程改革前的班級，改革之后低分數段的比例顯著減少;學生的平均成績由課改前的68.6分提升到課改后的78.75分，成績提升明顯。同時，考慮到由于處在教學改革的初期階段，考題內容中涉及實際工程能力的考題比例不大。隨著OBE教學理念的深入，今后涉及復雜工程問題的考題會越來越多，學生的實踐能力方面考核的更多，學生的成績也會越來越好。由此可見，多元化的考核方式更加科學與合理，避免了考試作弊現象的出現，以及 “重理論、輕實踐”的不良后果，激發了學生學習和參與科研過程的積極性，培養了他們的探索精神與實踐能力。

2.4 跟蹤課程評價，持續實踐改進

OBE 教育理念還注重持續改進方面，為此項目組參考相關文獻設計了學生對于課程教學模式的滿意度評價調查表，在課程結束后對學生進行問卷調查，及時獲得學生對于教學改革的反饋，為以后的持續改進提供基礎信息和依據。課程結束后，筆者統計了87名同學對課程教學效果的評價，并對回收的80份有效表格進行了統計，其調查和統計結果如下表3所示。

統計結果表明，學生對課程教學模式的滿意度分數為85.4+12.16=97.3分，說明學生對課程教學模式的滿意度很高。從其他評價項目的評分結果可知，學生普遍認為在此種教學模式中，學生與教師的互動性和主動參與度明顯提高，學生對于知識和理論的掌握度、考核方式的滿意度都很高，工程職業技能、科研和創新能力得到提高，但在學生自主學習和團隊協作方面還有提高發展的空間。

分析化學教學團隊根據教學改革的過程和評價進行教學反思，認為有以下方面有待改進：首先， OBE教學模式下要求教師對教材、教學內容極其熟悉，掌握大量與教學內容有關的實例，這就要求任課教師積極準備，熱情投入，認真備課，查閱大量的文獻資料，做好案例問題設計等教學內容，提高自身的工程素質，同時需要做好團隊任課教師的培養工作，使教學改革能夠持續有效地進行;其次，在充分利用多媒體輔助教學的基礎上，可以利用利用互聯網和手機軟件等平臺，與學生進一步溝通，從而對學生現有的基礎水平、學習目標和心態等問題進行廣泛的交流和討論，并及時反饋到教學過程中;第三，解決教改實施過程中發現一些問題，如個別學生的主動性不夠強，需要教師與同學的提醒，部分學生雖然已漸漸養成主動思考問題的習慣，并對分析化學課程和實驗產生興趣，但還不習慣從實際應用的角度去思考、解決問題，需要在教學過程中有意識地加以引導;最后，由于只是教學改革初探，一些嘗試的力度還不夠，教師需要繼續貫徹執行 OBE 教育理念，在實踐中進一步探索符合 OBE 理念的教學過程管理、考核方式、學生評價和教學評估方式，并進行持續改進，只有這樣才能形成科學、合理、系統的教學模式。

3 結束語

綜上所述，結合OBE教育理念，項目組通過對分析化學的教學改革實踐，形成了一套由理論教學和實驗教學相結合、課內學習和課外項目相輔助，具有結構合理、形式多樣考評方式的多層次的教學體系，顯著地提高了課程的教學質量，學生變被動學習為主動學習，從課堂之上拓展到課堂之外，激發了學習與科研的積極性，提高了主動學習能力、團隊協作能力、分析解決問題能力和創新能力，為后續專業課學習打下了良好的基礎。分析化學課程教學改革的實踐性嘗試，為進一步深化學校本科教學與后續專業的改革、相關專業的工程教育認證，總結了經驗，提供了借鑒。今后教師將繼續探索，深刻理解OBE的能力培養理念，持續改進，堅持實踐，發揮分析化學課程在培養應用型人才中的作用，滿足社會的人才發展需求。

參考文獻

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OBE-based teaching reform and practice of analytical chemistry course

Hou Li，Jiang Yang，Xie Dan-yang，Gao Li-hua

（College of Environment and Chemical Engineering，Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004， China）

Abstract

Analytical chemistry is a basic professional course for chemistry majors.To develop students′ engineering practice and innovation ability， this work explores and practices the teaching reform of analytical chemistry from the aspects of teaching contents， teaching methods and assessment mechanism based on OBE concept， professional training targets， graduation requirements and curriculum characteristics.Research shows that the teaching reform of analytical chemistry courese improves the teaching quality and student′s study enthusiasm， and cultivates students' ability of initial study， communication and collaboration， problem solving and practice innovation. All these provide useful experience for the subsequent reform of professional courses and engineering education accreditation of related majors.

Keywords

analytical chemistry; engineering education; OBE; teaching reform