基于OBE 理念的物理化學實驗教學探索和實踐

陳書鴻 張麗瑩 蔣德敏

(重慶三峽學院環境與化學工程學院，重慶 404020)

0 引言

OBE 是英文Outcome-based Education (成果導向教育)的簡寫，是一種以學生的學習成果為導向的教育理念，認為教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果[1,2]。OBE 理念的教學原則是“反向設計、正向實施”，以“定義預期學習產出—實現預期學習產出—評估學習產出”持續改進的閉環為教學主線[2,3]。美國工程與技術教育認證協會(ABET)全面接受了OBE 的理念，并將其貫穿于工程教育認證標準的始終[2]。我國工程教育專業認證協會頒布的《工程教育認證標準(2014)》也充分體現了OBE 理念[2]。OBE 教育理念是當前國際工程教育領域的航標，也是我國新工科實踐教學改革的參考指南[4-7]。

物理化學實驗是化學化工類專業的一門重要基礎化學實驗課程，既是培養學生基本技能和綜合能力的重要教學環節之一，也是提高學生發現、分析、解決問題能力和創新意識的重要手段之一[8]。在工程教育認證標準中，物理化學實驗是“畢業要求3.4—研究”的重要支撐點之一。然而傳統的物理化學實驗教學存在幾方面的不足[9-11]：

(1)教學理念較為落后，沒有體現“學生中心”。

(2)課程目標是基于課程導向的，不是基于能力導向的。

(3)教學模式單一，主要采用灌輸式。

(4)實驗項目大都是驗證性的，缺乏創新性和綜合性。傳統的物理化學實驗教學不能滿足工程教育認證要求，不利于培養高素質工程人才，因此在工程教育認證和新工科建設背景下，物理化學實驗課程的教學改革迫在眉睫。

普遍認為基于OBE 理念進行教學改革被認為是最佳的途徑[5-7]，實施OBE 教學模式能夠取得較好的教學成效[11-13]。為培養高素質的應用型化學工程人才，適應工程教育認證的要求，本文結合我校化工專業的實際情況，基于OBE 理念對物理化學實驗課程從“課程目標、教學內容、教學模式”等幾方面作了改革探索和實踐。

1 基于OBE理念的教學改革探索和實踐

根據OBE 理念的“反向設計，正向實施”原則，每一門課程首先要根據畢業要求明確課程目標(即預期學習成果)，其次根據課程目標確定教學內容(或知識點)，然后選擇適當的教學策略和教學方法完成教學活動，最后進行考核評價和課程目標達成度評價[2]。下文分別從課程目標、教學內容、教學模式等三個方面進行闡述。

1.1 基于OBE理念的課程目標

本校化學工程與工藝專業將“畢業要求4”進一步細化為：

(1)能夠基于化學化工原理，通過文獻研究或相關方法，調研和分析復雜化學工程問題的解決方案。

(2)能夠根據對象特征，選擇研究路線，設計實驗方案。

(3)能夠根據實驗方案構建實驗系統，安全地開展實驗，正確地采集實驗數據。

(4)能對實驗結果進行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結論。

對應畢業要求的4 個指標點，將物理化學實驗的課程目標確定為：

(1)根據實驗任務和指導書，熟練規范操作儀器設備，準確測量客觀記錄溫度、壓力、體積、質量、折光率、電導率、電動勢、旋光度、時間等物理量，運用物理化學基本原理計算物化參數，解釋化學現象，撰寫完整規范的實驗報告。

(2)運用實驗數據的歸納方法和誤差分析方法，使用EXCEL、ORIGIN 軟件處理實驗數據，用圖、表等方式表達數據的規律性，理論聯系實際解釋化學規律。

(3)根據實驗任務，小組成員協同合作，分析變量關系，明確實驗目標；運用物理化學實驗基本原理和基本方法(技術)，選擇適當的儀器設備，設計完整的實驗流程和可行的實驗方案；通過試驗得到可靠的實驗結果，綜合分析得出結論，撰寫總結報告。

課程目標與畢業要求指標點的關聯度矩陣見表1，從表1可以看出，本課程目標很好地支撐了畢業要求指標點，由于物理化學不直接面向工程應用并且限于本專業生源及教學條件，對指標點4-1 的支撐強度一般。本文確定的課程目標具有較高的可操作性和可觀測性，有利于學生清楚學習目標和進行自我評價，也有利于教師評估目標是否達成。在教學過程中，借鑒文獻的做法[14]，按照“知識目標、基本能力目標、高級能力目標”三種類型將課程目標進一步細化；并且針對每一次實驗教學活動，都設定了預期學習成果(限于幅面，不再列出)。

表1 課程目標與畢業要求指標點的關聯度矩陣

1.2 基于OBE理念的教學內容設計

圍繞課程教學目標，基于OBE 理念反向設計教學內容，需要明確各知識點對于實現預期課程教學目標的貢獻及程度[2,15]。根據實驗課程特點，將知識點分為實驗講座、基礎型實驗、綜合型實驗、設計型實驗。各知識點與課程目標的關聯度矩陣見表2，從表2 看出，綜合型、設計型實驗對課程目標的支撐強度高。因此在滿足經典傳承的基礎上，加大了綜合型、設計型實驗的比例，一方面將部分基礎型實驗改造為綜合型實驗，另一方面新增一些綜合設計型實驗，綜合型設計型實驗項目列于表3。

表2 知識點與課程目標的關聯度矩陣

表3 綜合設計型實驗項目

在實驗教學中，課時分配大致為：實驗講座占5%，基礎型實驗占40%，綜合型實驗占35%，設計型實驗占20%。通過綜合型設計型實驗教學，有利于鞏固學生的基本知識，鍛煉實驗操作動手能力，培養學生綜合應用能力和創新能力。

1.3 基于OBE理念的教學模式

OBE 理念強調教育的靈活性，在產出目標明確的基礎上，不拘泥于特定的指導方法[5]。本課程從前幾年起，實施以培養問題解決能力為核心的“PMPR 實驗教學模式”，這種教學模式主要在于教學觀念和思路的改變，并不排斥其他教學法，在教學過程中可以根據需要采用啟發式、討論式、探究式等教學法[10]。基于OBE 理念，聚焦預期學習成果，本文進一步優化了“PMPR實驗教學模式”。下面將“優化的內容”作簡要介紹。

課前預習是實驗教學的重要環節，為了促使學生自主學習，主動思考問題，優化了實驗任務書。在原有基礎上增加了：

(1)在實驗任務書中給出了明確的“預期學習成果”，這是課程目標在某次實驗教學活動中的具體化，使學生能夠清楚在本次教學活動中將要學會什么。

(2)根據相應的實驗步驟，提取關鍵詞，用方框圖畫出實驗操作流程。

(3)將實驗操作的視頻發給學生提前學習，讓學生初步了解實驗操作的重要步驟。

“課中”是實驗教學的重要過程，一般分為兩個環節：一是講解演示和討論；二是學生動手操作，教師巡視指導。OBE 理念要求課堂教學實現“兩個轉變”，一是從灌輸課堂向對話課堂轉變，二是從知識課堂向能力課堂轉變[4,16]。因此按照PMPR 教學思路，創設問題情境，靈活運用“啟發式、討論式、探究式”等教學方法；引導學生分析實驗問題，比較實驗方法，并對一些問題進行深入討論。如果是設計型實驗，則增加一個環節：學生講解實驗方案，老師和其他同學點評。

通過PMPR 實驗教學模式的實施，增強了學生的實踐動手能力和綜合應用能力，提高了學生發現、分析、解決問題的能力和創新能力。

2 結語

遵循“反向設計，正向實施”的原則，本文確定了三條操作性和觀測性較強的課程目標，構建了綜合型設計型實驗項目占55%的內容體系，采用了“PMPR”實驗教學模式。通過改革探索和實踐，取得了較好的成效：一是轉變了教學理念，體現了“以學生為中心”和“能力本位”；二是克服了傳統教學模式的一些缺陷；三是明顯增強了學生的實踐能力和綜合應用能力，提高了學生發現、分析、解決問題能力和創新能力。

由于教學條件等原因，還存在著一些不足：一是沒有充分利用現代化的教育技術，以后應當在SPOC 方面加強；二是受傳統教學的影響，還不能完全貫徹OBE 理念，還需要在以后的教學中繼續改進。