OBE理念下的應用型本科高校中化工原理課程教學改革與實施

焦連升　馬闖　劉金玉　王蕾　金銅音

摘 ?要：應用型本科高校中，以OBE教育理念為指導的課程建設和改革可以促進工程技術人才的培養，提高應用型人才培養質量。文章探討了OBE理念下的應用型本科高校中化工原理課程的教學改革與實施，擬為學校其他課程教學改革提供參考和借鑒。

關鍵詞：OBE;應用型;化工原理;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）07-0007-06

Abstract： Curriculum reform based on the OBE idea in application-oriented college can greatly promote training of engineering talents and improve quality of applied undergraduates cultivation. Reform and implementation of Principles of Chemical Engineering based on OBE theory are reviewed in this paper to give beneficial and useful reference for reform of other curriculums in colleges.

Keywords： OBE; application-oriented; Principles of Chemical Engineering; teaching reform

通過高等工程教育培養各類工程技術人才是促進國民經濟發展的重要手段。當前，國際高等教育發展的主題是“質量”。為此，哈佛、斯坦福、麻省理工等國際超一流大學紛紛回歸本科教育，其中成果導向的OBE（Outcome-based Education）模式已廣泛采用。美國是最早在高等教育中提倡和實施OBE的國家， OBE理念關注的是學生的結果，包括學習成果和教育成果。通過學校教育， 學生畢業時獲得了什么樣的學習成果， 這對于學生未來五年在社會中謀求發展所能達到的教育成果有什么幫助[1]。加拿大職業教育為了彌補基于能力的教學模式的缺陷，也把OBE理念引入到職業教育之中[2]。南非為了創造一種面向學習成就的整合的國家體制，在借鑒歐美發達國家課程組織模式的基礎上也將OBE課程模式納入到了國家認證體制中[3]。在國內，也有很多學者和老師紛紛把

OBE教學模式應用在其課程教學中[4-7]，取得了很好的效果。

“應用型”是隨我國高等教育及經濟社會的發展到一定階段而提出的與時俱進的教育理念。改革開放以來，我國高等教育已經獲得了長足發展。到2018年，從全國高等教育毛入學率（48.1%）來看，我國已經進入了高等教育大眾化階段，即將進入高等教育普及化階段。經濟社會的高速發展對人才的需求狀況也發生了根本變化，行業和產業也需要培養高素質的應用型人才來適應發展和進步的需要，需要高素質的應用型人才進行高科技成果的應用與轉化。黨和政府也適時制定了有關政策和規劃，明確鼓勵一些省屬新建普通本科高校向應用型轉變。“應用型”是在新的高等教育形勢下，培養具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才，其核心是能力的培養。如果簡單的把應用型認同為職業教育，只注重崗位單項技能培養及崗位顯性知識的學習，其知識缺乏系統性、技能缺乏全面性和綜合性，學生的發展潛力將受到極大的限制，學生進入多變的實際工作崗位時靈活性差。

河北民族師范學院是河北省首批應用型轉型試點高校之一，也是教育部學校規劃建設發展中心首批全國五所“產教融合創新實驗項目”基地學校。為了探討應用型本科高校人才培養質量，特別是工程技術人才的培養質量進一步提高的有效途徑，我們把成果導向的OBE理念引入到《化工原理》專業課程建設改革之中，以期為河北民族師范學院其他課程教學改革提供借鑒。

一、OBE教學理念概述

OBE（outcome-based education）是一種新型的教育理念，教育系統的每一個組成都圍繞學習的目標和成果，每個學生畢業時都應該達到學習目標。OBE教學理念已經在世界范圍內得到普遍認可，20世紀90年代早期澳大利亞和南非[8]，美國1994年[9]就有了OBE計劃，并在以后多年一直使用。2012年歐盟提出教育要聚焦學習成果并在成員國中推廣。世界上最具影響力的本科工程學位互認協議是創立于1989年的《華盛頓協議》，該協議就全面接受了OBE的理念。2013年我國被接納為《華盛頓協議》預備成員，2016年6月2日成為正式會員。自此，OBE理念在我國高校中流行開來。

OBE教育理念具有以下四大優點：

1. 目的清晰

每門課結束后應該獲得的知識和能力目標被清晰確定。學生清楚自己要學到什么，教師則清楚自己需要教授什么，并對課程進行反向設計以利于達到預期。

2. 教學方式靈活

OBE并不限定教學方法，教師可以根據學生的差異采用靈活多樣的教學和評價方式自由組織教學。OBE是以學生為中心進行的，教師的角色是引導和幫助學生逐步提高。

3. 參與度高

OBE的關鍵組成部分是學生的課堂參與，學生要對自己的學習負責。此外，學生家長和社會也要參與制定課程計劃，以利于學生從學校順利步入社會。

4. 學習成果具有參照性

學生的學習成果可以在不同學校間對照，學生可以在學校間相對容易的流動。企業也可以根據學生的學習成果決定是否適合自己公司的職位。

區別于以往僅靠分數來評價學生的學習效果，OBE理念強調的是學生取得的學習成果，即知識的運用能力。從這一點看，OBE的理念與我國培養應用型人才的新形勢以及我校的應用型人才培養定位是高度契合的。

二、化工原理專業課建設改革與實施

化工原理是化學工程與工藝、生物工程、環境生態專業學生的必修專業基礎課，是工程教育中聯接理論與實踐的橋梁和紐帶，在工程技術人才培養中發揮著重要作用。完整地講，化工原理課程包括三部分，即化工原理理論教學、化工原理課程設計和化工原理實驗。通過調研我們發現現行的化工原理教學存在著一定的問題，理論教學方面，教學大都局限于書本上的章節，教師按照順序介紹各種單元操作的原理及設備的計算，主要采用以知識驅動和滿堂灌為主的教學方法，忽略了知識點之間的關聯，也忽略了學生的主體作用;實驗教學方面，主要是老師先做實驗講解，之后學生機械地按操作步驟完成實驗，考核都是以實驗報告的完成情況為主，所以學生并不關心實驗數據是否有效可靠，實驗報告存在大量的抄襲現象，計算結果也存在諸多錯誤;課程設計由于采用小組為單位進行，設計過程缺乏有效的監管，導致每一組內都有部分學生沒有實施真正的設計而是參考其他同學的結果，這些都導致設計的質量不高，考核也主要是看學生提交的設計報告和圖紙，考核的形式單一且缺乏科學性。這導致學生的實際設計能力不強，不能適應現代社會對工程人才的需求。

為了提高應用型本科高校化工技術人才的培養質量，化工原理課程的教學改革勢在必行。針對以上存在的教學問題，我們借鑒了國內一流大學的教學經驗和成果，按照OBE的理念對化工原理課程的建設和改革進行了較為深入的探索。

（一）細化課程目標，落實教學任務

按照OBE理念和應用型人才培養要求，對化工原理理論、實驗和課程設計教學大綱中的教學目標進行細化，使之按照畢業要求指標點進行設計。將傳統的教學大綱中的教學目標內容進一步細化，轉變成基于OBE理念的與學生畢業要求相對應的條款，即細化到支撐畢業要求的哪一條，然后對課程的學習目標進行分解。具體的分解和對應情況列于表1、表2和表3。

（二）教學的組織和實施

如前所述，以往傳統的教學中，課堂是以教師為中心的，教師過于強調知識的傳授，忽略了學生的接受能力，導致學生失去學習興趣，課程的教學目標無法有效完成。所以說，傳統的教學模式已不能適應現在的大學生。按照OBE理念對課程學習目標的分解，便于我們組織教學的內容和任務，也便于我們探索有助于畢業要求達成的教學方法。針對學生的實際情況，我們在理論教學、實驗教學和課程設計三個方面都進行了改革。

1. 化工原理理論教學

以OBE的理念以及應用型人才培養目標為指導，結合化工原理課程的特點，我們創造性提出了Problems Based on Engineering Cases（PBEC）教學模式。PBEC教學模式，就是根據畢業要求來設計化工原理理論課程的學習目標，再選定合適的單元操作工程案例，然后從這些工程案例中分別提煉出知識點和工程問題。接下來的理論課教學都是圍繞這些工程案例，以提煉的知識點和工程基本問題展開的。完整的教學流程圖如圖1所示。

具體而言，任課教師首先根據課程的目標選擇一個合適的工程案例，從中提煉出所有的知識點和工程問題組成不同的任務，按照課程進度通過對分易平臺給學生布置這些任務，學生課下通過慕課和共享課等資源預習，再根據這些問題寫出預習筆記拍照上傳。教師在對分易平臺檢查學生提交的作業并匯總存在的問題，在下一次課堂上先組織學生討論，教師最后集中講解學生普遍存在的共性問題。課下學生根據課堂討論和教師的講解繼續整理案例筆記。課程結束后，所有學生還要完成另外一個作業案例。根據具體情況，對個別學有余力的學生，教師也會提供一個難度較高的提高案例。

2. 化工原理實驗教學

化工原理實驗可以加深學生對基本理論的理解，提高他們的動手能力。針對實驗教學中存在的問題，也進行了相應的改革。詳細流程如圖2所示。

教師首先發布實驗規程，然后學生分組預習實驗并寫出預習報告。實驗課上，首先由學生講述實驗，這樣學生對實驗的興趣和求知欲得到有效激發，學習的主動性也大大提高。同時根據情況讓學生自主設計實驗。我們也改革了實踐性環節的教學模式，學生通過實驗操作、儀器儀表的使用，對得到的實驗數據進行現場處理和分析繪圖，對原理進行驗證，并對實驗結果進行解釋，教師負責現場解惑答疑，促進了學生對基礎知識的回顧和掌握，真正達到了訓練學生運用化工原理理論知識的能力。我們也對實驗成績的評定方式做了進一步改進，成績的評定包括實驗預習講解、現場實際操作和實驗報告等多個方面。

3. 化工原理課程設計

化工原理課程設計是要求學生綜合運用化工原理的基礎理論，完成指定化工單元操作的設計任務，從而培養學生的化工設計能力。針對我校化工原理課程設計中存在的問題，我們改變以往小組完成同一設計任務的模式，按照乙醇水體系的進料濃度、塔頂和塔釜指標、處理量進行排列組合羅列出不同的設計任務，學生一人一題進行篩板塔或浮閥塔的設計。設計中遇到的問題，老師只負責引導和點評，其他均由學生自主解決。可以最大限度地調動學生的積極性，對培養學生解決問題的能力和創新思維有很重要的作用。我們也改革了考核方法，建立了如圖3所示的與課程目標、畢業要求相對接的課程考核評價體系。

采取了包括節點考核、設計文檔、小組互評、專項考核、個人答辯的“五步考核法”，節點考核和專項考核過程中，教師會根據學生的設計情況提出相應的問題并給出參考建議，以利于設計工作的順利正確開展。較之以前的考核方式，考核目標更加明確、考核內容更加全面，并且該考核方法的使用大大促進了畢業要求的有效達成，符合OBE以學生為中心和持續改進的教育理念。

（三）專業課建設改革與實施的初步效果

化工原理專業課建設改革與實施是以我校2016級和2017級化學工程與工藝專業本科生為受體展開的，根據OBE理念的“返回式設計”原則，我們對2015級、2016級和2017級化學工程與工藝本科生的化工原理1、2的期末卷面成績進行了比較，結果如圖4所示。從化工原理1的成績分布來看，15級的不及格率為46%，16級和17級分別降為39%和32%。60-70分段、70-80分段的學生比例都有大幅提升，但是16級和17級的高分率（80-100分段）不高，這與考試的題型變得比較靈活有關。由于有了化工原理1的學習經驗，化工原理2的成績普遍有所提高，但16級和17級學生的總體成績提升幅度更大。16級和17級學生的不及格率相比15級分別下降了4%和13%，60-70分段人數分別大幅下降11%和27%，70-80分段的學生比例也都有提升。值得可喜的是，高分段（80-100分段）人數比例增幅明顯，比15級分別提高了6%和35%。說明化工原理理論課教學的PBEC教學模式起到了重要作用，學生在教師的引導下完成工程案例的解決，有了成就感，也就有了學習的積極性，最終也就具備了把課程各知識點聯系并應用的能力，學生分析問題和解決相關問題的能力有了明顯的提高。

實驗教學增加了自主設計的環節，如干燥實驗最初設計的是用小米作為干燥物料的流化床技術，但發現小米易吸潮結塊并粉化，將流化床干燥改成了洞道干燥，這樣既提高了學生的操作能力，也提高了學生的工程應用能力。實驗成績的評定方式改革后，學生對實驗的各個環節都十分重視，提高了實驗教學的效果。三名學生代表我校首次參加2019年“東方仿真-歐倍爾”杯全國大學生化工實驗大賽就獲得了全國三等獎，在和其他院校的比賽中收獲了信心，這對學生后期的發展至關重要。

化工原理課程設計采用每人一題以及五步考核法后，學生的學習熱情和主動性明顯提高。節點考核使得學生明確知曉自己的階段設計任務，教師也掌握了設計開展的進度。小組互評即是由學生組成評價小組，根據教師制定的評價細則對自己設計內容互評打分，鍛煉了學生的溝通能力和規則意識。個人答辯環節的設立從根本上杜絕了設計過程中的抄襲現象，現場提問則可以有效考察學生對知識的掌握、設計的理解、思辨能力以及是否獨立完成了設計。教師針對不足之處提出意見，既可以擴大學生的知識面，也讓學生有了參與感和成就感。

三、結束語

我們設計并實施了基于OBE理念的化工原理教學改革，以學生為主體，提高了學生的學習積極性，改革和建設初見成效。但是化工原理教學改革是一項長期的課題，OBE理念的重要原則之一就是持續改進。我們將對學生預期成果的達成情況進行總結，分析教學內容、教學設計、教學實施、結果考核等方面是否存在問題，并提出相應的改進措施，從而使教學形成一個循環改進的閉合回路。

基于OBE理念的化工原理教學改革具有理論與實踐層面的雙重意義。在理論層面，重要的是可以澄清應用型與職業教育的區別。職業教育實際上是知識和技能應用的一種教學/培訓的模式，通過該模式，學生可擁有進人某個行業所必須的包括知識、技能、職業態度在內的特定能力。應用型本科重在“應用”二字，培養應用型人才，從教學體系建設體現“應用”二字，其核心環節是實踐教學。而在實踐層面，我校是在師范的基礎上新升格的地方本科院校，工程特點不明顯。通過對化工原理教學改革的研究，可以有效解決傳統教學中存在的一些與應用型人才要求不符的問題，改變傳統的以知識驅動為主的教學方法，以適應現代社會對創新工程人才培養的需求，從而提高學生解決復雜工程問題的能力和創新能力，對我校工科專業的轉型發展和專業認證起到一定的引領作用，同時對其他新建應用型本科院校的課程改革也提供較好的借鑒和參考，也符合建設新工科的總體要求。

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基金項目：河北省高等教育教學改革研究和新工科研究與實踐項目“OBE理念下的應用型本科高校《化工原理》專業課建設與實施研究”（編號：2017GJJG280，冀教高函〔2017〕74號）;河北民族師范學院教學改革項目“基于OBE理念的《化工原理課程設計》應用型課程改革的探索研究”（編號：JGYB201816）

作者簡介：焦連升（1970-），男，滿族，河北唐山人，博士，副教授，研究方向：電化學儲能和化工原理的教學。