OBE理念下工科專業(yè)的分析化學實驗教學改革*

王 芬

(泰山學院化學化工學院，山東 泰安 271021)

2013年6月，我國被接納為《華盛頓協(xié)議》簽約成員，標志著我國也正式開始在新工科教育系統(tǒng)中開展工程教育認證[1]。成果導向教育(Outcome based education，簡稱OBE)，是強調(diào)以“學習成果”為導向，以“學生”作為教學中心，并進行持續(xù)性改進的一種先進的教育理念[2]。目前，我國已有多所高校在工科教育體系中采納了OBE教育理念。其中，北京理工大學將OBE理念應用于高校工程教育改革取得了很大成功，截至2017年北京理工大學已有化學工程與工藝、機械工程、材料科學與工程等共計13個專業(yè)通過中國工程教育認證。因此，在OBE理念下對分析化學實驗教學進行改革，可以全面培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，對高校的工程教育認證工作將會起到有力的推動作用。

對于化學工程與工藝等工科專業(yè)的同學來說，分析化學實驗課程是必修的基礎(chǔ)實踐課程之一，課程主要涉及化學分析法在工業(yè)分析、藥物分析等領(lǐng)域的應用。通過這門課程的學習，學生可以掌握基本的實驗操作規(guī)范、實驗數(shù)據(jù)的科學處理方法以及化學分析法在生產(chǎn)實踐中的應用。這門課程在大一下學期開設(shè)，是化工等工科專業(yè)最先學習的基礎(chǔ)實驗課程之一，因為這個階段的學生學習可塑性強，可以為后續(xù)化工原理實驗、化學反應工程實驗等專業(yè)實驗課程的學習奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 工科專業(yè)分析化學實驗課程的教學現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的工科教育體系下，課程設(shè)置單純以傳授學科基礎(chǔ)知識為主要任務(wù)，實驗課程單純講解實驗內(nèi)容并且演示儀器的正確使用方法。在這樣傳統(tǒng)的教學過程中，學生的主體地位被忽略，學習積極性被抹殺，通常是照搬實驗步驟，解決問題能力差。另外，還存在實驗課時被壓縮，教學內(nèi)容更新慢，考核方式單純使用筆試等問題。傳統(tǒng)工程教育模式不能有效的培養(yǎng)學生的實踐能力，以致于學生畢業(yè)后具備的專業(yè)知識和技能與化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求存在一定的差距。因此，在這個背景下借鑒OBE理念，通過一系列的實驗教學改革，可以全面培養(yǎng)學生的“分析化學實驗”能力，從而為化工企業(yè)提供“應用復合型人才”。

2 基于OBE理念的分析化學實驗教學改革的措施

2.1 準確定位培養(yǎng)目標，修改教學大綱

作為山東省首批應用型大學建設(shè)對象，學校十分重視工科專業(yè)的工程教育認證工作，組織各二級學院對工科專業(yè)的培養(yǎng)方案進行了修訂。學院也積極引導化工專業(yè)課程在OBE 教學理念指導下進行必要的教學改革。OBE教學理念強調(diào)的是“反向”設(shè)計的原則，即根據(jù)需求制定培養(yǎng)目標，而培養(yǎng)目標是制定畢業(yè)要求的依據(jù)，畢業(yè)要求又決定了教學內(nèi)容[3]。修訂后化學工程與工藝專業(yè)的人才培養(yǎng)方案里專業(yè)畢業(yè)要求有12個，涉及到工程知識、設(shè)計(開發(fā))解決方案、職業(yè)規(guī)范等方面的內(nèi)容。因此，我們依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案對教學大綱進行了修訂，在原有大綱的基礎(chǔ)上，將畢業(yè)要求植入教學大綱，每個實驗都對應一定的課程目標和畢業(yè)要求。這樣老師對每個實驗內(nèi)容對應的畢業(yè)目標了如指掌，可以圍繞畢業(yè)要求展開教學活動。另外學生學習起來也會目標更加清楚，可以有的放矢的進行學習和訓練。

2.2 更新教學內(nèi)容

傳統(tǒng)工科教育存在的問題是以學科為導向，知識內(nèi)容更新慢，實踐訓練機會少，導致專業(yè)課程與人才需求脫節(jié)[4]。OBE教學理念以學生“學習成果”為導向，根據(jù)預期達到的學習成果進行教學內(nèi)容的設(shè)計，能夠滿足化工企業(yè)對專業(yè)人才的需求，可以培養(yǎng)出具備化學工程、化學工藝方面的基本理論、基本技能，能在化工、環(huán)保、醫(yī)藥等領(lǐng)域從事工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)管理和科學研究等工作的高素質(zhì) “應用復合型人才”。因此，我們利用“反向設(shè)計、正向?qū)嵤痹瓌t對實驗內(nèi)容進行了優(yōu)化和更新，把實驗內(nèi)容分為不同模塊：“基礎(chǔ)性實驗”、“綜合性實驗”和“設(shè)計性實驗”。改革后，基礎(chǔ)實驗占20%，綜合性實驗和設(shè)計性實驗占80%。基礎(chǔ)性實驗主要培養(yǎng)學生基本的分析化學實驗操作規(guī)范以及實驗室安全意識。綜合性實驗重點訓練學生分析解決問題的能力，這些能力是他們在專業(yè)實踐課程學習中不可缺少的，可以鍛煉學生在化工生產(chǎn)崗位或科研崗位上的工作能力。設(shè)計性實驗是我們改革后新增加的內(nèi)容，包括兩個實驗“混合物中磷酸鹽各組分濃度的測定”和“胃舒平藥片中鋁和鎂含量的測定”。設(shè)計性實驗需要學生查找有關(guān)資料，正確提取資料信息，結(jié)合分析化學基礎(chǔ)知識設(shè)計出切實可行的實驗方案。設(shè)計性實驗是OBE教學理念應用于實驗教學的一種重要的實施策略，能有效地訓練學生的綜合信息能力、設(shè)計開發(fā)能力、組織策劃能力等高階能力。

借鑒OBE教學理念，我們對教學過程進行了精心的設(shè)計，每個實驗我們都從以下四個方面來組織設(shè)計，以下面具體實驗為例(見表1)，可以清楚的呈現(xiàn)出OBE教學理念成果導向設(shè)計的精髓和要點。

表1 OBE理念在實驗項目設(shè)計中的應用

2.3 重視學生主體地位，改進教學方法

OBE教學理念的核心思想是以學生為中心，因此在教學設(shè)計和教學實施過程中我們把學生放在首要位置，采用了多種教學方法。

2.3.1 引入 “翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式

實驗課堂中采用傳統(tǒng)的教學模式存在很多弊端，學生的主體地位得不到體現(xiàn)。因此，我們引入“翻轉(zhuǎn)課堂”這種先進的教學模式，以學生為中心來組織課程內(nèi)容，有利于學生工程實踐能力的培養(yǎng)[5]。在設(shè)計性實驗教學過程中我們嘗試使用了這種教學模式。在實施策略方面進行了不斷的完善和改進，具體過程：布置實驗任務(wù)→學生查閱資料→設(shè)計實驗方案→小組討論→學生發(fā)言→學生實驗→記錄實驗數(shù)據(jù)→撰寫實驗報告→教師評價。改革后取得了良好的教學效果，在充分調(diào)動學生積極性基礎(chǔ)上，學生能夠獲得到利用專業(yè)知識解決問題的成功感，能夠切實體會到分析化學理論知識對實踐環(huán)節(jié)的指導作用，同時培養(yǎng)了學生的專業(yè)責任感和自豪感。這正是OBE理念所倡導的，學習成果不是學生記住了多少公式和定義，而是學生通過親身經(jīng)歷獲得的能力、經(jīng)驗和價值觀等。

2.3.2 采用多媒體輔助教學

OBE教學理念強調(diào)學生個性學習，不要求每個同學保持相同的學習進度和學習能力。因此我們考慮到不同程度學生的學習情況，提供了多種教學資源以供學生按照自己的學習特點進行學習。

由于課堂時間有限，我們發(fā)現(xiàn)在給學生演示儀器基本操作時，有的同學掌握不牢固，因此我們錄制了實驗基本操作的微視頻，還給學生提供了仿真實驗平臺。這樣可以幫助學生利用課下時間熟悉操作技能并進行重點學習，極大地提高了實驗效率。

現(xiàn)在學生對網(wǎng)絡(luò)和計算機的使用比較普遍，但是在教學過程中我們卻發(fā)現(xiàn)他們對常用的化學軟件和數(shù)據(jù)處理軟件了解很少。相反，對于新工科背景下的工科專業(yè)來說，絕大多數(shù)同學在真正進入企業(yè)或科研崗位時都要掌握相應的計算機軟件。而且每次實驗報告學生都要計算“誤差”和“偏差”等，計算公式復雜，學生反映學習起來比較枯燥。因此，我們向?qū)W生介紹了excel和 origin軟件在處理數(shù)據(jù)中的應用，培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代化計算機軟件解決實際問題的實踐能力。

2.3.3 采用“問題引領(lǐng)式”教學方法

工程教育認證標準對畢業(yè)要求的制定覆蓋了工程知識、工程實踐能力和職業(yè)規(guī)范等方面的內(nèi)容。其中對工科專業(yè)畢業(yè)生能力的要求內(nèi)容比較多，包括問題分析能力、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究能力等。實踐課程與理論課程相比，需要學生充分發(fā)揮主體作用，通過查找資料、思考問題、動手操作、分析總結(jié)等活動完成相應的學習任務(wù)。在分析化學實驗的教學中適合采取“問題引領(lǐng)式教學方法”來培養(yǎng)學生科學的思維能力和實踐能力。首先，我們把實驗過程分成了三個階段：實驗預習階段、實驗進行階段和實驗總結(jié)階段。在這三個階段中可以通過設(shè)置科學常識問題、專業(yè)知識問題、實驗操作問題以及實驗結(jié)果評價等問題，引導學生采取一定的策略加以解決，并把過程內(nèi)化為自己能力的一部分。例如，在實驗“不同水體中硬度的測定”這個實驗中，我們就采用了這種教學方法，教學設(shè)計見表2。

表2 “問題引領(lǐng)式教學方法”的教學設(shè)計

2.3.4 多途徑培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新意識

為了培養(yǎng)合格的化工專業(yè)性人才，必須全力提高學生的工程實踐能力。因此，我們積極引導學生參加“大學生科技創(chuàng)新項目”，并多次指導學生參加“山東省實驗技能大賽”。學院與多家公司簽約實習基地，積極引導學生參加化工實習，通過實習學生對化工企業(yè)的一線生產(chǎn)過程及工藝流程有了更深入的了解，從而調(diào)動了學生學習專業(yè)知識的積極性，不但提高了學生的工程實踐能力，而且更好的培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)。學院還定期邀請企業(yè)工作人員及優(yōu)秀畢業(yè)生給同學們進行講座，有助于學生進一步了解化工企業(yè)的生產(chǎn)特點、工作性質(zhì)，從而更好的為自己的未來發(fā)展做出一個準確的定位和規(guī)劃。

2.4 完善課程評價，優(yōu)化考核方式

目前，分析化學實驗課程綜合成績由兩部分組成，即“平時成績”和“期末成績”構(gòu)成。傳統(tǒng)的教學模式下，“平時成績僅”包括實驗報告成績和出勤率。基于OBE教學理念，要采用多元化的課程評價方式，因此我們豐富了“平時成績”的構(gòu)成，涉及到實驗報告、出勤率、討論和設(shè)計型實驗成績。為了更真實客觀的評定學生的實踐能力，期末考試用實驗操作考試替代原來的筆試。操作考試實行單人獨立操作，根據(jù)課程培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，我們制定了詳細的評價指標，從實驗技能、解決問題能力、科學態(tài)度等方面進行綜合評價。從近兩年的考試成績可以看到及格率和優(yōu)秀率都得到了提高。

3 結(jié) 語

以O(shè)BE理念為基礎(chǔ)，以“學習成果”為導向，以“學生”為中心，通過對“分析化學實驗”課程的改革，學生分析化學實驗能力得到了明顯提高，為學生工程實踐能力的培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)，為化工專業(yè)其他實驗課程的改革提供了經(jīng)驗，從而為工程教育認證的順利進行提供了保證。