基于OBE理念的《化學軟件應用》課程教學改革初探*

米宏偉

(深圳大學化學與環境工程學院，廣東 深圳 518071)

1 《化學軟件應用》課程教學現狀

《化學軟件應用》是一門應用性很強的專業選修課，主要介紹Chemoffice、Origin、Chemwindow、Endnote、Photoshop、Material Studio等軟件，培養學生利用相關化學軟件進行寫作、畫圖、探索反應機理以及模擬計算等解決問題的能力。教學采用課堂教學結合上機實踐的方式開展，教師通過課堂課件和軟件操作演示相結合的方式完成課堂教學,大部分內容采用截圖制作課件講解，遇到復雜的操作過程時打開相應的軟件現場展示軟件操作過程；通過隨堂布置作業、輔導上機操作的形式完成實踐教學，學生根據課堂所學進行上機練習，并隨時針對發現的問題向教師請教。這種教學方式的優點是課時容易掌握，理論教學和實踐教學融合，上機實踐中可以“一對一”、“點對點”進行輔導、完成查漏補缺；缺點是每款軟件都從菜單、工具欄講起，講解偏重模塊和實例；講述過程過于注重“點”的介紹，會讓學生產生凌亂的感覺，課堂教學后，學生所能記憶的信息有限，且都是碎片化的信息，不利于對軟件的整體理解、軟件間的結合使用以及科研、生產中的實際應用，缺少“面”的掌握。雖然學生可以通過上機實踐對教師講述的內容進行復習和強化，但碎片化信息容易遺漏，對課堂講述內容依然會有陌生感。課程教授的軟件內容集中于如何使用軟件，上機實踐僅限于當時正在學習的軟件，缺少各個軟件間的配合使用練習，且學生對軟件在科研與生產實際中有哪些使用實例不明確，實際應用需要在課堂教學中加強。

從課程的運行情況來看，作為學分為1.5、課時為36學時的專業選修課，《化學軟件應用》不會成為學生的首選，從經濟角度來講，大部分學生認為0.5學分會成為“雞肋”，0.5的學分還需要付費，不劃算；從時間角度來講，上機課18學時的學分只有0.5，時間成本偏高。因此，自學校按學分收費以來，選修此門課程的學生人數呈現下降的趨勢，2016-2017學年度共有48人選修, 2017-2018學年度共有23人選修。然而，隨著選修此門課的學生人數的減少，遇到的問題就是大部分本科生在完成畢業論文和畢業設計時會出現不會處理數據、圖形制作不規范和本科畢業論文質量差等系列問題。隨著學校對畢業論文和畢業設計要求的不斷提高，自2019年選修該課程的人數呈現逐漸上升的趨勢，2019-2020學年度共有53人選修，2020-2021學年度共有91人選修。這種現象的出現說明化學軟件的應用越來越重要。

綜上所述，化學專業人才所要求必備的軟件應用能力，在傳統的教學培養模式下，是無法完全覆蓋的。因此，推進《化學軟件應用》課程的改革，是化學專業化、應用化人才培養的一個必然的發展趨勢。

2 基于OBE理念的《化學軟件應用》課程改革內容

高等教育正在由傳統的教授專業知識向幫助學生構建學習能力轉變，意味著培養出來的學生不僅要掌握基本原理，更要學會學習并具備終生學習的能力[1]。成果導向教育(Outcome based education, 簡稱OBE)強調以學生最終獲得的真正能力為目標反向設計課程的教學環節，注重過程性評價在教學中的作用，創造機會讓學生去思考、實踐，進而提升學生的綜合能力[2-3]。針對我校目前《化學軟件應用》課程教學中存在的一些問題開展研究，通過引入OBE理念與混合式教學對課程進行調整與優化，從教學思路、教學內容、教學形式、課程考核方式四個方面進行改革，進而探索《化學軟件應用》課程的教學改革路徑和成效。

2.1 加強課程目標建設，讓學生從思想上認識課程的重要性

OBE理念就是通過有效的課程目標設置激發學生學習的積極主動性，提升學生自主學習、實際應用的能力，進而提升學生綜合素質[4]。課程伊始，設立《化學軟件應用》課程目標：

2.1.1 知識目標

(1)熟悉化學軟件的功能和應用，可獨立完成化學反應的編輯、反應路徑的繪制、數據的處理及擬合、圖形的繪制；

(2)熟悉文獻數據庫的范圍，可獨立查閱文獻、管理文獻、編排文獻樣式；

(3)掌握計算軟件的原理和計算方法。

2.1.2 能力目標

(1)能夠結合專業知識和背景，綜合運用所學化學軟件進行課題設計、實施并撰寫論文，具備一定的科研素養；

(2)具備優秀的分析、表達、溝通和組織協調能力，能夠通過小組合作查閱資料并完整介紹一種化學軟件；

(3)具備自主學習的能力及終身學習的能力，掌握文獻查閱方法，緊跟前沿動態進行擴展性學習，進行知識擴充。

2.2 結合課程目標和專業培養需求，科學取舍教學內容，優化課程體系

針對課程目標和專業培養需求，教學內容多與科研、生產實際相結合，幫助學生分層次地掌握講授的內容，讓學生學會利用軟件展示自己的研究、進行教學設計、解決研究中的實際問題、學會科技論文撰寫和文獻管理并能夠自學軟件應用。

在教學內容方面進行擴展，從原來軟件的介紹擴展為借助軟件學習進行實際應用。例如，Chemoffice和Chemwindow軟件介紹結合多媒體演示及制作方法，針對化學(師范)的學生，讓其掌握如何有效地利用軟件進行教學設計；對于化學創新班的學生，則引導其通過軟件的學習讓學生掌握如何利用軟件將自己的研究或想法完美的展示出來[5-6]。Origin軟件介紹結合數據分析及繪圖軟件的拓展，教學從一個研究中的實際問題為背景，帶領學生通過軟件將數據轉換成圖表，進行數據分析，明確怎樣的數據分析有效。文獻管理軟件結合科技論文撰寫，重點介紹Endnote文獻管理軟件，通過拓展使學生掌握論文的撰寫和文獻管理的方法，并培養學生自主學習、教學演示的能力。大數據分析方法及軟件拓展。通過實際的大數據分析需求的實例向學生輸出“實現一種功能，可以有很多解決辦法”，引導學生借助遠程教育、網絡課程等自學自己需要的軟件，培養學生解決問題的能力。

2.3 靈活運用教學資源，強化實踐教學，達到理論實踐一體化

在教學方法上進行改進，充分利用多媒體教學平臺，結合MOOC等教學方式，激發學生軟件學習興趣結合自身課外學術研究，增加學生自主學習和應用化學軟件，達到“教學合一”。授課中，改變以往的闡述型教學方式，以問題導向和演示教學為主[7]。(1)講授的軟件視頻和課件分享、作業布置、批改全部借助Blackboard教學平臺完成，調動學生自主學習的積極性，是教師與學生達到“教”與“學”的和諧統一。(2)課程結合自身科學研究的教學方法，使學生知道學習知識點的前瞻性與實用性。高年級的本科生大部分已經進入實驗室進行相應的課題研究或協助導師開展輔助性研究，也觸及到數據分析、作圖、文獻及論文寫作方面的內容，作業和課程平時考核內容鼓勵學生應用所學軟件解決自己科研和實際中的問題，激發學生自己探求軟件的興趣。(3)增加學生自學和小組探究式學習模式。例如，將文獻檢索和Endnote軟件的學習和探討全部交由學生分組完成：教師將內容分為全文文獻數據庫、文摘索引數據庫、特種文獻數據庫、Endnote軟件介紹與安裝、文獻數據庫的創建與管理、如何將文獻導入Endnote、文獻輸出樣式的應用與編輯以及正文中插入與刪除參考文獻八個模塊；學生按照興趣和教師提供的模塊選題并自由分組(每組4～5人)，查閱資料、開展討論、制作課件并完成課堂15分鐘的演示教學；其他同學需要在演示教學之后提出問題討論，最后由教師進行點評和補充，達到教學合一，共同學習。

2.4 調整課程考核方式，增強軟件應用能力

在課程考核方面，由原來的以對單個軟件的應用能力為主轉向多個軟件綜合運用解決實際問題為主。2019年之前《化學軟件應用》采用平時成績加期末上機考試綜合評定的方式進行考核，平時成績和期末上機考試在總評分數中所占的比重為40%和60%。課程考核主要以對單個軟件的應用能力為主，缺乏對軟件實際應用能力的考察。2019年之后，在課程考核中加大軟件交叉應用方面的考核比例，期末考試采用課程論文的形式，課程論文可以是針對某一問題的研究性論文也可以是綜述的性質，內容中要體現該研究領域的相關結果數據，并對數據進行合理解釋，數據處理中用到所學軟件，以增強學生對軟件的實際應用能力。

3 結 語

《化學軟件應用》課程基于OBE理念設置了教學產出目標，以知識目標和能力目標為指揮棒設計教學內容、教學方式和考核方式，通過兩年的教學實踐發現學生學習熱情普遍提升，科研素養、表達溝通能力均有提高，增強了化學軟件的學習和應用能力。《化學軟件應用》課程改革模式不僅拓展現有的軟件類本科生的課程設置，使之具有更廣闊的知識和實用面，更符合大數據復合型人才的要求；而且為化學類本科生提供一種新的課程教學模式，它有利于優化目前的課程體系與人才培養模式，較好地通過課程指導學生課外實踐創新，解決課程設置與實際應用脫節的問題。