OBE 理念下有機化學實驗課程教學實踐

李姝慧，楊洋，潘英明

（廣西師范大學 化學與藥學學院，廣西 桂林 541004）

OBE 理念的全稱是成果導向教育（Outcome Based Education），其以學生為主體、學習成果為導向，并在教學過程中不斷改進教學方式等來提高學生學習成果[1]。相對傳統教育關注教育輸入而言，該理念更關注學生產出，具有“反向設計、正向實施”的特點[2]。有機化學作為一門以實驗為基礎的學科，通過有機化學實驗課的學習，學生不僅可以加深有機化學理論知識的理解，還可以鍛煉和提高自身的實驗操作能力、科學素養以及科研創新能力[3]。而以OBE 理念為核心的有機化學實驗教學可以更好地針對不同生源制定個性化的教學模式和教學目標，激發學生學習的主觀能動性、積極性和創造性，使學生可以自主解決問題，進而提高學生實驗操作能力和專業素質。

一 有機化學實驗課程采用OBE 理念的優點

傳統的有機化學實驗課程教學模式常出現教師灌輸式教學，實驗內容大都是驗證型實驗，整個實驗過程都是由教師精心設計安排的[4]。大部分學生都是“照方抓藥者”，實驗中只會原封不動地按照課本實驗步驟操作，照本宣科，不利于學生實踐能力和創新能力的發展。有機化學實驗課程設計與實施過程中應用OBE 理念具有如下優點：①在教學中，學生是主體，通過學習掌握要求的技能和知識；教師是主導，在實現教學目標的同時點燃學生的學習熱情，提升學生的學習能力；②以學習成果為導向，學生逐步培養、提升發現、分析和解決問題的能力，挖掘科研潛能，樹立探索未知、勇于創新的科學精神；③OBE 理念下有機化學實驗課程的學習成果除了傳統教學中的學生期末成績和實驗操作表現，還涵蓋知識在實際中的應用能力（如，該學習成果可以幫助在以后的專業工作中解決什么樣的問題）及可能涉及到的價值觀或其他情感因素（如，家國情懷、安全意識和職業素養）等；④OBE 理念是“反向設計、正向實施”，教學目標與社會需求具有一致性，對適應時代的發展具有良好的匹配性，為社會、國家提供需要的人才，還可以激發教師的教學改革和創新精神，更能適應新時代“高素質”人才培養目標[2]。

OBE 教學模式不僅能彌補傳統教學模式的不足，而且可以促使學生主動接受知識，提高學生的創新實踐能力，使學生由傳統“照方抓藥者”轉變為“開方配藥者”。以甲基橙的制備為例，其目標學習成果是讓學生掌握制備甲基橙的實驗原理、重氮化反應和偶聯反應的實驗操作，鞏固鹽析和重結晶等基礎操作，了解偶氮化合物染料和色素（如，蘇丹紅）的應用[5]。實驗前，學生利用實驗教材和網絡查閱相關文獻資料，了解原料和產物的相關性質，對重氮化反應和偶聯反應原理有更全面的理解及認識，該過程使學生搜索文獻的能力得到了提高，而且在課前就對實驗內容有初步的了解。之后，學生再結合教材和教師布置的實驗預習作業，對實驗目的、實驗原理、操作步驟及注意事項等進一步理解，以此培養自己的思考能力、創新精神及實踐能力。課程思政是當前高等院校廣泛研究的一種課程教學的創新方法，也是“立德樹人”的一種新體現[6]。“甲基橙的制備”實驗蘊含著豐富的思政教育元素，可以充分挖掘實驗蘊含的課程思政點，培養學生知行合一、躬行實踐、勇于批判質疑和探究的科學精神。因此，在有機化學實驗課程的課堂中將OBE 理念與課程思政互融，可以促使學生學習由被動變為主動，更好地培養學生的化學核心素養。

二 OBE 理念下有機化學實驗課程融入課程思政的探索

（一）課前準備階段

以甲基橙的制備為例，學生在課前自主預習實驗的相關內容，比如實驗試劑、實驗流程和注意事項等等，并進行相關資料的查閱檢索。隨后，學生在制作實驗預習報告的同時也完成教師布置的問題（如問題1—4）。

【問題1】重氮化反應為什么要控制在5 ℃以下進行，酸性太弱對重氮化反應有什么影響？

【問題2】回答下列關于抽濾裝置的問題：①所用各部件名稱；②抽濾的優點；③抽濾時所用濾紙多大合適？過大有什么不好？

【問題3】請簡述重結晶的步驟，重結晶過程中的熱過濾為什么要采用抽濾方法？

【問題4】甲基橙重結晶為什么依次用少量水、乙醇、乙醚洗滌？它們洗滌順序可以調換嗎，為什么？

OBE 理念以學習成果為導向，在本次實驗中需體現出學生通過該實驗的學習能夠達到的學習成果要求。本實驗的重點是問題2—4，學生可以通過查閱資料，對重結晶的注意事項和選取溶劑的要求、抽濾的裝置、原理和注意事項等有更為深入的理解。在這個過程中，教師可以融入思政教育。以問題3 為例：學生通過查閱資料，可以了解到重結晶一般步驟、溶劑的選擇要求、過濾與雜質的去除、晶體的析出、收集和干燥等。在溶劑的選擇中，根據“溶劑價廉、毒性低、安全性強”的要求，教師將綠色化學和實驗安全知識融入教學，比如本次實驗就選取了水作為溶劑進行重結晶，水不僅廉價易取得，而且無毒無害。在鞏固了重結晶的同時，本問題也強化了抽濾的知識，讓學生更好地掌握熱過濾和冷卻過濾。

而問題4 是帶領學生對甲基橙的重結晶操作實驗有一個綜合性的了解和思考，讓學生學會分析和解決問題。通過該問題，學生進一步思考水、乙醇和乙醚的區別，從洗滌順序不能調換的原因聯系到它們沸點和溶解度的不同；從乙醇和乙醚的互溶聯系到相似相溶原理；從尋找其他可替代的溶劑聯系到綠色化學和實驗安全的問題。雖然問題看似簡單，但是學生深入探究之后，可以將自身的思維由表面深入到本質，進而拓展到其他化合物和實驗上面，鍛煉舉一反三的能力。同時，學生可以加深對該實驗的了解，還可以更多面地拓展自身的思維，培養創新思維和思辨能力，提高環保意識。

將與本次實驗相關的偶氮化合物和化學名人故事融入課程，比如蘇丹紅事件、波義耳發現酸堿指示劑等。通過介紹蘇丹紅事件，學生了解濫用色素帶來的危害，明白作為一名化學工作者的使命感、社會責任感，以此培養自身嚴謹求實的科學態度和崇尚真理的科學精神[7]。教師可以借助一些與食品安全相關的案例樹立學生的法制意識和食品安全意識，為學生今后走向正確的職業道路夯實基礎。通過波義耳發現酸堿指示劑的故事，學生了解到化學史上很多重大的發現都是從“無意中”開始，明白在學習和工作過程中要善于發現問題、抓住機遇，對于問題要勤于思考、多問為什么，勇于追求真理和創新。同時，學生在科學研究過程中要培養堅持不懈的研究精神和嚴謹求實的科研態度。由此，學生實驗前進行課前預習，不僅能夠鞏固基礎理論知識和了解實驗目的及實驗步驟等內容，也能有效提高學習積極性并拓展其思維。

（二）課堂實施階段

教學實施階段是學生獲得學習成果的一個很重要階段。圍繞“成果導向、學生中心、閉環改進”的OBE 理念主要特點，每個有機化學實驗教學由理論教學、動手實驗組成，學生通過這兩個教學部分對該實驗有更為深入的理解，再由教師提供評價參考指標，經學生評價（自評和互評）以及教師評價形成等相關反饋意見，幫助學生反思實驗中自身的優缺點以及了解還需改進的地方。最后，通過小組合作完成實驗匯報，教師可以了解學生們的想法并有利于持續改進實驗課程教學內容設計[8]。在此過程中，學生不僅鍛煉了語言表達、文獻查找和實驗創新能力，而且提高了自身的科學素養。

1 理論教學階段

首先，教師課前在學習通、QQ 等線上平臺發布有關本實驗的預習和思考題，學生帶著問題預習實驗和查閱資料，從而對實驗有一個初步的思考，然后教師在課堂上講解實驗的重難點，并且拋出問題讓學生們展開討論。在“師生互動、生生互動”的良好氛圍中，學生不僅可以深入了解實驗背后的反應原理和實驗操作條件，將實驗與理論緊密地聯系到一起，還培養了團結協作、語言表達和文獻檢索等能力，提高了學生們的綜合素質，也為思政教育融入有機化學實驗提供了良好條件。學生遇到疑惑時，可以通過交流平臺或課堂當面提出自己的問題和想法。教師在回答某個學生的問題時，其他學生可以查缺補漏，若是有新的疑問也可以提出，使教師可以及時為學生解惑，對學生學習情況擁有一個動態評價，以便教師針對性和有效地調整教學過程，加深課程思政的構建基礎。

其次，教師課中在講解實驗原理、介紹所需儀器與試劑時，通過發現問題、解決問題的形式，讓學生在一問一答中掌握實驗知識點及難點（如問題5）。

【問題5】制備重氮鹽時，為什么要使用氨基苯磺酸鈉？如果直接將對氨基苯磺酸與鹽酸混合后，再加入亞硝酸鈉溶液進行重氮化操作，行嗎？為什么？

重氮化反應是一級芳香胺和亞硝酸在酸性、低溫下轉化生成芳香重氮鹽的反應[9]。該問題先讓學生思考重氮化反應的機理和條件，再著眼于甲基橙制備時的實際條件與課本上的有何不同，擴充學生的知識體系。重氮化反應有順法和逆法兩種，而甲基橙制備實驗就是采用了逆法。當學生知道了重氮化反應的逆法，就會開始思考使用逆法的原因。首先，學生們通過查閱相關資料知道了對氨基苯磺酸和對氨基苯磺酸鈉鹽的區別，從而知道了以內鹽形式存在的對氨基苯磺酸本身不溶于無機酸，從而難以進行重氮化反應，所以要將其變成鈉鹽的形式。其次，學生們解決了第一個小問題后，后面兩個小問題便迎刃而解了。同時，問題5 與問題1 相關聯，學生可以聯想起重氮化反應的酸性對本次實驗的影響，一邊學習新知識，一邊鞏固舊知識，有利于加深記憶和方便后續實驗的進行。

2 動手實驗和實驗總結階段

動手實驗為實驗總結打下良好的基礎，實驗總結加深動手實驗的記憶和鞏固學生學習成果。在學生動手實踐過程中，教師逐一巡視指導學生的實驗操作，適時糾正學生錯誤操作和解答學生疑問。在學生動手實驗的“閑暇時間”對學生的實踐操作進行一對一的互動點評，啟發學生發現問題并一起討論解決，讓學生可以深入理解并獲取該實驗的精華，提升學生的實驗學習成效。相同儀器、試劑和實驗步驟，學生操作得到的結果很可能會不同，需要教師引導正確對待實驗結果，堅持實事求是并如實記錄數據，學會從實驗結果中發現、分析自己存在的問題和不足，避免下次出現類似的情況，樹立學生們嚴謹求實的科研態度。

在實驗總結中，學生們可以針對實驗中出現的現象和原因進行探討，比如“在重結晶過濾時，有的同學加入了乙醚后，為什么出現了紫色物質？”“甲基橙作為酸堿指示劑的原理是什么？”“制備好甲基橙溶液后，有的同學加入兩滴稀鹽酸后，甲基橙溶液很快變為紅色，而加入十幾滴10%NaOH 溶液，甲基橙也不變為黃色”等。出現問題后，學生們將問題記錄下來，通過查閱資料、交流探討和教師答疑等方式解決問題，最后將成果在實驗總結上呈現。在這個過程學生不僅培養了解決問題的能力，而且可以以飽滿的熱情去學習有機化學實驗。例如，甲基橙是一種常用的酸堿滴定指示劑，對于“甲基橙溶液在pH＞4.4 時變為黃色，pH＜3.1 時為紅色的原因”，學生通過資料查找和討論，可以很容易用一個方程式來解釋（圖1）。

圖1 甲基橙的變色原理

3 評價和反饋階段

有機化學實驗課程注重過程性考核評價，其中平時成績為70%，期末成績為30%。預習報告、預習作業、實驗評價和小組實驗方案匯報等都是平時考核成績標準。在其中，實驗評價由學生評價和教師評價組成，避免了過去教師單獨給分可能不公平的缺點，促使學生學習和積極反思，建立更為科學合理的評分方法。

教師通過學生們的實驗表現和實驗評價等得到本次實驗的反饋信息，進而能夠更有針對性地優化教學過程和發揮OBE 理念在有機實驗課程中的優勢。學生們在獲得對應的學習成果時，也能樹立正確的人生觀和價值觀，培養責任和擔當意識，同時認識到培養實驗安全意識、專業責任感等的重要性，進一步激發學習的主觀能動性，提高了教學效果。

（三）教學效果評價階段

本階段由小組實驗方案匯報和教師網上發布問卷調查兩部分組成。在完成實驗操作之后，分小組撰寫實驗改進方案并通過PPT 展示出來，進行實驗匯報。在這個過程中，小組不僅能解決在實驗中出現的問題，向大家呈現優化和可行的實驗方案，而且鍛煉了團隊協作能力和提高創新實踐能力（圖2）。以甲基橙的制備為例，學生通過文獻查閱和小組討論，提出了用常溫一步法代替經典三步法合成甲基橙的方案。常溫一步法利用了原料自身的酸堿性來完成反應，不僅減少了副反應，而且減少了重氮鹽分解的可能性[10]。通過小組的匯報，學生們拓展了眼界，加深了對甲基橙實驗的理解，而且也為制備甲基橙提供了一個可行的實驗思路。在這個過程中，教師可以進一步了解學生們的想法和建議，從而動態地改進教學方案和優化教學大綱，使學生們獲得更多的學習成果，達到OBE 理念下的教學目標。

圖2 小組匯報實驗流程圖

三 結束語

基于學習成果導向OBE 的有機化學實驗課程教學改變了過去按部就班的實驗教學模式，提供了不同難度、方向多樣的培養內容，并將創新實踐能力、責任意識和科學精神等引入到實驗課程設計中。OBE 理念不僅為教學改革提供了一個新的發展思路，還為課程思政融入有機化學實驗課程教學中提供了一種可行的策略，有利于培養學生的創新實踐能力和良好的科學素養。隨著時代發展，以學習成果為導向、以學生為中心的教學理念愈發凸顯出重要指導意義。基于OBE 理念，將課程思政融入有機化學實驗課程進行教學，不僅可以將思政教育與專業理論知識、實踐操作結合起來，有效搭建了從理論通向實踐的橋梁，還促進了教師教學創新能力的提升，獲得了師生共贏的效果。雖然OBE 教學理念應用在有機化學實驗教學中歷時較短，也有著很多需要改進和完善的地方，但是只要在教學實踐中不斷發現新問題和進行有效改革，就能實質性地提升教學實效，使學習成果落實到實處。