基于OBE理念的 “化工原理實驗” 課程教學模式探索

趙 娟

（五邑大學生物科技與大健康學院 廣東 江門 529020）

OBE 教育理念是一種以產出為導向的先進教育理念，遵循 “反向設計” 原則，以學生通過教育過程最后所取得的學習成果作為教學設計和教學實施的目標[1-2]。與以學科為導向的傳統教育相比，OBE 教育以結果為導向，從需求出發，由需求決定培養目標，由培養目標決定畢業要求，由畢業要求決定課程目標、課程內容和課程教學方法，再通過正向實施教學，保證教育目標與結果最大程度上的一致性[3]。

“化工原理實驗” 課程是化學工程與工藝專業本科生必修的一門專業基礎實踐性課程。作為化工原理課程的實驗部分， “化工原理實驗” 課程以化工單元操作的原理和過程研究為主要教學內容，對流體流動、離心泵的流體輸送、水―水蒸氣的傳熱、精餾、氣體吸收及干燥等單元操作從實驗原理、實驗流程、參數設定、安全操作、數據采集及分析處理等多方面進行了研究[4]。基于OBE 人才培養理念，課程團隊對課程的教學模式進行了改革探索，遵循反向設計原則，依據課程支撐的畢業要求設定課程目標，依據課程目標規劃教學內容、教學環節和教學活動，細化對各教學環節和教學活動的考核評價，再通過對考核評價結果的分析加強對教學內容、教學環節和教學活動的持續改進，促進課程目標和畢業要求的達成。通過教學改革，希望能進一步改善課程教學效果，提升人才培養質量。

基于OBE 人才培養理念，課程團隊遵循反向設計原則來確定課程的5 個教學目標。依據課程支撐的5 個畢業要求指標點，涉及對學生 “理論研究能力” “實踐研究能力” “結果分析能力” “安全環保評估能力” 以及 “團隊合作能力” 等5 方面的要求。結合課程特點，課程團隊設定了課程的5 個教學目標，與課程支撐的5 個畢業要求指標點一一對應，如圖1 所示。課程教學目標1 “能夠基于化工原理理論并采用科學方法對化工過程中的化工單元操作過程進行研究，設計和確定合理的實驗方案” 對應畢業要求指標點4.1 “理論研究能力” ；課程教學目標2 “能夠根據化工原理實驗目的和要求，合理選擇實驗參數并規范操作實驗裝置，安全開展實驗” 對應畢業要求指標點4.2 “實踐研究能力” ；課程教學目標3 “能夠通過化工原理實驗獲得有效實驗數據，并獨立完成數據的處理和分析，得到合理有效的結論” 對應畢業要求指標點4.3 “結果分析能力” ；課程教學目標4 “具備安全意識，能夠合理分析化工單元操作應用到連續生產過程中對人類和環境造成的潛在影響和危害” 對應畢業要指標點7.2 “安全環保評估能力” ；課程教學目標5 “能夠團隊合作完成實驗，在團隊合作中與他人良好配合、分工協作完成化工原理實驗相關任務” 對應畢業要求指標點9.2 “團隊合作能力” 。課程的五個教學目標對學生的 “業務能力” 和 “職業素養” 提出了具體要求。如課程教學目標1 “實驗研究與方案設計能力” 、課程教學目標2 “實驗操作能力” 和課程教學目標3 “數據處理能力” 對學生解決技術性問題的 “業務能力” 提出了要求，課程教學目標4 “安全環保意識” 和課程教學目標5 “團隊合作能力” 對學生進入職場需具備的 “職業素養” 提出了要求。

圖1 “化工原理實驗” 課程目標支撐畢業要求和畢業要求指標點的關聯

對標 “化工原理理論” 課程， “化工原理實驗” 課程包括 “流體流動阻力損失的測定” “離心泵特性曲線的測定” “間壁式傳熱給熱系數的測定” “填料塔氣體吸收實驗” “篩板精餾塔精餾實驗（全回流）” “篩板精餾塔精餾實驗（部分回流）” “洞道干燥實驗” “流體流量分配規律驗證實驗” 8 個實驗項目。實驗項目從實驗原理、實驗流程、參數設定、數據處理等多方面進行研究。各實驗項目的具體實驗內容，遵循OBE 理念，根據各自支撐的課程教學目標來確定。

以實驗項目 “間壁式傳熱給熱系數的測定” 為例，該實驗項目共支撐5 個課程教學目標的達成，即課程教學目標1 “實驗研究與方案設計能力” 、課程教學目標2 “實驗操作能力” 、課程教學目標3 “數據處理能力” 、課程教學目標4 “安全環保意識” 和課程教學目標5 “團隊合作能力” 。根據該實驗項目支撐的課程教學目標，課程團隊設置了與其相對應的具體實驗內容（圖2，p112）。例如，實驗內容 “基于傳熱理論知識掌握實驗原理和實驗流程；根據傳熱理論知識撰寫實驗方案；對傳熱實驗過程及設備進行研究并提出問題，經思考和討論給出合理解答” ，對應課程教學目標1 “實驗研究與方案設計能力” ；實驗內容 “正確使用實驗儀器儀表，合理選擇工藝參數，正確設定實驗參數，安全開展實驗” ，對應課程教學目標2 “實驗操作能力” ；實驗內容 “對采集的實驗數據正確分析處理，對實驗結果給出合理解釋，準確回答思考題” ，對應課程教學目標3 “數據處理能力” 。實驗內容 “通過對傳熱實驗流程和操作過程的分析，判斷實驗應用到連續生產過程中的潛在危害” ，對應課程教學目標4 “安全環保意識” 。實驗內容 “小組成員良好配合、分工合作完成實驗操作、數據記錄、小組討論和實驗視頻制作” ，對應課程教學目標5 “團隊合作能力”[5]。

圖2 實驗項目 “間壁式傳熱給熱系數的測定” 基于支撐的課程目標設置實驗內容

基于各實驗項目的具體實驗內容，課程團隊采用 “課前自學” “課上互動” “實驗操作” “課后練習” 4 個教學環節構建的 “學―教―練―產出” 四位一體教學模式開展教學活動，每個教學環節均制定與課程目標相適應的教學內容和教學活動。

“課前自學” 環節主要依托線上教學平臺 “超星學習通” 來完成。課程團隊通過 “超星學習通” 發布實驗電子講義、與實驗設備及操作相關的視頻，以及實驗報告撰寫要求和數據分析處理相關的文件資源，要求學生在課前觀看。在 “超星學習通” 中將這些文件資料設置為任務點，系統會自動統計學生是否閱讀實驗相關文件資料以及閱讀情況如閱讀時長、閱讀次數等，幫助課程團隊了解學生的預習情況，對沒有完成預習任務點的同學予以提醒和監督。這些線上活動，促進學生了解實驗儀器儀表及其使用方法，熟悉實驗原理、實驗流程以及實驗數據分析處理方法[6]。在此基礎上，學生需要結合化工原理理論知識對實驗項目進行預習，理解實驗原理和實驗流程，在認真閱讀實驗課程教材和實驗講義的基礎上撰寫實驗方案，完成實驗預習報告。實驗開課前，課程團隊會準備一些與實驗項目相關的課前預習題，通過 “超星學習通” 發放給學生，要求學生通過查閱 “化工原理” “化工原理實驗” 課程的相關教材和參考資料來尋找答案，回答問題。通過這些教學活動，學生熟悉了實驗項目的原理、設備、流程和操作，促進課程教學目標1 “實驗研究與方案設計能力” 的達成。

“課上互動” 環節，以學生為主導，讓學生在課堂上闡述實驗原理、流程、操作方法和數據處理方法，通過師生互動討論和啟發式教學加深學生對實驗原理和實驗設備的理解和掌握，在互動討論中穿插對實驗相關前沿知識和成果的講解以及實驗相關安全知識的介紹。這些教學活動促進課程教學目標1 中的 “實驗研究能力” 和課程教學目標4 “安全環保意識” 的達成。

“實驗操作” 環節，學生分組進行實驗操作，組員間良好協作配合，安全開展實驗，采集實驗數據；通過實驗動手操作，掌握實驗儀器儀表的使用方法和實驗參數的設定方法，評估實驗過程中的安全風險。這些教學活動對應課程教學目標2 “實驗操作能力” 、課程教學目標4 “安全環保意識” 和課程教學目標5 “團隊合作能力” 的達成。實驗過程中，課程團隊還要求學生認真觀察實驗現象，以小組為單位，通過小組討論提出三個與實驗相關的問題并解答，在討論中加深對實驗原理、實驗流程、實驗操作和設備構造等方面知識的理解。這些教學活動促進課程教學目標1 中的 “實驗研究能力” 和課程教學目標5 “團隊合作能力” 的達成。

“課后練習” 環節，要求學生對采集的實驗數據進行分析處理，對實驗結果進行歸納總結，撰寫實驗報告。該教學活動對應課程教學目標3 “數據處理能力” 的達成。此外，課程團隊還要求學生以小組為單位錄拍5 分鐘的實驗視頻，對實驗項目的實驗原理、流程和操作進行梳理和總結，加深學生對實驗項目知識點的掌握。此教學活動對應課程教學目標1 “中的實驗研究能力” 和課程教學目標5 “團隊合作能力” 的達成。

以實驗項目 “流體流動阻力損失的測定” 為例，如圖3所示，該實驗項目各環節分別支撐課程教學目標1 “實驗研究與方案設計能力” 、課程教學目標2 “實驗操作能力” 、課程教學目標3 “數據處理能力” 和課程教學目標5 “團隊合作能力” 的達成。針對其對應的4 個不同課程教學目標，該實驗項目在教學過程中設置了多項細化的教學活動，在 “課前自學” 環節，開展課前預習、預習考試、預習報告撰寫等教學活動；在 “課上互動” 環節，開展堂上互動式交流、分組討論等教學活動；在 “實驗操作” 環節，分組開展實驗操作、數據采集；在 “課后練習” 環節，開展數據分析和處理、實驗報告撰寫、視頻拍攝等教學活動。這些 “以學生為中心” 的細化的教學活動的實施，可促進該實驗項目對應的4個課程教學目標的達成。

圖3 實驗項目 “流體流動阻力損失的測定” 依據課程目標設計教學活動

基于上述教學活動，課程團隊確定了課程具體的考核內容和考核評分標準，強化課程的過程性考核[7]。課程分別從平時表現、實驗報告和考試三方面對課程教學目標的達成情況進行了考核評價，其中平時表現的分值占比為38%，主要從課前預習、堂上互動交流、分組討論、實驗操作等教學活動和教學環節的完成情況進行考核評價；實驗報告的分值占比為27%，主要對預習報告、數據處理、結果討論等教學活動和教學環節的完成情況進行考核評價；考試的分值占比為35%，主要對考試實驗項目方案的設計、考試實驗項目的操作、考試實驗項目的數據處理與結果討論、仿真操作等教學活動和教學環節的完成情況進行考核。對這些細化的教學活動和教學環節的考核評價，分項打分，避免了因考核方法單一從而影響評價結果的客觀性。在課程結束后，課程團隊會對考核評價結果進行統計，分析課程各教學目標的達成情況，及時對 “實驗研究與方案設計能力” “實驗操作能力” “數據處理能力” “安全環保意識” 和 “團隊合作能力” 5 個課程教學目標的達成情況進行評價，并對課程評價結果進行分析反饋，促進持續改進。

通過上述改革與探索，教學團隊構建基于OBE 人才培養理念的 “化工原理實驗” 課程教學模式，提高學生學習效果，提升學生專業素養。希望該課程教學模式的實施，可進一步促進學生掌握典型化工原理的專業實驗技術和實驗研究方法，鍛煉實驗動手能力和數據處理能力；培養學生科學的思維方法，鍛煉學生利用所學知識分析實驗現象和解決實驗問題的能力；學會正確選擇設備和儀表，鍛煉實驗設計能力；學會用簡明的文字和適當的圖表撰寫實驗研究報告；培養嚴謹的科學態度、良好的科學作風，具備安全意識和團隊合作能力，為今后從事化工行業的工作打下良好的基礎。