基于OBE理念的生物類專業“物理化學”案例式教學改革與探索

摘 要：“物理化學”是鄭州大學生命科學學院生物工程專業的基礎課程，是從物質的物理現象和化學現象的聯系入手來探求化學變化基本規律的一門科學，主要介紹化學熱力學、電化學、界面化學、化學動力學以及膠體化學等的原理、規律和應用等，旨在培養學生應用物理化學理論解釋化學領域的現象以及解決生物工程領域科研、實驗、生產中遇到的問題的能力，使學生能夠利用物理化學的研究方法探究化學和生物領域的問題。本文論述了基于OBE教育理念的案例式教學法對生物類專業“物理化學”課程的教學改革，期望樹立學生自主學習、團隊協作的精神以及提升其發現問題、解決問題的能力。

關鍵詞：物理化學；OBE教學理念；案例式教學；生物類專業；教學改革

“物理化學”是鄭州大學生命科學學院開設的一門專業基礎課，是從物質的物理現象和化學現象的聯系入手來探求化學變化基本規律的一門科學，是連接基礎課與專業課的橋梁。該課程理論性強，概念抽象，公式定律多，數學推導繁雜，計算量大，相對枯燥。作為非化學專業的學生，化學和數學基礎相對薄弱，加之學時限制，學生普遍感到吃力，學習效果不佳。另外，大部分經典的《物理化學》教材涉及生物領域的內容少，與專業聯系不密切，導致學生的學習興趣和認同度不高，意識不到學習本門課的用途。

為解決這一教學難題，需要從生物類專業特色入手，結合“物理化學”課程的特點進行改革和嘗試，旨在激發學生的學習興趣，改善教學效果，使學生意識到物理化學能在生命科學領域發揮更大作用。

案例式教學法是在教師的指導下，根據教學目的，組織學生對案例進行調查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，進而提高學生分析問題和解決問題的能力，加深學生對基本原理和基本概念理解的一種特定的教學方法［1］。OBE（Outcome Based Education）教育理念又稱為“成果導向教育”，是一種以“學生學習效果為中心”的教育理念，即教師通過教學設計、教學內容、教學方式讓學生達到預期學習目的，提高人才培養的質量［2］。

開展案例式教學可將抽象的知識形象化，激發學生的興趣和求知欲，擴展學生的視野和知識面，把單一的知識結構向多層次的知識網絡延伸，提高學生用理論解決實際問題的能力［3］。將OBE理念融入案例式教學過程中，結合學生討論，針對“物理化學”課程知識理論性強、難理解的特征，學生在學習過程中缺乏理論聯系實際等特點，在“物理化學”課程中開展生物案例式教學，踐行OBE理念，是激發學生的學習興趣、加強學生對理論知識理解和掌握的有效方法。本文通過案例式教學方法以及“學生學習效果為中心”的教育理念相結合的教學改革方案的探索和實施，計劃對“物理化學”課程教學從教學內容、教學手段和考評方式等多個方面進行改革。

一、教學改革目標

（一）創新內容設計，培養學習興趣

將物理化學知識與生物學專業特色相結合，構建物理化學相關的生物案例庫，使學生認識到物理化學的“美”。

（二）完成案例分析，提高綜合能力

引入案例分析思路，使學生根據生物案例庫或其自查的案例去分析并尋找物理化學知識在其中所發揮的作用，達到在有限的教學時間內使學生將化學理論與生物學實踐相結合的目的。

（三）踐行OBE理念，達成多元化評價

通過案例分析，形成初步的報告，采用教師評價和學生互評的方式綜合評價，卷面考試的部分題目也與生命科學更緊密相關。以“學生對物理化學產生興趣”和“學生熟練運用物理化學知識”等成果為導向，多元化評價教學效果。

二、教學改革內容

（一）分析學習興趣點，構建生物案例庫

“物理化學”課程的知識目標在于掌握物理化學基本規律、原理及其相互聯系，熟知物理化學理論和實驗方法，并能利用公式分析具體過程。“物理化學”課程理論性強，理論部分枯燥，因此，提高學生的興趣，引導學生學以致用的信心，在教學效果的呈現方面尤為關鍵。

結合專業培養方案中的培養目標和畢業要求，將“物理化學”課程分為若干教學單元，主要包括化學熱力學、電化學、界面化學、化學動力學以及膠體化學等五個教學單元，分析各個單元需要掌握的要點以及可能與生命科學相聯系的興趣點，選擇適合的教材，幫助構建生物案例庫。

為更好地服務于案例式教學改革，參考課程相關資料設計相應案例，同時兼顧課程的學時要求，我們從多種優秀教材中選擇了適合本課程的教材和參考書。本課程將天津大學物理化學教研室主編的《物理化學》作為主要教材，該教材涵蓋了熱力學第一定律、熱力學第二定律、多組分系統熱力學、化學平衡、相平衡、電化學、界面現象、化學動力學以及膠體化學等多個部分，并包含系統的課程練習和對應的物理化學現象分析。同時，本課程教學以北京大學高月英、戴樂蓉等編著的《物理化學（生命科學類）》為主要參考書，該參考書根據生命科學發展的需要，對物理化學的基礎知識進行了合理的取舍，增加了耗散結構理論、兩親分子的有序組合體等與生命科學密切相關的知識，使得該參考書中介紹的知識與現代生命科學結合得更為緊密。

為提高學生學習“物理化學”課程的興趣，結合生物類專業其他生命科學相關課程（如“生物化學”“微生物學”“生物制藥”等）有關的教學內容，并與對應知識點相關的視頻、介紹以及參考書或文獻聯合，共同形成完整的有關生命科學的“物理化學”教學案例，整合多個案例，最終構建“物理化學”課程的生物案例庫。經分析，得到“物理化學”課程中可成為生物案例的部分知識點，如表1所示。

教師可聯系物理化學領域的最新進展，將其中適合建立生物案例的部分補充至生物案例庫。對于學有余力或對物理化學前沿進展感興趣的學生，可向其推薦高水平期刊，特別是化學、生物交叉學科的期刊，鼓勵其追蹤最新學術動態。通過查閱中英文文獻，掌握國內外最新的學術熱點，進一步嘗試撰寫綜述文章等，追求物理化學知識運用于前沿領域的更高目標。

本課程的授課團隊均為生命科學學院教師，科研方向集中于生命科學領域或生命科學與化學的交叉領域，這樣可保證對于物理化學學習興趣點的了解，能更好地把化學知識用于分析解決生命科學問題，更有效激發學生學習物理化學的興趣。此外，還可與生命科學學院其他專業課如生物化學、微生物學等課程的教師合作，聯合備課或聯合講授與生命科學聯系緊密的知識點，有效培養學生的綜合運用能力。

（二）分組討論案例，完成案例分析

將案例式教學法的思路貫穿整個教學過程。對傳統教學模式中的教學互動方式如課堂提問等進行改革，采用信息化手段使學生更好地參與師生間的互動，將生物學案例融入課堂提問中，并通過雨課堂發起提問，學生回答后可在線上看到案例問題分析等。

對于小組案例分析任務，教師先將生物案例庫構建于超星學習通平臺，學生利用超星學習通平臺上的分組任務（PBL）分析和討論自己選定的案例，以設計和完成案例分析為任務，學生以小組形式進行合作，在教師的指導下，學生通過查找資料、小組討論，完整分析一個生物案例，形成自己的思考，以報告和課堂講解的形式向教師和其他學生呈現，通過教師評分和學生互評考查其案例分析的效果。此外，學生也可自行查閱文獻并設計案例，并與教師討論，教師從中篩選出合適的案例，上傳至線上平臺的生物案例庫中，也能較好地補充和完善生物案例庫。

提出并解決問題，使學生認識到物理化學知識能夠解決生命科學問題，并且物理化學與自己的專業有效結合，與自己的專業課緊密相關，能更好地培養學生學習物理化學知識的興趣，而且也可提升學生自主學習和團隊協作的能力。具體實施方案如下。

（1）生物案例庫構建。教師在分析學習興趣點后，將收集整理的生物案例上傳于線上平臺，包括案例題目、簡介、參考資料等。并在講解物理化學知識后，布置案例分析任務。例如，在講解《電化學》章節后，向學生介紹生物電化學的知識，給出若干案例任務，供各小組選擇，各小組也可根據查閱的資料分析自行查到的其他案例。

（2）分組。學生自由分組（3～4人一組），可由學生自己確定組內成員分工，包括資料查閱、分析報告撰寫、課堂講解等的人員分配。

（3）案例分析與討論。各小組通過組內討論選擇案例作為分析任務，從模型構建、現象分析以及過程計算等方面對該案例進行分析。以生物電化學為例，某小組選擇了細胞膜電勢作為其案例任務，該小組成員在查閱文獻、整理信息及討論后確定生物案例分析的初步方案，如細胞膜或其他生物膜模型電勢模型的構建、物理化學知識的運用以及計算過程的實施，并與教師討論。

（4）案例報告撰寫。將分析后的結論匯總整合成為案例報告，大致包括案例的生物學背景，案例的模型構建、現象解釋以及計算、總結和心得等。

（5）案例分析成果展示。各小組采用課堂講解的形式進行展示，也可錄制講解視頻上傳至線上，如超星學習通平臺的分組任務（PBL）。

（6）案例分析成果評價。在超星學習通的分組任務中，教師可進行評價，各組之間可以進行互評，綜合評價案例分析報告和課堂展示。課堂上，教師和學生可共同討論，完成案例分析的評價。

（7）案例庫更新。在學期課程結束后，收集該學期課程的成果，并將案例分析完成優秀的小組的成果作為新的案例上傳至線上平臺，完善和更新生物案例庫，形成教學成果導向的良性循環。

生物案例分析過程中，有以下幾點需要關注。

（1）需要切實提高學生的學習興趣。所選取的案例有前瞻性和趣味性，教師需要充分調動學生分析生物案例的積極性和主動性，培養學生理論解釋現象的綜合實踐能力。

（2）需要保證每個組員的參與。加強案例分析過程考核，各組分別派組員分析報告和課堂講解，并回答教師和學生提出的問題，從而提高學生的主動性并培養學生的團隊協作能力。

（3）需要總結和更新生物案例庫。學期課程結束后，根據學生案例分析的情況，對于生物案例庫中的案例進行添加、刪減及調整，使得生物案例庫中包含更多優秀案例。

（三）踐行OBE理念，優化評價體系

本門課程的總成績采用每名學生的平時成績（包括生物案例分析所得成績）和期末試卷卷面成績共同評價，教學改革的研究目標確保新的評價方式可以更準確地評價學生的綜合能力，有助于學生實踐能力和自主學習能力的提升，為今后更多元化的評價方式奠定基礎。

改進傳統的平時成績考核方法，關注并考核學生課程學習過程中的效果，將平時成績所占比例適當提升。平時成績由課堂表現、案例分析、課后作業等多個環節構成。案例式教學的成績評定，采用教師評分和學生互評的手段相結合的方式，綜合評定學生的平時成績。平時成績評定方法如表2所示，各個環節的成績加權后得到總的平時成績，各項權重在教學過程中也可根據教學情況進行調整，考核方法注重對學生學習成果的檢驗和學習過程的考查。

期末考試試題也更重視綜合能力的考查，在分值分配方面有所側重。對于期末考試，仍采用筆試形式，但期末考試試題也要更重視對與生命科學相關知識的考查，在分值分配方面有所側重。對于原有教學模式側重于計算題的考核方式予以改革，增加簡答分析題，將案例融入該題目中，透過現象，使學生能用物理化學基礎知識解釋現象和分析解決問題，認識到物理化學知識可以學以致用，這也使學生具有理論解釋現象的應用能力、擴展至生命科學的綜合能力以及能夠聯系科研前沿的創新能力，更好地達成教學目標和踐行OBE教學理念。

結語

“物理化學”是一門理論性較強的課程，案例式教學是理論結合實踐的重要途徑，通過案例式教學特別是生物案例教學，以及文獻查閱、團隊協作等手段，可有效提高學生的學習興趣，培養學生的綜合運用能力，綜合考核評價學生的學習情況，有效踐行OBE教學理念，期望通過本課程的學習，學生能夠切實得到成長，從而為國家和社會培養更多理論知識扎實、綜合能力強的高素質人才。

參考文獻：

［1］張亞萍，張紅平，霍冀川.基于案例教學法的物理化學課程教學改革探索與實踐［J］.大學化學，2018，33（11）：8285.

［2］解國梁，楊忠國，林彥宇，等.OBE教育理念下高校實踐教學體系建設研究［J］.內蒙古民族大學學報（自然科學版），2021，36（03）：258261.

［3］胡晨光，蔡艷青，許瑩，等.案例式教學在結構化學課程中的探索與應用［J］.高教學刊，2022，8（03）：9093+98.

基金項目：2024年鄭州大學教育教學改革研究與實踐項目基于OBE理念的生物類專業《物理化學》案例式、討論式教學改革與實踐（編號：2024ZZUJGXM175）；鄭州大學教育教學改革研究與實踐項目實驗動物與動物實驗技術“學研融合”教學模式的改革與實踐（編號：2024ZZUJGXM177）

作者簡介：王偉宸（1985— ），男，漢族，黑龍江寶清縣人，博士研究生，講師，主要從事天然產物分離及應用研究。