基于OBE 理念的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索和實(shí)踐

陳書(shū)鴻 張麗瑩 蔣德敏

(重慶三峽學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，重慶 404020)

0 引言

OBE 是英文Outcome-based Education (成果導(dǎo)向教育)的簡(jiǎn)寫(xiě)，是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，認(rèn)為教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后所取得的學(xué)習(xí)成果[1,2]。OBE 理念的教學(xué)原則是“反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤保浴岸x預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出—實(shí)現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出—評(píng)估學(xué)習(xí)產(chǎn)出”持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)為教學(xué)主線[2,3]。美國(guó)工程與技術(shù)教育認(rèn)證協(xié)會(huì)(ABET)全面接受了OBE 的理念，并將其貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終[2]。我國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)頒布的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2014)》也充分體現(xiàn)了OBE 理念[2]。OBE 教育理念是當(dāng)前國(guó)際工程教育領(lǐng)域的航標(biāo)，也是我國(guó)新工科實(shí)踐教學(xué)改革的參考指南[4-7]。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)化工類專業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，既是培養(yǎng)學(xué)生基本技能和綜合能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一，也是提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要手段之一[8]。在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是“畢業(yè)要求3.4—研究”的重要支撐點(diǎn)之一。然而傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在幾方面的不足[9-11]：

(1)教學(xué)理念較為落后，沒(méi)有體現(xiàn)“學(xué)生中心”。

(2)課程目標(biāo)是基于課程導(dǎo)向的，不是基于能力導(dǎo)向的。

(3)教學(xué)模式單一，主要采用灌輸式。

(4)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大都是驗(yàn)證性的，缺乏創(chuàng)新性和綜合性。傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能滿足工程教育認(rèn)證要求，不利于培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才，因此在工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)背景下，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革迫在眉睫。

普遍認(rèn)為基于OBE 理念進(jìn)行教學(xué)改革被認(rèn)為是最佳的途徑[5-7]，實(shí)施OBE 教學(xué)模式能夠取得較好的教學(xué)成效[11-13]。為培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型化學(xué)工程人才，適應(yīng)工程教育認(rèn)證的要求，本文結(jié)合我?；I(yè)的實(shí)際情況，基于OBE 理念對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程從“課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式”等幾方面作了改革探索和實(shí)踐。

1 基于OBE理念的教學(xué)改革探索和實(shí)踐

根據(jù)OBE 理念的“反向設(shè)計(jì)，正向?qū)嵤痹瓌t，每一門(mén)課程首先要根據(jù)畢業(yè)要求明確課程目標(biāo)(即預(yù)期學(xué)習(xí)成果)，其次根據(jù)課程目標(biāo)確定教學(xué)內(nèi)容(或知識(shí)點(diǎn))，然后選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略和教學(xué)方法完成教學(xué)活動(dòng)，最后進(jìn)行考核評(píng)價(jià)和課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)[2]。下文分別從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等三個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1.1 基于OBE理念的課程目標(biāo)

本?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)將“畢業(yè)要求4”進(jìn)一步細(xì)化為：

(1)能夠基于化學(xué)化工原理，通過(guò)文獻(xiàn)研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析復(fù)雜化學(xué)工程問(wèn)題的解決方案。

(2)能夠根據(jù)對(duì)象特征，選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

(3)能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安全地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，正確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(4)能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求的4 個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程目標(biāo)確定為：

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和指導(dǎo)書(shū)，熟練規(guī)范操作儀器設(shè)備，準(zhǔn)確測(cè)量客觀記錄溫度、壓力、體積、質(zhì)量、折光率、電導(dǎo)率、電動(dòng)勢(shì)、旋光度、時(shí)間等物理量，運(yùn)用物理化學(xué)基本原理計(jì)算物化參數(shù)，解釋化學(xué)現(xiàn)象，撰寫(xiě)完整規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

(2)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納方法和誤差分析方法，使用EXCEL、ORIGIN 軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用圖、表等方式表達(dá)數(shù)據(jù)的規(guī)律性，理論聯(lián)系實(shí)際解釋化學(xué)規(guī)律。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，小組成員協(xié)同合作，分析變量關(guān)系，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；運(yùn)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本原理和基本方法(技術(shù))，選擇適當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備，設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)流程和可行的實(shí)驗(yàn)方案；通過(guò)試驗(yàn)得到可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合分析得出結(jié)論，撰寫(xiě)總結(jié)報(bào)告。

課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度矩陣見(jiàn)表1，從表1可以看出，本課程目標(biāo)很好地支撐了畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，由于物理化學(xué)不直接面向工程應(yīng)用并且限于本專業(yè)生源及教學(xué)條件，對(duì)指標(biāo)點(diǎn)4-1 的支撐強(qiáng)度一般。本文確定的課程目標(biāo)具有較高的可操作性和可觀測(cè)性，有利于學(xué)生清楚學(xué)習(xí)目標(biāo)和進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，也有利于教師評(píng)估目標(biāo)是否達(dá)成。在教學(xué)過(guò)程中，借鑒文獻(xiàn)的做法[14]，按照“知識(shí)目標(biāo)、基本能力目標(biāo)、高級(jí)能力目標(biāo)”三種類型將課程目標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化；并且針對(duì)每一次實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，都設(shè)定了預(yù)期學(xué)習(xí)成果(限于幅面，不再列出)。

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度矩陣

1.2 基于OBE理念的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，基于OBE 理念反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，需要明確各知識(shí)點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)預(yù)期課程教學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)及程度[2,15]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，將知識(shí)點(diǎn)分為實(shí)驗(yàn)講座、基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。各知識(shí)點(diǎn)與課程目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度矩陣見(jiàn)表2，從表2 看出，綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)對(duì)課程目標(biāo)的支撐強(qiáng)度高。因此在滿足經(jīng)典傳承的基礎(chǔ)上，加大了綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的比例，一方面將部分基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)改造為綜合型實(shí)驗(yàn)，另一方面新增一些綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，綜合型設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列于表3。

表2 知識(shí)點(diǎn)與課程目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度矩陣

表3 綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，課時(shí)分配大致為：實(shí)驗(yàn)講座占5%，基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)占40%，綜合型實(shí)驗(yàn)占35%，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)占20%。通過(guò)綜合型設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于鞏固學(xué)生的基本知識(shí)，鍛煉實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

1.3 基于OBE理念的教學(xué)模式

OBE 理念強(qiáng)調(diào)教育的靈活性，在產(chǎn)出目標(biāo)明確的基礎(chǔ)上，不拘泥于特定的指導(dǎo)方法[5]。本課程從前幾年起，實(shí)施以培養(yǎng)問(wèn)題解決能力為核心的“PMPR 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式”，這種教學(xué)模式主要在于教學(xué)觀念和思路的改變，并不排斥其他教學(xué)法，在教學(xué)過(guò)程中可以根據(jù)需要采用啟發(fā)式、討論式、探究式等教學(xué)法[10]?；贠BE 理念，聚焦預(yù)期學(xué)習(xí)成果，本文進(jìn)一步優(yōu)化了“PMPR實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式”。下面將“優(yōu)化的內(nèi)容”作簡(jiǎn)要介紹。

課前預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，為了促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)思考問(wèn)題，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)。在原有基礎(chǔ)上增加了：

(1)在實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)中給出了明確的“預(yù)期學(xué)習(xí)成果”，這是課程目標(biāo)在某次實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的具體化，使學(xué)生能夠清楚在本次教學(xué)活動(dòng)中將要學(xué)會(huì)什么。

(2)根據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟，提取關(guān)鍵詞，用方框圖畫(huà)出實(shí)驗(yàn)操作流程。

(3)將實(shí)驗(yàn)操作的視頻發(fā)給學(xué)生提前學(xué)習(xí)，讓學(xué)生初步了解實(shí)驗(yàn)操作的重要步驟。

“課中”是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要過(guò)程，一般分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是講解演示和討論；二是學(xué)生動(dòng)手操作，教師巡視指導(dǎo)。OBE 理念要求課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)轉(zhuǎn)變”，一是從灌輸課堂向?qū)υ捳n堂轉(zhuǎn)變，二是從知識(shí)課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變[4,16]。因此按照PMPR 教學(xué)思路，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，靈活運(yùn)用“啟發(fā)式、討論式、探究式”等教學(xué)方法；引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，比較實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行深入討論。如果是設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，則增加一個(gè)環(huán)節(jié)：學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)方案，老師和其他同學(xué)點(diǎn)評(píng)。

通過(guò)PMPR 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合應(yīng)用能力，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。

2 結(jié)語(yǔ)

遵循“反向設(shè)計(jì)，正向?qū)嵤钡脑瓌t，本文確定了三條操作性和觀測(cè)性較強(qiáng)的課程目標(biāo)，構(gòu)建了綜合型設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占55%的內(nèi)容體系，采用了“PMPR”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過(guò)改革探索和實(shí)踐，取得了較好的成效：一是轉(zhuǎn)變了教學(xué)理念，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”和“能力本位”；二是克服了傳統(tǒng)教學(xué)模式的一些缺陷；三是明顯增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力。

由于教學(xué)條件等原因，還存在著一些不足：一是沒(méi)有充分利用現(xiàn)代化的教育技術(shù)，以后應(yīng)當(dāng)在SPOC 方面加強(qiáng)；二是受傳統(tǒng)教學(xué)的影響，還不能完全貫徹OBE 理念，還需要在以后的教學(xué)中繼續(xù)改進(jìn)。