基于OBE理念的精細有機合成單元反應(yīng)教學(xué)探索與實踐

王英磊,李入林,張群安,葉紅勇,杜朝軍

(南陽理工學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院,河南 南陽 473004)

為深化新建地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展，我校以成果導(dǎo)向教育(outcomes-based education, OBE)理念為指導(dǎo)思想，按照新工科建設(shè)和工程教育專業(yè)認證的要求，根據(jù)普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，制定新的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，全面提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量?；贠BE的教育模式注重對學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出的分析，反向設(shè)計學(xué)生的教育結(jié)構(gòu)和評價體系，從而有效提升教學(xué)質(zhì)量。實施OBE教育理念的主要步驟是定義(defining)、實現(xiàn)(realizing)、評估(assessing)和使用(using)學(xué)習(xí)產(chǎn)出，可分別在學(xué)校、專業(yè)和課程層面具體落實[1]。OBE是一種務(wù)實的教育思維，其實施原則是“以學(xué)生為中心”、“以目標(biāo)為導(dǎo)向”和“持續(xù)改進”。在應(yīng)用型本科院校引入OBE理念，有助于完善應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，增強學(xué)生未來職業(yè)發(fā)展競爭力。

精細有機合成單元反應(yīng)是應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)精細化工方向的專業(yè)核心課程，是學(xué)生在完成有機化學(xué)、物理化學(xué)、化工原理等基礎(chǔ)課程后，理論與實踐結(jié)合較強的一門專業(yè)課程。為培養(yǎng)學(xué)生成為適應(yīng)社會發(fā)展的精細化工行業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才，本文將探討OBE理念在精細有機合成單元反應(yīng)教學(xué)中的實施與應(yīng)用。

1 精細有機合成單元反應(yīng)的教學(xué)現(xiàn)狀

精細有機合成單元反應(yīng)的課程內(nèi)容涉及精細有機合成基礎(chǔ)理論，磺化和硫酸化、硝化和亞硝化、鹵化、還原、氧化、重氮化、氨基化、烴基化、酰基化、羥基化、縮合、環(huán)合等14類單元反應(yīng)的反應(yīng)特點、反應(yīng)歷程、影響因素和生產(chǎn)實例。然而，繁雜的反應(yīng)類別、抽象的反應(yīng)理論以及眾多的合成實例，導(dǎo)致知識體系非常零散且龐大，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)過程枯燥乏味[2]。此外，精細化工行業(yè)產(chǎn)品、工藝更新?lián)Q代較快，但受到教材時效性的限制，教材內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展存在一定程度的脫節(jié)。因此，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，將OBE教育理念引入精細有機合成單元反應(yīng)的課程教學(xué)是應(yīng)用型本科院校教學(xué)改革的必然趨勢。

2 基于OBE理念的精細有機合成單元反應(yīng)教學(xué)探索與實踐

2.1 確定學(xué)生預(yù)期的學(xué)習(xí)成果

OBE教育理念的核心是以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，因而其實施的首要環(huán)節(jié)是確定學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果。專業(yè)課程的學(xué)習(xí)成果可以分為知識性成果和能力性成果，前者是指學(xué)生掌握與該專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識的程度，后者則指學(xué)生完成學(xué)習(xí)后能夠具備適應(yīng)社會發(fā)展所需的專業(yè)技術(shù)能力[3]。教師應(yīng)充分考慮學(xué)校、用人單位、學(xué)生等教育利益相關(guān)者的要求與期望，確定課程相對應(yīng)的知識成果目標(biāo)和能力成果目標(biāo)。

精細有機合成單元反應(yīng)作為精細化工方向的專業(yè)主干課程，其課程設(shè)置的目的是深化學(xué)生對化學(xué)、化工基礎(chǔ)理論知識的理解，掌握精細有機合成的基本原理，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及今后從事精細化學(xué)品的開發(fā)與生產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)[4]。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程定位分析，我們確定了本課程的學(xué)習(xí)成果目標(biāo)。知識目標(biāo)是指理解精細有機合成基本理論，掌握典型單元反應(yīng)的反應(yīng)特點和影響因素，以及熟悉重要精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)實例。能力目標(biāo)則指學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠具有精細化學(xué)品設(shè)計、合成和工藝優(yōu)化的能力，同時延伸到創(chuàng)新思維、分析問題與解決問題等專業(yè)綜合能力。

2.2 實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的教學(xué)策略

實施OBE教育理念的核心環(huán)節(jié)是教學(xué)策略。教師應(yīng)根據(jù)預(yù)期學(xué)習(xí)成果，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用多樣化教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生積極性，真正發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用。具體措施如下：

第一，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，靈活選用不同的教學(xué)方法。

精細有機合成單元反應(yīng)課程涉及14類反應(yīng)的反應(yīng)特點、反應(yīng)機理、影響因素和生產(chǎn)實例，知識體系瑣碎且龐大，內(nèi)容也與有機化學(xué)有部分重復(fù)。因此，教師在教學(xué)過程中，首先應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)"求多求全"的思維習(xí)慣，精簡教學(xué)內(nèi)容，突出重難點。例如，對脂肪族化合物取代反應(yīng)理論、重氮化、環(huán)合等內(nèi)容可供學(xué)生自學(xué)，硫酸化、亞硝化、氨基化、羥基化等內(nèi)容則簡略講解。同時，對各種單元反應(yīng)的眾多生產(chǎn)實例，也不能僅簡單羅列，應(yīng)選擇重要且工藝不斷更新的典型產(chǎn)品，重點講述，綜合分析不同合成路線的特點及優(yōu)缺點[5]。

精細有機合成單元反應(yīng)開設(shè)于大學(xué)三年級，學(xué)生已經(jīng)具備一定程度的專業(yè)知識和素養(yǎng)。教師在教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點，以BOPPPS(導(dǎo)學(xué)互動的加式教育)教學(xué)模式為主設(shè)計教學(xué)過程，靈活選用啟發(fā)引導(dǎo)式、項目探究式、分組討論式、問題導(dǎo)向式等教學(xué)方法，充分利用學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗來主動學(xué)習(xí)新知識，為學(xué)生提供自由表達、質(zhì)疑、探究、討論問題的機會，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中加深對知識的理解和掌握[6-7]。在教學(xué)手段上，以多媒體為主、板書為輔，適當(dāng)穿插相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)實踐圖片或視頻，增加課堂教學(xué)的生動性和形象性，提高教學(xué)效果。

第二，滲透綠色化學(xué)理念，引入學(xué)科發(fā)展的前沿知識。

在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的當(dāng)前社會，在精細有機合成單元反應(yīng)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)意識，具有非常重要的現(xiàn)實意義。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時，教師應(yīng)充分挖掘教材，將綠色化學(xué)理念滲透到每一類單元反應(yīng)，突出精細化學(xué)品的綠色合成技術(shù)[8]。綠色化學(xué)在精細有機合成單元反應(yīng)中的滲透，可從化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)試劑、反應(yīng)溶劑、催化劑、合成技術(shù)等精細化學(xué)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手。

例如，在磺化反應(yīng)中，與傳統(tǒng)的過量硫酸磺化法相比，三氧化硫磺化法不生成水，也不產(chǎn)生廢硫酸，具有經(jīng)濟合理、三廢少、反應(yīng)原子經(jīng)濟性高等優(yōu)點。在烴基化反應(yīng)中，使用環(huán)境友好的碳酸二甲酯替代劇毒、致癌的硫酸二甲酯作為甲基化試劑，能夠從源頭上防止或減少污染產(chǎn)生。在縮合反應(yīng)中，采用無毒無害、廉價易得的水作為溶劑，是近年來多組分縮合反應(yīng)的研究熱點。在?；磻?yīng)中，與傳統(tǒng)質(zhì)子酸和路易斯酸相比，固體超強酸催化劑制備簡單、易與產(chǎn)物分離、可回收利用，有良好的工業(yè)發(fā)展前景。在鹵化反應(yīng)中，微波促進鹵素交換反應(yīng)的方法，克服傳統(tǒng)氟化反應(yīng)時間長、溫度高等缺點，為精細化工行業(yè)發(fā)展帶來新的機遇。將綠色化學(xué)與精細有機合成單元反應(yīng)相結(jié)合，有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識和創(chuàng)新能力，以綠色化學(xué)思維指導(dǎo)精細化工新產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。

第三，開展專題項目討論，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

在精細化學(xué)品的實際生產(chǎn)過程中，多數(shù)產(chǎn)品的合成都不是通過一步反應(yīng)完成的，而是涉及多類單元反應(yīng)，同時包含合成路線的選擇、工藝條件的優(yōu)化、產(chǎn)品的分離純化等內(nèi)容[9]。為使理論教學(xué)與工業(yè)生產(chǎn)更加緊密的結(jié)合，以項目為載體，實施專題論文寫作與匯報的教學(xué)方法，將教學(xué)活動由“教師中心”向“學(xué)生中心”轉(zhuǎn)移，培養(yǎng)學(xué)生"在做中學(xué)、在學(xué)中做"的學(xué)習(xí)思維。

首先，由教師指定題目，如貝諾酯的合成、苯佐卡因的合成、苯酚的制備等；接著，學(xué)生分組與選題，針對目標(biāo)產(chǎn)品的研究現(xiàn)狀、合成方法、發(fā)展趨勢等，查閱與分析文獻資料，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)論文格式，撰寫一篇綜述性論文，再制作成PPT講義；最后，每個小組內(nèi)部課下組織討論互評，推薦優(yōu)秀同學(xué)在課堂上演示和講解，通過提問與答疑的形式，學(xué)生與教師針對該專題內(nèi)容進行深入探討。這種教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強了學(xué)生信息檢索能力和語言表達能力，提高了學(xué)生論文寫作水平，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體地位，鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.3 構(gòu)建學(xué)習(xí)成果的評估體系

建立一套合理的學(xué)習(xí)成果考核體系是衡量應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，更是落實OBE教育理念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。OBE教學(xué)評價體系的聚焦點是學(xué)習(xí)成果，因而應(yīng)采用多元化的評價標(biāo)準(zhǔn)，從多角度考察學(xué)生是否達到教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)精細有機合成單元反應(yīng)的課程特點，我們初步形成了以過程性考核和目標(biāo)性考核相結(jié)合的有效評估體系，主要包含三個部分：平時成績(30%)、論文成績(30%)和考試成績(40%)。平時成績再細分為學(xué)生日常考勤、課堂表現(xiàn)和習(xí)題作業(yè)，分別各占10%。同時，綜述性論文和PPT講義也納入考核范圍，從論文內(nèi)容是否全面、語言表達是否準(zhǔn)確、寫作格式是否規(guī)范、講義制作是否簡潔明朗等方面綜合評判，另外對各小組推薦的優(yōu)秀同學(xué)給予額外加分，以激勵學(xué)生認真完成論文。最后，在期末考試中，考核內(nèi)容應(yīng)側(cè)重學(xué)生對知識的應(yīng)用能力，盡量減少對記憶性知識的考察。在試卷中增加綜合應(yīng)用題，針對某一精細化學(xué)品的制備，由學(xué)生自己設(shè)計不同的合成路線，通過綜合考慮原料是否價廉易得、工藝條件是否切實可行等因素來確定最佳合成方法，引導(dǎo)學(xué)生真正做到學(xué)以致用，切實培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用技能。多樣化的評估體系對學(xué)生實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)成果有極大的推進作用，為學(xué)校和教師持續(xù)改進教學(xué)提供參考[10]。

3 結(jié)束語

在新建地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下，將OBE理念應(yīng)用于精細有機合成單元反應(yīng)教學(xué)是一次積極的探索和嘗試。作為一種新型的教學(xué)模式，需要在教學(xué)實踐過程中進行不斷的改進與完善，從而形成一個系統(tǒng)、完整的應(yīng)用型人才培養(yǎng)新模式。