基于OBE理念的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐

朱元強(qiáng) 陳永東 方申文 余宗學(xué)

摘要：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)對化學(xué)化工類專業(yè)工程技術(shù)型人才的培養(yǎng)非常重要。為了滿足OBE工程教育背景下人才培養(yǎng)的需要，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，引入項(xiàng)目負(fù)責(zé)制、混合式教學(xué)模式、小班教學(xué)和“成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)”的育人理念，完善考核制度和課程評價機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了“學(xué)生中心”的教學(xué)轉(zhuǎn)變。這種教學(xué)模式，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，提高了學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力，能夠有效促進(jìn)工程技術(shù)型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;工程教育;學(xué)生中心;達(dá)成度

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0087-03

教育部在“新世紀(jì)教改工程”中強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)的宗旨是注重學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。[1]強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。[2]物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是利用物理和化學(xué)的技術(shù)手段表征體系的性質(zhì)，揭示物理、化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)所遵循規(guī)律的科學(xué)。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是教學(xué)向科學(xué)研究實(shí)踐過渡的重要階段，在化工、應(yīng)化等專業(yè)人才培養(yǎng)中占有重要地位。因此，做好物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有重要意義。[3，4]

目前，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能很好滿足新形勢下人才培養(yǎng)的需要，[5，6]這就需要引入新的教學(xué)理論，變革教學(xué)模式。2013年，我國成為《華盛頓協(xié)議》的成員，開啟了我國工程教育的新篇章。工程教育遵循成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)的教育理念。成果導(dǎo)向教育（Outcome based education，OBE）理念引導(dǎo)工程教育改革，具有現(xiàn)實(shí)意義。[7]OBE理念遵循反向設(shè)計、正向?qū)嵤┑脑瓌t。反向設(shè)計是從需求開始，由需求決定培養(yǎng)目標(biāo)，由培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求，由畢業(yè)要求決定課程體系。我?；I(yè)2015年通過工程教育專業(yè)認(rèn)證，2018年化工和環(huán)境工程專業(yè)接受了現(xiàn)場考察和評估。借助實(shí)踐成果導(dǎo)向的教育理念，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生能力的培養(yǎng)方面取得了良好的效果。

一、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

經(jīng)過對國內(nèi)外物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)研分析，結(jié)合我校學(xué)生對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反饋意見，改革前的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要不足如下。

1.課程目標(biāo)和畢業(yè)要求認(rèn)識不到位。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式和教學(xué)手段單一，教師對課程目標(biāo)和能力要求強(qiáng)調(diào)不夠，學(xué)生理解不好，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中目標(biāo)不明確，沒能很好進(jìn)行獨(dú)立思考，導(dǎo)致最終實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不能很好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更新不足。教學(xué)內(nèi)容主要針對物理化學(xué)的基本原理和性質(zhì)規(guī)律開展驗(yàn)證。這些實(shí)驗(yàn)雖然能加深學(xué)生對概念、原理的理解，但是沒有很好實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力的培養(yǎng)，也不能適應(yīng)當(dāng)前不同學(xué)科發(fā)展的需要和新工科的建設(shè)要求。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與能力培養(yǎng)連貫性不足。以前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以掌握儀器的使用、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)報告為主。這種教學(xué)模式?jīng)]有很好地體現(xiàn)學(xué)生中心的教育理念，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中缺乏主動性，沒有針對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題展開研討，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力。實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中，意外問題經(jīng)常發(fā)生，而這些問題的解決需要有敏銳的捕捉能力和探索精神。這就導(dǎo)致學(xué)生在新環(huán)境中需要轉(zhuǎn)變思維方式和學(xué)習(xí)方法。

4.教學(xué)方法和考核機(jī)制單一。改革前，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏師生間的溝通和討論。課程考核以實(shí)驗(yàn)報告和期末考試為主，缺乏對學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和考核，這就造成學(xué)生只關(guān)注結(jié)果，不關(guān)注知識的獲取過程，忽略發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題等能力的培養(yǎng)。

二、基于OBE理念的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)

培養(yǎng)目標(biāo)是對畢業(yè)生在畢業(yè)后5年左右能夠達(dá)到的職業(yè)和專業(yè)成就的總體描述，是人才培養(yǎng)的總綱，是構(gòu)建專業(yè)知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成課程體系和開展教學(xué)活動的基本依據(jù)。畢業(yè)要求是對學(xué)生畢業(yè)時所應(yīng)掌握的知識和能力的具體描述。培養(yǎng)目標(biāo)是確定畢業(yè)要求的依據(jù)，畢業(yè)要求是達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)的支撐?；诖?，《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程的目標(biāo)為：通過課程的學(xué)習(xí)，具備初步的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計能力，能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案搭建實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)施實(shí)驗(yàn)研究、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法進(jìn)行分析，得到有效結(jié)論，并能夠撰寫科技報告。

（二）物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)、達(dá)到畢業(yè)要求，并與國際科技發(fā)展前沿動態(tài)融合，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上需要不斷更新。

一方面，改進(jìn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。經(jīng)典的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是對物理化學(xué)知識的重構(gòu)，幫助學(xué)生建立理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁。在教學(xué)過程中，學(xué)生不僅要熟悉實(shí)驗(yàn)程序，更重要的是鞏固基礎(chǔ)理論，重構(gòu)物理化學(xué)知識體系，內(nèi)化為自己的能力。這樣，教師在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生了解和掌握發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的方法，培養(yǎng)獲取知識的能力。[8]因此，對經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使之具有一定的未知性和挑戰(zhàn)性是必要的。[9，10]根據(jù)我校實(shí)際情況，我們改進(jìn)了部分實(shí)驗(yàn)，提升了實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)性。如燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)，教材上要求測定固體物質(zhì)的燃燒熱，改革后要求學(xué)生根據(jù)這個原理設(shè)計相關(guān)實(shí)驗(yàn)，測試未知液體試樣的熱值，使實(shí)驗(yàn)接近生產(chǎn)和生活實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計能力和分析解決問題的能力。

另一方面，引入科研前沿成果，展現(xiàn)學(xué)校的能源特色。學(xué)生既感興趣，又充滿好奇心，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入新的生命活力。如動力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，引入燃料電池和電池催化劑的制備與活性評價。對于改進(jìn)后難以在實(shí)驗(yàn)室完成的，則設(shè)置為課后延伸作業(yè)，要求學(xué)生查閱資料，完成方案設(shè)計。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這是一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效方法。

（三）物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與實(shí)踐

為了實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了更新教學(xué)內(nèi)容外，教學(xué)模式也要適應(yīng)新形勢的要求。

1.“學(xué)生中心”的項(xiàng)目負(fù)責(zé)制。項(xiàng)目負(fù)責(zé)制有利于教師更好地掌握學(xué)生狀態(tài)，促進(jìn)教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)置、過程監(jiān)控、效果評價和持續(xù)改進(jìn)方案的制訂。每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最少由兩名教師共同負(fù)責(zé)，包含實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程指導(dǎo)、目標(biāo)達(dá)成情況評價、項(xiàng)目質(zhì)量報告和持續(xù)改進(jìn)方法。為了更好地進(jìn)行教學(xué)管理，學(xué)校引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。教師公布實(shí)驗(yàn)和開課時間后，學(xué)生自主選擇上課時間和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。選定后，學(xué)生須按時完成實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報告。教師在指定時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分析總結(jié)，提出改進(jìn)意見，最后提交教學(xué)團(tuán)隊(duì)討論，形成成果導(dǎo)向的良性循環(huán)，充分體現(xiàn)“學(xué)生中心”的教育理念。

2.線上線下結(jié)合，充分預(yù)習(xí)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對學(xué)校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況編寫實(shí)驗(yàn)教材和實(shí)驗(yàn)報告冊，方便學(xué)生有針對性地開展預(yù)習(xí)，并完成實(shí)驗(yàn)報告的預(yù)習(xí)部分。同時，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生能夠隨時隨開展學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生中心、終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了資源共享課程。教師將負(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安全環(huán)保注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和能力訓(xùn)練要求、主要儀器操作和注意事項(xiàng)等制作成課件、視頻、教案、題庫等，上傳到課程平臺。學(xué)生通過觀看視頻、教案、課件完成實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)。為了檢測學(xué)生預(yù)習(xí)情況，學(xué)生完成預(yù)習(xí)以后，必須完成檢測題，得分高于70分的學(xué)生允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，低于70分的學(xué)生要再次學(xué)習(xí)，直到達(dá)到預(yù)習(xí)要求方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。這種模式弱化了知識性的灌輸，強(qiáng)化了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，有利于自學(xué)能力和終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)。

3.小班教學(xué)，充分交流。小班教學(xué)有利于教學(xué)理念的貫徹、教育手段的執(zhí)行、師生交流和知識的更好建構(gòu)。自2013年，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)堅持小班教學(xué)，每輪實(shí)驗(yàn)人數(shù)不高于20人，每個小組最多兩人，保證每位學(xué)生均能進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)操作，組內(nèi)能夠有效交流。實(shí)驗(yàn)中，兩位學(xué)生分工協(xié)作，互換角色，遇到問題，及時與同學(xué)、教師討論，培養(yǎng)提出問題、分析問題、展開討論并解決問題的習(xí)慣，實(shí)踐知識的建構(gòu)。教師一邊指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，一邊對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行評價。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生集中討論，交流心得，小組代表闡述對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識。然后，教師進(jìn)行點(diǎn)評，分析如何由實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵、失敗的原因、改進(jìn)方法。對于沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求、達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的學(xué)生，要求重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4.效果評價與持續(xù)改進(jìn)。效果評價是督促學(xué)生學(xué)習(xí)的一個有效手段，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。OBE的教學(xué)評價聚焦在學(xué)習(xí)成果上，采用多元和梯次的評價標(biāo)準(zhǔn)，評價強(qiáng)調(diào)達(dá)成學(xué)習(xí)成果的內(nèi)涵和個人的學(xué)習(xí)進(jìn)步。效果評價要求強(qiáng)化各教學(xué)環(huán)節(jié)的能力考核，弱化結(jié)果，加大過程比重，將考核分為過程成績（50%）和期末成績（50%）。其中，過程成績包括預(yù)習(xí)（20%）+操作（20%）+實(shí)驗(yàn)報告（30%）+安全環(huán)保意識（10%）+團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流（20%）;期末成績包含操作考試（60%）和筆試（40%）兩部分。預(yù)習(xí)成績主要考核學(xué)生的自學(xué)能力、文獻(xiàn)查閱能力和對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計能力。操作成績考核儀器操作技能與規(guī)范程度和實(shí)驗(yàn)中的觀察能力、數(shù)據(jù)記錄的規(guī)范性以及提出問題、分析問題、解決問題的能力和突發(fā)狀況的解決能力。實(shí)驗(yàn)報告主要考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)能力，分析、總結(jié)得出結(jié)論的能力和規(guī)范性。安全環(huán)保意識成績只要考核學(xué)生對用電、化學(xué)試劑、氣瓶等的使用和處理的規(guī)范性。團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流成績主要考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中是否展開獨(dú)立思考，考核提出問題、協(xié)同分析問題、解決問題的能力。考試主要考核學(xué)生對課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。

課程結(jié)束后，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，形成課程質(zhì)量評價報告，從而調(diào)整持續(xù)改進(jìn)措施。

三、結(jié)束語

在工程教育認(rèn)證背景下，針對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，按照OBE的教育理念，進(jìn)行了改革嘗試。將項(xiàng)目負(fù)責(zé)制、混合式教學(xué)模式、小班教學(xué)與“成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)”的育人理念相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了從重結(jié)果到重過程的評價機(jī)制轉(zhuǎn)變，取得了較好的效果。這種教學(xué)模式能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，促進(jìn)終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成，實(shí)現(xiàn)“學(xué)為中心”的教學(xué)轉(zhuǎn)變。這不僅使學(xué)生對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識掌握更加深刻，而且為學(xué)生解決實(shí)際問題、建構(gòu)知識體系提供了一種實(shí)踐模式。

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