基于OBE理念的《波譜分析》課程教學(xué)改革

劉賽文 張 勁

(湖南城市學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

成果導(dǎo)向教育理念(outcome-based education, OBE)的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施是以學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果為目標(biāo)，重在培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來、適應(yīng)社會的綜合能力。這些成果是學(xué)生畢業(yè)后能“帶走”的實(shí)際能力。OBE理念強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)明確想讓學(xué)生取得什么樣的學(xué)習(xí)成果；為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果；如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果；如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些成果[1]。結(jié)合《波譜分析》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，將OBE理念運(yùn)用到該課程的教學(xué)改革實(shí)踐中，以“反向設(shè)計(jì)，正向?qū)嵤睘樵瓌t，確定該課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，并設(shè)計(jì)實(shí)施波譜分析教學(xué)改革方法及路徑，有效解決以往該課程教學(xué)中存在的問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。

1 明確教學(xué)目的，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

波譜分析方法在化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)論文環(huán)節(jié)和考研中是必不可少的。本課程主要包括紫外光譜、紅外光譜、核磁共振氫譜、核磁共振碳譜和質(zhì)譜五大部分。首先明確各部分內(nèi)容對預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出的貢獻(xiàn)程度，精煉授課內(nèi)容。(1)由于紫外光譜和紅外光譜能夠提供的結(jié)構(gòu)信息有限，在教學(xué)過程中會適當(dāng)縮減這兩部分的課時(shí)數(shù)，重點(diǎn)突出核磁共振光譜和質(zhì)譜的相關(guān)內(nèi)容。(2)在每一種波譜中可弱化基礎(chǔ)理論和公式推導(dǎo)，詳授譜圖與化合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系和吸收波長的影響因素，重點(diǎn)教會學(xué)生識譜和解譜，即能夠通過分析譜圖準(zhǔn)確推斷出化合物結(jié)構(gòu)。(3)增加常用化學(xué)軟件的相關(guān)知識，使學(xué)生會處理相應(yīng)的紅外光譜和核磁共振譜等數(shù)據(jù)。例如，在講解紅外光譜內(nèi)容時(shí)，介紹 Origin 軟件的使用方法，教會學(xué)生運(yùn)用原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖并識圖；在核磁共振譜部分演示ChemOffice軟件的操作，教會學(xué)生使用Chemdraw畫出化合物的結(jié)構(gòu)式，并利用其核磁預(yù)測功能來輔助解譜[2]。(4)引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，讓學(xué)生掌握譜圖數(shù)據(jù)庫的檢索，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行匹對。例如，在日本的SDBS數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站上輸入化合物的名稱、分子式或CAS號，可以免費(fèi)獲取各類化合物的譜圖。

2 改革教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)方法

2.1 教主于學(xué)

教學(xué)要以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)識、發(fā)展、實(shí)踐和創(chuàng)新。學(xué)生在分析化學(xué)和有機(jī)化學(xué)課程中已經(jīng)學(xué)過紫外光譜和紅外光譜的基本原理，可以適當(dāng)運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂，給予學(xué)生在課堂上展示學(xué)習(xí)成果的時(shí)間。教師將課堂時(shí)間主要用于解決學(xué)生在“備課”過程中遇到的難點(diǎn)問題，給學(xué)生提供高效、有針對性的輔導(dǎo)建議，使學(xué)生不僅學(xué)了，而且會了。

2.2 多方融合

把傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢和數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來，兩者互補(bǔ)，才能獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。例如分子振動(dòng)形式、Larmor進(jìn)動(dòng)、屏蔽和去屏蔽效應(yīng)等枯燥的概念和原理，用Flash動(dòng)畫的形式展現(xiàn)，便于學(xué)生理解。由于儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的圖片缺乏立體感，學(xué)生很難對儀器構(gòu)造有直觀的認(rèn)識，利用網(wǎng)絡(luò)上制作精良的動(dòng)畫和模型，多角度、立體式地展示儀器的工作原理和過程，可以深入了解儀器[3]。利用微信、QQ可進(jìn)行在線討論和答疑；依托數(shù)字教育平臺，可上傳課件、作業(yè)、學(xué)習(xí)資料，與學(xué)生進(jìn)行課堂互動(dòng)。

2.3 寓教于樂

能否調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)習(xí)的興趣是教學(xué)能否取得成功的關(guān)鍵。波譜分析知識記憶內(nèi)容較多，在教學(xué)過程中編制口訣，可“化繁冗為簡短，變凌亂為有序”，使難記的知識朗朗上口，容易引起學(xué)生興趣[4]。例如，烷烴紅外光譜的波數(shù)范圍口訣為：“識圖先學(xué)飽和烴，3000以下看峰形。2960、2870是甲基，2930、2850亞甲基。1470碳?xì)鋸潱?380甲基顯。兩個(gè)甲基同一碳，1380分二半。面內(nèi)搖擺720，長鏈亞甲可現(xiàn)行。”

在教學(xué)中開展一些游戲性質(zhì)的活動(dòng)，能活躍氣氛，提高興趣，使教學(xué)收到良好的效果。在學(xué)習(xí)紅外光譜、核磁共振氫譜和核磁共振碳譜的吸收峰歸屬時(shí)，設(shè)計(jì)如下游戲：班上同學(xué)分為8組，每一組同學(xué)記住一個(gè)或幾個(gè)官能團(tuán)的吸收峰范圍，請學(xué)生“對口令”，老師說出官能團(tuán)，相對應(yīng)得學(xué)生說出峰值范圍。

2.4 案例精舉

在教學(xué)過程中引入典型案例，激發(fā)學(xué)生興趣。2015年屠呦呦因發(fā)現(xiàn)治療瘧疾的新藥物療法，為人類做出巨大貢獻(xiàn)，被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。屠呦呦團(tuán)隊(duì)在1972年得到了抗瘧有效成分，通過波譜分析確定了青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，它是一種含有過氧基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯，青蒿素從此走向全世界。在引入案例的同時(shí)，講解怎么運(yùn)用波譜分析確定新化合物的結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.5 學(xué)以致用

本課程最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解析四大光譜的能力，為以后工作或科研打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。首先，教師講解結(jié)構(gòu)與譜圖的關(guān)系，并傳授解譜技巧。然后向有機(jī)化學(xué)老師收集科研課題中發(fā)現(xiàn)的未知化合物的相關(guān)譜圖，再讓學(xué)生以小組為單位通過查閱文獻(xiàn)和利用所學(xué)知識對新化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行最終確認(rèn)。最后，在課堂上對解譜過程和結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)講解，并回答老師和同學(xué)提出的問題。學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的過程中可獲得成就感，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，提高邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。教師在與學(xué)生討論和交流的環(huán)節(jié)，可發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的短板，從而及時(shí)調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，使理論與實(shí)踐相輔相成。

3 優(yōu)化評價(jià)體系，考察實(shí)踐能力

OBE教學(xué)模式下，波譜分析課程從過程性考核和多元化考核兩方面入手，建立有效的評價(jià)體系。

過程性考核模式強(qiáng)調(diào)對學(xué)生學(xué)習(xí)波譜分析過程中的學(xué)習(xí)狀態(tài)和階段性學(xué)習(xí)成果的考核。每個(gè)單元學(xué)習(xí)結(jié)束后，設(shè)定與其對應(yīng)的試題進(jìn)行階段性測試，過程性考核的運(yùn)用旨在強(qiáng)化學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)知識的積累，促使學(xué)生及時(shí)掌握課程基礎(chǔ)知識。

多元化考核包括撰寫文獻(xiàn)綜述、實(shí)驗(yàn)測試及期末考試等多種形式。(1)學(xué)生結(jié)合授課內(nèi)容追蹤波譜學(xué)科研究前沿技術(shù)及應(yīng)用，通過查閱文獻(xiàn)，選取自己所喜歡的方向，寫出兩千字左右的綜述性論文。旨在啟發(fā)學(xué)生思考問題的能力，同時(shí)了解該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。(2)學(xué)生對有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中自己制備的化合物進(jìn)行紅外光譜檢測并確定其結(jié)構(gòu)，考查學(xué)生制樣和測樣的能力。(3)期末考試以開卷形式考查學(xué)生綜合解譜能力，以結(jié)合所學(xué)知識分析譜圖獲取化合物結(jié)構(gòu)信息并正確推出化合物結(jié)構(gòu)為評分標(biāo)準(zhǔn)。多元化的考核模式更加科學(xué)與合理，保證了學(xué)生對基本理論及知識的掌握，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和探索精神。

4 結(jié)語

成果導(dǎo)向教育是一種適應(yīng)于社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的教育。波譜分析教學(xué)改革通過科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、積極探索教學(xué)方法和靈活運(yùn)用教學(xué)手段使學(xué)生獲得最大能力，能夠利用波譜分析方法對未知化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，在科學(xué)研究和生產(chǎn)工作中解決實(shí)際問題，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的課程目標(biāo)。