基于OBE理念的有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

周文紅　張艷軍　石海信　鄭韻英

【摘要】本文基于工程教育專業(yè)認(rèn)證和建設(shè)“金課”的背景下，針對(duì)有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，在OBE理念下提出該課程的教學(xué)改革方案，提出結(jié)合地方高校的實(shí)際情況，優(yōu)化課程知識(shí)體系，以逆向設(shè)計(jì)思路為抓手，構(gòu)建“目標(biāo)—教學(xué)—評(píng)價(jià)”一體化的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)框架，確保目標(biāo)、教學(xué)、評(píng)價(jià)三者高度融合，踐行OBE倡導(dǎo)的“成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)”教育理念。

【關(guān)鍵詞】專業(yè)認(rèn)證 有機(jī)化學(xué) 教學(xué)改革 逆向設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2022）06-0151-04

OBE（成果導(dǎo)向教育）理念是工程教育的核心理念，倡導(dǎo)“成果導(dǎo)向”“學(xué)生中心”和“持續(xù)改進(jìn)”，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的全程跟蹤與進(jìn)程式評(píng)價(jià)。2016年，我國(guó)加入國(guó)際工程教育《華盛頓協(xié)議》組織，成為第18個(gè)成員。2018年，教育部頒布《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)三個(gè)“突出”原則，即“突出學(xué)生中心、突出產(chǎn)出導(dǎo)向、突出持續(xù)改進(jìn)”，這意味著國(guó)內(nèi)高校也開始探索中國(guó)特色化的OBE教學(xué)模式。

有機(jī)化學(xué)是化工、材料、能源等專業(yè)進(jìn)行工程認(rèn)證的畢業(yè)支撐課程，其教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)生完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)思維方式、提升科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力具有重要作用，也為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。目前，大學(xué)有機(jī)化學(xué)課程存在學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)分散、理論晦澀等問(wèn)題，而地方高校的生源質(zhì)量參差不齊，大多數(shù)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力較差。為此，將OBE理念引入有機(jī)化學(xué)課程中，對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)評(píng)價(jià)等進(jìn)行系列改革和探索，有助于解決上述難題，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

一、學(xué)情分析

本研究通過(guò)問(wèn)卷和訪談的方式，對(duì)北部灣大學(xué)大一、大二學(xué)生進(jìn)行調(diào)查。所選學(xué)生來(lái)自廣西、湖南、四川等14個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)），涉及專業(yè)有化學(xué)工程與工藝、能源化工、高分子材料，主要了解學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)信心、學(xué)習(xí)方式等情況。

調(diào)查結(jié)果表明，74%的學(xué)生在中學(xué)選修了《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊，其中30%的學(xué)生將其作為高考選修模塊。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為理論抽象、化學(xué)反應(yīng)繁多雜亂、記憶困難。比如，難以深入理解價(jià)鍵理論、雜化軌道理論;能說(shuō)出甲烷、乙烯、乙炔的空間結(jié)構(gòu)，但無(wú)法用理論對(duì)其進(jìn)行解釋，甚至對(duì)理論內(nèi)容不清楚。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，有26%的學(xué)生是零基礎(chǔ)，聽課較吃力，對(duì)有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)信心不足，需要采取“面對(duì)面”批改作業(yè)、“一對(duì)一”幫扶的辦法幫助他們補(bǔ)漏和解惑。

在學(xué)習(xí)方式方面，85%的學(xué)生支持選用多媒體，偏好啟發(fā)式和講授式教學(xué)，贊同課堂上師生、生生互動(dòng)，不再認(rèn)同機(jī)械重復(fù)學(xué)習(xí)方法，希望教師提供課程學(xué)法指導(dǎo)。46%的學(xué)生表示不會(huì)將知識(shí)遷移到實(shí)際情境中解決問(wèn)題和理解新概念。調(diào)查顯示，單純的灌輸式教學(xué)會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。啟發(fā)式講解以問(wèn)題引導(dǎo)思維，留出思考空間，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，但因課時(shí)少所以影響了師生、生生在課上的互動(dòng)交流。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，高校有機(jī)化學(xué)課程應(yīng)該關(guān)注大學(xué)與中學(xué)、有機(jī)化學(xué)與無(wú)機(jī)化學(xué)、學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)的銜接關(guān)系，為學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法提供適切性的幫助。教師必須重視基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的能力提升，實(shí)行差異化教學(xué)，幫助學(xué)生取得預(yù)期學(xué)習(xí)成果，實(shí)現(xiàn)提高課程教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

二、課程內(nèi)容整合

目前，有機(jī)化學(xué)教材主要以官能團(tuán)為線索來(lái)安排教學(xué)內(nèi)容，并將理論知識(shí)分散到各個(gè)章節(jié)。這種編排的好處在于每一章的內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立和系統(tǒng)，前面章節(jié)的內(nèi)容不影響后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)。缺點(diǎn)是不同官能團(tuán)的學(xué)習(xí)不能整合，內(nèi)容結(jié)構(gòu)化差，理論知識(shí)與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)及性質(zhì)之間聯(lián)系不緊密。

按照OBE反向設(shè)計(jì)原則，依托學(xué)習(xí)主題，遵循注重實(shí)際應(yīng)用、突出培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和解決化工復(fù)雜問(wèn)題能力的基本原則，現(xiàn)將教學(xué)內(nèi)容整合為三大部分。第一部分是結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性，包括價(jià)鍵理論、雜化軌道理論、電子效應(yīng)、酸堿理論等理論知識(shí)，強(qiáng)調(diào)用基礎(chǔ)理論闡述有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。例如，利用雜化軌道理論解釋烷烴、烯烴、炔烴的空間結(jié)構(gòu)，利用電子效應(yīng)解釋有機(jī)化合物的穩(wěn)定性、反應(yīng)活性，運(yùn)用酸堿理論分析不同化合物的α-氫酸性強(qiáng)弱及α-氫在相關(guān)反應(yīng)中表現(xiàn)出的反應(yīng)活性不同的原因。這一部分突出“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的核心觀念，將“基于理論模型認(rèn)知有機(jī)化合物”的思維方式根植于學(xué)生的頭腦中，引導(dǎo)學(xué)生從較高層面去學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)，為學(xué)好和學(xué)活有機(jī)化學(xué)打下基礎(chǔ)。第二部分是有機(jī)化合物知識(shí)，以“化合物的結(jié)構(gòu)為主線”，通過(guò)反應(yīng)機(jī)理將不同類型的化合物建立意義關(guān)聯(lián)，使得每一章都是后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)，前后內(nèi)容緊扣。例如，鹵代烴、醇、醚及胺等化合物，都有一個(gè)碳-雜原子極性共價(jià)鍵。由于雜原子的電負(fù)性不同，它們進(jìn)行親核取代反應(yīng)的活性有很大差別。整合內(nèi)容有助于學(xué)生建構(gòu)完整的知識(shí)框架，掌握舉一反三的學(xué)習(xí)方法，解決有機(jī)化學(xué)反應(yīng)記憶難的問(wèn)題。第三部分是有機(jī)合成，強(qiáng)調(diào)有機(jī)化學(xué)在有機(jī)合成上的應(yīng)用，學(xué)習(xí)如何運(yùn)用有機(jī)化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)和規(guī)律，分析和解決有機(jī)合成問(wèn)題。

三、OBE理念下的教學(xué)設(shè)計(jì)重構(gòu)

OBE教學(xué)基于“產(chǎn)出”的核心思想，聚焦于學(xué)生“學(xué)到了什么”，而不是教師“教了什么”。OBE理念認(rèn)為，教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程所取得的學(xué)習(xí)成果，教學(xué)目標(biāo)先于教學(xué)內(nèi)容存在，課程資源、學(xué)習(xí)任務(wù)、教學(xué)評(píng)價(jià)等活動(dòng)都需圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即OBE課程設(shè)計(jì)是以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)過(guò)程。威金斯和麥克泰格提出“以終為始”的逆向設(shè)計(jì)是OBE教學(xué)的有效抓手，即以預(yù)期目標(biāo)為起點(diǎn)，圍繞目標(biāo)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，根據(jù)目標(biāo)和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)，通過(guò)評(píng)價(jià)診斷和驅(qū)動(dòng)教學(xué)，促使預(yù)期目標(biāo)達(dá)成。逆向設(shè)計(jì)使預(yù)期目標(biāo)、教學(xué)評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)體驗(yàn)之間產(chǎn)生更高的一致性，更好地推動(dòng)OBE教學(xué)?；谀嫦蛟O(shè)計(jì)思路，構(gòu)建了以“學(xué)生學(xué)習(xí)為中心”的“目標(biāo)—教學(xué)—評(píng)價(jià)”一體化教學(xué)設(shè)計(jì)（如圖1所示）。下文以“鹵代烴”為例，重點(diǎn)探索化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的三個(gè)關(guān)鍵步驟。

（一）明確教學(xué)目標(biāo)

“學(xué)生應(yīng)該知道什么，理解什么，能夠做什么？”這是教學(xué)設(shè)計(jì)要解決的第一層次的核心問(wèn)題。教學(xué)大綱、教科書、學(xué)情分析是教學(xué)目標(biāo)制定的重要依據(jù)，布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)為教師提供了一個(gè)理解目標(biāo)含義的組織框架。20世紀(jì)90年代，克拉斯沃爾與安德森協(xié)同認(rèn)知心理學(xué)家、課程與教學(xué)論專家以及測(cè)量與評(píng)價(jià)專家對(duì)《教育目標(biāo)分類學(xué)：認(rèn)知領(lǐng)域》進(jìn)行修訂。修訂版從教學(xué)問(wèn)題、學(xué)習(xí)問(wèn)題、測(cè)評(píng)問(wèn)題和一致性問(wèn)題對(duì)認(rèn)知領(lǐng)域的分類進(jìn)行了新的詮釋。

布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)分為知識(shí)和認(rèn)知過(guò)程兩個(gè)維度，其中知識(shí)維度分為事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、程序性知識(shí)和元認(rèn)知知識(shí)，認(rèn)知過(guò)程由低級(jí)到高級(jí)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造6個(gè)類別。每類知識(shí)對(duì)應(yīng)6個(gè)認(rèn)知水平，每個(gè)認(rèn)知水平也對(duì)應(yīng)著4種知識(shí)類型。每類知識(shí)又分為若干亞類，共11個(gè)知識(shí)亞類;每個(gè)認(rèn)知層級(jí)又分為若干亞過(guò)程，共19個(gè)亞認(rèn)知過(guò)程。布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)通過(guò)“名詞+動(dòng)詞”形式陳述目標(biāo)，動(dòng)詞描述預(yù)期的認(rèn)知過(guò)程，名詞描述學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果，而外顯行為動(dòng)詞為教學(xué)測(cè)評(píng)提供了操作層面的依據(jù)。例如，“鹵代烴”（4課時(shí)）的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)和評(píng)估以及三者一致性，可以在表1上展示出來(lái)。

由表1可知，這個(gè)主題有4個(gè)教學(xué)目標(biāo)，目標(biāo)1（A2）——理解事實(shí)性知識(shí)，即學(xué)生能解釋親核試劑，確定分子進(jìn)攻的反應(yīng)位點(diǎn);推測(cè)鹵代烴進(jìn)行親核取代反應(yīng)、消除反應(yīng)、與金屬反應(yīng)的產(chǎn)物。目標(biāo)2（B4）——分析概念性知識(shí)，即學(xué)生學(xué)會(huì)寫出鹵代烴的SN1、SN2、E1、E2反應(yīng)的機(jī)理。目標(biāo)3（C3）——運(yùn)用程序性知識(shí)，即學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)命名法對(duì)鹵代烴命名;用Saytzeff規(guī)則推斷消除反應(yīng)的主要和次要產(chǎn)物;用實(shí)驗(yàn)鑒別不同結(jié)構(gòu)的鹵代烴;用電子效應(yīng)解釋不同結(jié)構(gòu)鹵代烴的反應(yīng)活性。目標(biāo)4（B5）——評(píng)價(jià)概念性知識(shí)，即學(xué)生根據(jù)不同的底物、親核試劑、離去基團(tuán)或溶劑推測(cè)哪種取代或消除反應(yīng)是較快的。目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4均設(shè)置了教學(xué)活動(dòng)和相應(yīng)的測(cè)評(píng)，表明三者完全一致。

（二）確定評(píng)價(jià)依據(jù)

“哪些證據(jù)表明學(xué)生已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期結(jié)果？”這是教學(xué)設(shè)計(jì)要解決的第二個(gè)層次的核心問(wèn)題。教師需要根據(jù)目標(biāo)確定具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方式，以判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)理解和掌握情況。為了客觀地考查學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，應(yīng)該采用多種評(píng)價(jià)方式。傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，包括非正式的評(píng)價(jià)方式，如口頭提問(wèn)、觀察和談話等;正式的評(píng)價(jià)方式，如日常性的考查和考試;基于任務(wù)的評(píng)價(jià)方式，如課堂討論、課堂任務(wù)、真實(shí)情境任務(wù)、長(zhǎng)期項(xiàng)目等方式。

不同的學(xué)習(xí)結(jié)果需要對(duì)應(yīng)不同的評(píng)價(jià)方式，評(píng)價(jià)方式必須與學(xué)習(xí)目標(biāo)相匹配。比如，目標(biāo)1（能夠解釋親核試劑，確定分子進(jìn)攻的反應(yīng)位點(diǎn)）的認(rèn)知水平是理解水平，教學(xué)中采取問(wèn)答和練習(xí)的評(píng)價(jià)方式。測(cè)評(píng)1提出問(wèn)題“哪些物質(zhì)可以作為親核試劑？判斷依據(jù)是什么？親核試劑進(jìn)攻底物的哪個(gè)位置？”測(cè)評(píng)2設(shè)計(jì)練習(xí)“（1）[NH4][+]、CN-、Br[+]、CH3NH2、CH3ONa、H2O;（2）CH3I+CH3CH2ONa→;CH3I+NaSH→”。練習(xí)1要求學(xué)生能夠正確選擇親電試劑和親核試劑，學(xué)會(huì)通過(guò)分析結(jié)構(gòu)理解親核試劑的本質(zhì)屬性。練習(xí)2則是在不同反應(yīng)中識(shí)別親核試劑和底物，預(yù)測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物。布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)不僅用于目標(biāo)設(shè)計(jì)，而且也可用于學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)，包括對(duì)評(píng)分細(xì)則的設(shè)置。例如，學(xué)生舉出熟悉的親核試劑（識(shí)記），得1分;通過(guò)分析結(jié)構(gòu)得出正確結(jié)果（理解），得1分;分析具體化學(xué)反應(yīng)得出正確結(jié)果（遷移應(yīng)用），得1分。教師根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信息判斷學(xué)生的認(rèn)知水平，及時(shí)調(diào)整教學(xué)（如圖2所示）。

（三）設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)

“哪些學(xué)習(xí)活動(dòng)和教學(xué)能夠促進(jìn)預(yù)期結(jié)果的達(dá)成？”這是教學(xué)設(shè)計(jì)要解決的第三個(gè)層次的核心問(wèn)題。為了更好地解決這個(gè)問(wèn)題，教師需要從學(xué)生的角度思考：（1）學(xué)生已經(jīng)知道了哪些知識(shí)，新知識(shí)與原有經(jīng)驗(yàn)有沒(méi)有銜接好;（2）學(xué)生應(yīng)該做些什么才能得到預(yù)期結(jié)果;（3）在什么情景中學(xué)生才能更好地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容;（4）哪些內(nèi)容值得深入理解。只有我們厘清了這些問(wèn)題后，才能真正做好教學(xué)活動(dòng)計(jì)劃——包括教學(xué)方法、教學(xué)次序及資源材料的選擇。逆向設(shè)計(jì)為教師提供了一個(gè)安排教學(xué)活動(dòng)的路線圖，即設(shè)計(jì)工具（WHERE），分別是明確教學(xué)目標(biāo)（Where）、激發(fā)學(xué)習(xí)意愿（Hook）、逐步探究主題（Explore）、反思學(xué)習(xí)過(guò)程（Rethink）和展評(píng)學(xué)習(xí)所得（Evaluate）。下面是以“鹵代烴”為主題的設(shè)計(jì)工具（WHERE）型教學(xué)設(shè)計(jì)案例（見上頁(yè)表2）。

需要注意的是，這些教學(xué)活動(dòng)不是按照上面的順序進(jìn)行，尤其在逐步探究主題和教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)及學(xué)生自我評(píng)價(jià)之間，這些教學(xué)活動(dòng)是交錯(cuò)進(jìn)行的，這是教師在教學(xué)中需要注意的問(wèn)題。

總而言之，在課時(shí)大幅壓縮和建設(shè)“金課”背景下，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在OBE理念下對(duì)有機(jī)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行改革與實(shí)踐探索中要結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、自主學(xué)習(xí)能力低的實(shí)際情況，優(yōu)化有機(jī)化學(xué)課程知識(shí)體系，突出學(xué)習(xí)內(nèi)容的重難點(diǎn)，幫助學(xué)生建構(gòu)完整的知識(shí)框架，避免教師進(jìn)入“覆蓋教材”的教學(xué)誤區(qū)。以逆向設(shè)計(jì)思路為抓手，構(gòu)建“目標(biāo)—教學(xué)—評(píng)價(jià)”三位一體的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，促使目標(biāo)、教學(xué)、評(píng)價(jià)三者有機(jī)融合，突出學(xué)生中心、成果導(dǎo)向及持續(xù)改進(jìn)的教育理念。改革后的課程能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，使教學(xué)取得更好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]威金斯，麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[2]安德森.布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)[M].北京：外語(yǔ)教學(xué)與研究出版社，2009.

注：本文系2017年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2017JGA321）、2019年北部灣大學(xué)高等教育本科教學(xué)改革項(xiàng)目（19JGYB23）的研究成果之一。

作者簡(jiǎn)介：周文紅，廣西柳州人，碩士，北部灣大學(xué)石油與化工學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榇髮W(xué)化學(xué)教學(xué);張艷軍，北部灣大學(xué)石油與化工學(xué)院教授，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué);石海信，北部灣大學(xué)石油與化工學(xué)院教授，研究方向?yàn)椴牧吓c化工;鄭韻英，北部灣大學(xué)石油與化工學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。

（責(zé)編 盧建龍）