新工科背景下基于OBE教育理念的“大學(xué)化學(xué)”課程教學(xué)改革

江 文

（重慶科技學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

高校肩負(fù)著為社會(huì)輸送人才的重要職責(zé)，關(guān)鍵在于如何讓在校學(xué)生培養(yǎng)起工程思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，這是工程人才培養(yǎng)的核心任務(wù)[1]。隨著新工科背景下工程技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，工程人才的培養(yǎng)模式也面臨著轉(zhuǎn)型和升級(jí)的挑戰(zhàn)。其中，OBE（Outcomes-Based Education）是一種以“達(dá)成”“結(jié)果”為導(dǎo)向的教育理念和模式。在進(jìn)一步推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化和全球經(jīng)濟(jì)一體化的背景下，我國(guó)需要通過(guò)OBE 理念來(lái)指導(dǎo)高等教育變革，并以此推動(dòng)高等教育的教學(xué)改革，這也是為了實(shí)現(xiàn)培育與國(guó)際市場(chǎng)接軌的創(chuàng)新型高素質(zhì)工程人才的必然途徑[2]。

OBE 的核心思想是“以學(xué)生的成果為中心”，即在教學(xué)過(guò)程中，將學(xué)生的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為一系列預(yù)先確定的目標(biāo)，并通過(guò)對(duì)達(dá)成這些目標(biāo)的過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果及獲得的技能[3]。

作為高等教育中理工科非化學(xué)化工類專業(yè)必修的課程，“大學(xué)化學(xué)”主要涵蓋了化學(xué)反應(yīng)的基本原理及相關(guān)的基礎(chǔ)技能。通過(guò)學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到化學(xué)理論和技能在工程實(shí)際應(yīng)用中扮演的角色，同時(shí)也可以利用現(xiàn)代科技把化學(xué)當(dāng)中的理論和工程相聯(lián)系，進(jìn)而構(gòu)筑起化學(xué)理論知識(shí)和工程之間的關(guān)系橋梁?！按髮W(xué)化學(xué)”教學(xué)的總體目標(biāo)是要求學(xué)生在高中學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)上逐步深化理論，同時(shí)提高對(duì)當(dāng)前學(xué)科的發(fā)展特點(diǎn)及其與其他專業(yè)領(lǐng)域之間的密切聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，從而訓(xùn)練學(xué)生在工程實(shí)際中應(yīng)用化學(xué)理論與方法開(kāi)展問(wèn)題分析與解決的能力。

但由于各地的初高中教師數(shù)量和水平不均及地理?xiàng)l件的不同，使得他們?cè)诓饺敫咝：蟮幕瘜W(xué)基礎(chǔ)知識(shí)參差不齊，存在明顯的兩極分化現(xiàn)象[4]。此外，在2019年開(kāi)展第三次綜合試驗(yàn)改革后，湖北、湖南、河北、廣東和重慶等八個(gè)地區(qū)的高考采取了“3+1+2”的模式，化學(xué)隨即變成了“政地生化”四門再選科目中的一門，而化學(xué)又是四門再選科目中難度最大的一門，因而較多學(xué)生棄選化學(xué)，這使得這部分學(xué)生在步入高校后，在化學(xué)方面的知識(shí)儲(chǔ)備不足，影響后續(xù)“大學(xué)化學(xué)”課程的學(xué)習(xí)。“大學(xué)化學(xué)”課程雖然經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)發(fā)展，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和取得了顯著的成效，但在教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題。

1 “大學(xué)化學(xué)”教學(xué)中的問(wèn)題

1.1 課程理論內(nèi)容偏多，工程實(shí)踐內(nèi)容偏少

在教材方面，我校“大學(xué)化學(xué)”目前使用的是高等教育出版社出版的《普通化學(xué)》（第七版）。在授課中，需用32學(xué)時(shí)來(lái)講解化學(xué)反應(yīng)的基本原理（化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)、方向和程度、化學(xué)反應(yīng)速率），溶液中的化學(xué)平衡（酸堿電離平衡、沉淀溶解平衡和氧化還原平衡），以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成（原子結(jié)構(gòu)及元素性質(zhì)周期性、化學(xué)鍵與分子間相互作用力、晶體結(jié)構(gòu)）等三部分的內(nèi)容。這幾部分內(nèi)容抽象且理論知識(shí)較多，從而造成32學(xué)時(shí)的教學(xué)比較緊張，而且教學(xué)內(nèi)容中工程實(shí)踐方面的知識(shí)偏少，缺乏教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。

1.2 授課手段單一

“大學(xué)化學(xué)”的授課方式基本是以教師主講PPT為主，教學(xué)手段較為單一，師生互動(dòng)較少，而且課程內(nèi)容體系龐雜，知識(shí)理論性強(qiáng)、抽象難懂，學(xué)生由于缺乏前期化學(xué)知識(shí)的回顧而無(wú)法完成知識(shí)的銜接和融會(huì)貫通，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，感到課程比較枯燥乏味，致使教學(xué)質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，與新工科要求中對(duì)人才質(zhì)量的培養(yǎng)產(chǎn)生了差距。

1.3 課程的考核方法陳舊

“大學(xué)化學(xué)”課程目前的考核評(píng)價(jià)方式是把平時(shí)成績(jī)（占30%）和期末考試（占70%）綜合考量在內(nèi)。期末考試的題型主要有五種，包括選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題。盡管有多種題型，但大多數(shù)題目主要涉及的是概念和化學(xué)反應(yīng)原理的闡釋，總體而言與工程實(shí)踐有著很大的區(qū)別。而平時(shí)成績(jī)考核的則是學(xué)生的平時(shí)作業(yè)完成情況，以及上課的表現(xiàn)和出勤情況?？偟膩?lái)說(shuō)，現(xiàn)階段的課程考核方式主要是評(píng)估學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，側(cè)重于學(xué)生的記憶和理解能力，而無(wú)法有效衡量學(xué)生應(yīng)用化學(xué)理論和技能解決工程問(wèn)題的能力。這樣，學(xué)生常常容易陷入應(yīng)試心態(tài)，在考試時(shí)過(guò)分重視應(yīng)付方法卻忽略了知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐應(yīng)用，由此造成教學(xué)效果的明顯下降。

2 以O(shè)BE 教育理念的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)改革

OBE 的理念是以學(xué)生為重心，以產(chǎn)出為指導(dǎo)，持續(xù)推進(jìn)改革，它在教學(xué)過(guò)程中注重教學(xué)的目標(biāo)、效果和結(jié)果，并強(qiáng)調(diào)學(xué)生的素質(zhì)和技能的培養(yǎng)[5]。自2014年起，我國(guó)學(xué)者逐漸開(kāi)始關(guān)注起了OBE 教育理念，并相繼在化工原理、物理化學(xué)等課程中引入了它[6-7]。以O(shè)BE 理念為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)“大學(xué)化學(xué)”課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容、教學(xué)模式與手段、課程考核方法等方面實(shí)施改革，能夠激起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高學(xué)生的工程意識(shí)，進(jìn)而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

2.1 明確教學(xué)目標(biāo)，突出教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)目標(biāo)方面，首先要明確改革的初衷是基于學(xué)生的實(shí)際情況。傳統(tǒng)的“大學(xué)化學(xué)”課程目標(biāo)多注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，而基于 OBE 教育理念的課程目標(biāo)則更注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和能力培養(yǎng)。因此，在OBE 的教育理念下，在“大學(xué)化學(xué)”課程的教學(xué)大綱中，要明確教學(xué)的目標(biāo)和能力的基本要求，注重學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新能力與素養(yǎng)的綜合發(fā)展，并突出以培養(yǎng)能力為中心的教學(xué)方向。而課程的知識(shí)框架體系則作為支撐，可減弱教學(xué)本身知識(shí)結(jié)構(gòu)的封閉性和局限性，提高與其他課程的聯(lián)系。知識(shí)點(diǎn)的整合，可以使學(xué)生掌握并關(guān)聯(lián)相關(guān)課程的知識(shí)，從而有助于他們把所學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)融合，并在腦海中形成清晰、層次分明的知識(shí)框架，而不是簡(jiǎn)單的知識(shí)堆積。

教學(xué)內(nèi)容方面，則是需要強(qiáng)調(diào)課程主線和邏輯順序，改善課程內(nèi)容的編排，將與高中內(nèi)容相近的知識(shí)點(diǎn)排在前面，然后由淺入深。另外，在教學(xué)內(nèi)容中增加一些實(shí)用的基礎(chǔ)教學(xué)知識(shí)和實(shí)際工程案例，以凸顯課程內(nèi)容與工程實(shí)踐的聯(lián)系，并培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。此外，在教學(xué)內(nèi)容中還需與時(shí)俱進(jìn)，在教學(xué)中增加反映學(xué)科前沿和國(guó)內(nèi)外重大成果的內(nèi)容，從而提高課程的科學(xué)和高階性。教師還可以將自己的科研成果應(yīng)用到教學(xué)中，通過(guò)科研回饋教學(xué)，并將實(shí)踐融入教學(xué)過(guò)程中。例如，在講述“化學(xué)平衡的移動(dòng)”這一章節(jié)時(shí)，可以引出這樣的工程案例，“合成氨工業(yè)中，定期對(duì)原料進(jìn)行馳放氣是什么原因？”將化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)與實(shí)際操作聯(lián)系起來(lái)，從而激發(fā)學(xué)生積極思考，以凸顯課程內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)。

2.2 改革教學(xué)手段，達(dá)成預(yù)期產(chǎn)出

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要是以灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，而在OBE 的教育理念下，需采用問(wèn)題導(dǎo)向式、探討式、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法，并結(jié)合使用雨課堂等多種信息化工具，以提高學(xué)生上課的積極性。建立一個(gè)能夠逐漸提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的教學(xué)模式，即利用案例逐步引導(dǎo)，讓學(xué)生進(jìn)行案例的研究和自主探索，分析不同案例，從而提高學(xué)生的能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，另外，還可以將專業(yè)知識(shí)的深入理解與思政教育相融合，使學(xué)生可以充分地運(yùn)用辯證唯物主義的觀點(diǎn)剖析和解決問(wèn)題，有助于他們形成正確的人生價(jià)值觀和科學(xué)發(fā)展觀。如此，學(xué)生就可以把零碎的知識(shí)點(diǎn)和方法有機(jī)融合，并系統(tǒng)化，從而逐步上升到方法論層面。例如，在講到“氧化還原平衡”這一章節(jié)的內(nèi)容時(shí)，可以提出這樣的導(dǎo)入式的問(wèn)題，“氧化還原平衡的知識(shí)在我國(guó)制造業(yè)的應(yīng)用有哪些？”在授課過(guò)程中，教師即可針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，首先講授氧化還原平衡知識(shí)與電化學(xué)的聯(lián)系，并根據(jù)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的重大戰(zhàn)略，講授電化學(xué)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中的重要作用，幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)發(fā)展的新理念。

2.3 改革考核方式，構(gòu)建多維測(cè)評(píng)方法

OBE 理念要求對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容和方式要多樣化，評(píng)價(jià)范圍涵蓋學(xué)生的知識(shí)、能力和創(chuàng)新性等幾個(gè)方面，不再只關(guān)注最后一次期末考試，而是強(qiáng)調(diào)過(guò)程的連續(xù)性和多樣性考核[8]。

基于OBE 理念，在“大學(xué)化學(xué)”課程的考核中，以靈活多樣的過(guò)程評(píng)價(jià)進(jìn)行考核，通過(guò)使用多樣化的方式，如章節(jié)測(cè)驗(yàn)、課堂問(wèn)答和課程作業(yè)等，以及多種信息化手段，如超星學(xué)習(xí)通和雨課堂，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行及時(shí)反饋和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。改革之后，會(huì)對(duì)學(xué)生的平時(shí)成績(jī)進(jìn)行更加多樣的考核，首先是課堂出勤（占比10%），包括課堂的隨機(jī)點(diǎn)名和平臺(tái)的簽到；然后是課堂上的表現(xiàn)（占比50%），主要包括兩部分，一是考核學(xué)生在課堂上的課堂表現(xiàn)及對(duì)課堂章節(jié)測(cè)驗(yàn)的參與情況（占比40%），二是學(xué)生參與工程案例的討論情況（占比10%）；最后是課后作業(yè)（占比40%），主要反映線下作業(yè)的完成情況。其中的課程章節(jié)測(cè)驗(yàn)，教師可以通過(guò)“學(xué)習(xí)通”等工具在授課期間實(shí)時(shí)發(fā)布，“學(xué)習(xí)通”隨后即可統(tǒng)計(jì)學(xué)生的完成情況，方便教師了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況。隨后，教師再針對(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行講解，及時(shí)糾正學(xué)生出錯(cuò)較多的地方，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。課后，再利用“學(xué)習(xí)通”開(kāi)展調(diào)查，可以要求學(xué)生自我評(píng)估學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，以及評(píng)估知識(shí)、能力和情感目標(biāo)的達(dá)成情況，再請(qǐng)學(xué)生評(píng)價(jià)授課情況并提出建議。這樣，對(duì)于掌握學(xué)生在各階段的學(xué)習(xí)狀況，以及在今后的課程中及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法都是有益的。

對(duì)于期末考試的內(nèi)容，為了更好地適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的需求，在期末考試的內(nèi)容中，添加一些工程實(shí)踐案例，以考查學(xué)生處理工程問(wèn)題的能力。例如，可以出這樣一道工程實(shí)踐的題目，“某沿海煉化廠在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量船舶清倉(cāng)水、頂管作業(yè)水、污油罐切水等特殊點(diǎn)源含油污水，目前工廠采用常規(guī)生化處理方法來(lái)處理上述油污廢水，但效果較差，能否結(jié)合所學(xué)的氧化還原平衡的知識(shí)，給該廠提出相應(yīng)的處理建議？”通過(guò)對(duì)課程考核方法的改革，可以多維度地評(píng)估學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況、分析處理復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

通過(guò)該方案，對(duì)汽服2022級(jí)的“大學(xué)化學(xué)”課程進(jìn)行改革，并與未改革前汽服2021級(jí)同學(xué)的成績(jī)進(jìn)行對(duì)比，汽服2021級(jí)是在2022年開(kāi)設(shè)的“大學(xué)化學(xué)”課程，開(kāi)班人數(shù)72人，汽服2022級(jí)是在2023年開(kāi)設(shè)的課程，開(kāi)班人數(shù)63人，兩個(gè)學(xué)期學(xué)生的成績(jī)分布如圖1所示，可以看到，改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有了顯著提升，汽服2022級(jí)學(xué)生的平均分從59提升到了69分，中位數(shù)也從61增加到了72分，與實(shí)施前相比有了明顯提高。由此數(shù)據(jù)可看出，基于OBE 教育理念的課程教學(xué)改革，既強(qiáng)化了學(xué)生的中心地位，又提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

圖1 兩個(gè)學(xué)期“大學(xué)化學(xué)”課程的學(xué)生成績(jī)分布

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合“大學(xué)化學(xué)”課程目前存在的教學(xué)內(nèi)容偏理論、授課手段單一和課程考核方式陳舊等問(wèn)題，提出基于OBE 教育理念對(duì)該課程進(jìn)行改革，通過(guò)優(yōu)化和改革“大學(xué)化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)、教學(xué)手段和方法、教學(xué)考核方法等，旨在提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。實(shí)踐證明，將OBE 理念與“大學(xué)化學(xué)”課程有機(jī)融合后，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和分析解決工程問(wèn)題的能力均得到了提升。