基于OBE理念的生物類專業(yè)“物理化學(xué)”案例式教學(xué)改革與探索

摘 要：“物理化學(xué)”是鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手來探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門科學(xué)，主要介紹化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、界面化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)以及膠體化學(xué)等的原理、規(guī)律和應(yīng)用等，旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理化學(xué)理論解釋化學(xué)領(lǐng)域的現(xiàn)象以及解決生物工程領(lǐng)域科研、實驗、生產(chǎn)中遇到的問題的能力，使學(xué)生能夠利用物理化學(xué)的研究方法探究化學(xué)和生物領(lǐng)域的問題。本文論述了基于OBE教育理念的案例式教學(xué)法對生物類專業(yè)“物理化學(xué)”課程的教學(xué)改革，期望樹立學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作的精神以及提升其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；OBE教學(xué)理念；案例式教學(xué)；生物類專業(yè)；教學(xué)改革

“物理化學(xué)”是鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手來探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門科學(xué)，是連接基礎(chǔ)課與專業(yè)課的橋梁。該課程理論性強，概念抽象，公式定律多，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁雜，計算量大，相對枯燥。作為非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，化學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對薄弱，加之學(xué)時限制，學(xué)生普遍感到吃力，學(xué)習(xí)效果不佳。另外，大部分經(jīng)典的《物理化學(xué)》教材涉及生物領(lǐng)域的內(nèi)容少，與專業(yè)聯(lián)系不密切，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和認(rèn)同度不高，意識不到學(xué)習(xí)本門課的用途。

為解決這一教學(xué)難題，需要從生物類專業(yè)特色入手，結(jié)合“物理化學(xué)”課程的特點進行改革和嘗試，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果，使學(xué)生意識到物理化學(xué)能在生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

案例式教學(xué)法是在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的，組織學(xué)生對案例進行調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，進而提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，加深學(xué)生對基本原理和基本概念理解的一種特定的教學(xué)方法［1］。OBE（Outcome Based Education）教育理念又稱為“成果導(dǎo)向教育”，是一種以“學(xué)生學(xué)習(xí)效果為中心”的教育理念，即教師通過教學(xué)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式讓學(xué)生達到預(yù)期學(xué)習(xí)目的，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量［2］。

開展案例式教學(xué)可將抽象的知識形象化，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，擴展學(xué)生的視野和知識面，把單一的知識結(jié)構(gòu)向多層次的知識網(wǎng)絡(luò)延伸，提高學(xué)生用理論解決實際問題的能力［3］。將OBE理念融入案例式教學(xué)過程中，結(jié)合學(xué)生討論，針對“物理化學(xué)”課程知識理論性強、難理解的特征，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏理論聯(lián)系實際等特點，在“物理化學(xué)”課程中開展生物案例式教學(xué)，踐行OBE理念，是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加強學(xué)生對理論知識理解和掌握的有效方法。本文通過案例式教學(xué)方法以及“學(xué)生學(xué)習(xí)效果為中心”的教育理念相結(jié)合的教學(xué)改革方案的探索和實施，計劃對“物理化學(xué)”課程教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考評方式等多個方面進行改革。

一、教學(xué)改革目標(biāo)

（一）創(chuàng)新內(nèi)容設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

將物理化學(xué)知識與生物學(xué)專業(yè)特色相結(jié)合，構(gòu)建物理化學(xué)相關(guān)的生物案例庫，使學(xué)生認(rèn)識到物理化學(xué)的“美”。

（二）完成案例分析，提高綜合能力

引入案例分析思路，使學(xué)生根據(jù)生物案例庫或其自查的案例去分析并尋找物理化學(xué)知識在其中所發(fā)揮的作用，達到在有限的教學(xué)時間內(nèi)使學(xué)生將化學(xué)理論與生物學(xué)實踐相結(jié)合的目的。

（三）踐行OBE理念，達成多元化評價

通過案例分析，形成初步的報告，采用教師評價和學(xué)生互評的方式綜合評價，卷面考試的部分題目也與生命科學(xué)更緊密相關(guān)。以“學(xué)生對物理化學(xué)產(chǎn)生興趣”和“學(xué)生熟練運用物理化學(xué)知識”等成果為導(dǎo)向，多元化評價教學(xué)效果。

二、教學(xué)改革內(nèi)容

（一）分析學(xué)習(xí)興趣點，構(gòu)建生物案例庫

“物理化學(xué)”課程的知識目標(biāo)在于掌握物理化學(xué)基本規(guī)律、原理及其相互聯(lián)系，熟知物理化學(xué)理論和實驗方法，并能利用公式分析具體過程?！拔锢砘瘜W(xué)”課程理論性強，理論部分枯燥，因此，提高學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用的信心，在教學(xué)效果的呈現(xiàn)方面尤為關(guān)鍵。

結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，將“物理化學(xué)”課程分為若干教學(xué)單元，主要包括化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、界面化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)以及膠體化學(xué)等五個教學(xué)單元，分析各個單元需要掌握的要點以及可能與生命科學(xué)相聯(lián)系的興趣點，選擇適合的教材，幫助構(gòu)建生物案例庫。

為更好地服務(wù)于案例式教學(xué)改革，參考課程相關(guān)資料設(shè)計相應(yīng)案例，同時兼顧課程的學(xué)時要求，我們從多種優(yōu)秀教材中選擇了適合本課程的教材和參考書。本課程將天津大學(xué)物理化學(xué)教研室主編的《物理化學(xué)》作為主要教材，該教材涵蓋了熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、相平衡、電化學(xué)、界面現(xiàn)象、化學(xué)動力學(xué)以及膠體化學(xué)等多個部分，并包含系統(tǒng)的課程練習(xí)和對應(yīng)的物理化學(xué)現(xiàn)象分析。同時，本課程教學(xué)以北京大學(xué)高月英、戴樂蓉等編著的《物理化學(xué)（生命科學(xué)類）》為主要參考書，該參考書根據(jù)生命科學(xué)發(fā)展的需要，對物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識進行了合理的取舍，增加了耗散結(jié)構(gòu)理論、兩親分子的有序組合體等與生命科學(xué)密切相關(guān)的知識，使得該參考書中介紹的知識與現(xiàn)代生命科學(xué)結(jié)合得更為緊密。

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)“物理化學(xué)”課程的興趣，結(jié)合生物類專業(yè)其他生命科學(xué)相關(guān)課程（如“生物化學(xué)”“微生物學(xué)”“生物制藥”等）有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，并與對應(yīng)知識點相關(guān)的視頻、介紹以及參考書或文獻聯(lián)合，共同形成完整的有關(guān)生命科學(xué)的“物理化學(xué)”教學(xué)案例，整合多個案例，最終構(gòu)建“物理化學(xué)”課程的生物案例庫。經(jīng)分析，得到“物理化學(xué)”課程中可成為生物案例的部分知識點，如表1所示。

教師可聯(lián)系物理化學(xué)領(lǐng)域的最新進展，將其中適合建立生物案例的部分補充至生物案例庫。對于學(xué)有余力或?qū)ξ锢砘瘜W(xué)前沿進展感興趣的學(xué)生，可向其推薦高水平期刊，特別是化學(xué)、生物交叉學(xué)科的期刊，鼓勵其追蹤最新學(xué)術(shù)動態(tài)。通過查閱中英文文獻，掌握國內(nèi)外最新的學(xué)術(shù)熱點，進一步嘗試撰寫綜述文章等，追求物理化學(xué)知識運用于前沿領(lǐng)域的更高目標(biāo)。

本課程的授課團隊均為生命科學(xué)學(xué)院教師，科研方向集中于生命科學(xué)領(lǐng)域或生命科學(xué)與化學(xué)的交叉領(lǐng)域，這樣可保證對于物理化學(xué)學(xué)習(xí)興趣點的了解，能更好地把化學(xué)知識用于分析解決生命科學(xué)問題，更有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。此外，還可與生命科學(xué)學(xué)院其他專業(yè)課如生物化學(xué)、微生物學(xué)等課程的教師合作，聯(lián)合備課或聯(lián)合講授與生命科學(xué)聯(lián)系緊密的知識點，有效培養(yǎng)學(xué)生的綜合運用能力。

（二）分組討論案例，完成案例分析

將案例式教學(xué)法的思路貫穿整個教學(xué)過程。對傳統(tǒng)教學(xué)模式中的教學(xué)互動方式如課堂提問等進行改革，采用信息化手段使學(xué)生更好地參與師生間的互動，將生物學(xué)案例融入課堂提問中，并通過雨課堂發(fā)起提問，學(xué)生回答后可在線上看到案例問題分析等。

對于小組案例分析任務(wù)，教師先將生物案例庫構(gòu)建于超星學(xué)習(xí)通平臺，學(xué)生利用超星學(xué)習(xí)通平臺上的分組任務(wù)（PBL）分析和討論自己選定的案例，以設(shè)計和完成案例分析為任務(wù)，學(xué)生以小組形式進行合作，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過查找資料、小組討論，完整分析一個生物案例，形成自己的思考，以報告和課堂講解的形式向教師和其他學(xué)生呈現(xiàn)，通過教師評分和學(xué)生互評考查其案例分析的效果。此外，學(xué)生也可自行查閱文獻并設(shè)計案例，并與教師討論，教師從中篩選出合適的案例，上傳至線上平臺的生物案例庫中，也能較好地補充和完善生物案例庫。

提出并解決問題，使學(xué)生認(rèn)識到物理化學(xué)知識能夠解決生命科學(xué)問題，并且物理化學(xué)與自己的專業(yè)有效結(jié)合，與自己的專業(yè)課緊密相關(guān)，能更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)知識的興趣，而且也可提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團隊協(xié)作的能力。具體實施方案如下。

（1）生物案例庫構(gòu)建。教師在分析學(xué)習(xí)興趣點后，將收集整理的生物案例上傳于線上平臺，包括案例題目、簡介、參考資料等。并在講解物理化學(xué)知識后，布置案例分析任務(wù)。例如，在講解《電化學(xué)》章節(jié)后，向?qū)W生介紹生物電化學(xué)的知識，給出若干案例任務(wù)，供各小組選擇，各小組也可根據(jù)查閱的資料分析自行查到的其他案例。

（2）分組。學(xué)生自由分組（3～4人一組），可由學(xué)生自己確定組內(nèi)成員分工，包括資料查閱、分析報告撰寫、課堂講解等的人員分配。

（3）案例分析與討論。各小組通過組內(nèi)討論選擇案例作為分析任務(wù)，從模型構(gòu)建、現(xiàn)象分析以及過程計算等方面對該案例進行分析。以生物電化學(xué)為例，某小組選擇了細(xì)胞膜電勢作為其案例任務(wù)，該小組成員在查閱文獻、整理信息及討論后確定生物案例分析的初步方案，如細(xì)胞膜或其他生物膜模型電勢模型的構(gòu)建、物理化學(xué)知識的運用以及計算過程的實施，并與教師討論。

（4）案例報告撰寫。將分析后的結(jié)論匯總整合成為案例報告，大致包括案例的生物學(xué)背景，案例的模型構(gòu)建、現(xiàn)象解釋以及計算、總結(jié)和心得等。

（5）案例分析成果展示。各小組采用課堂講解的形式進行展示，也可錄制講解視頻上傳至線上，如超星學(xué)習(xí)通平臺的分組任務(wù)（PBL）。

（6）案例分析成果評價。在超星學(xué)習(xí)通的分組任務(wù)中，教師可進行評價，各組之間可以進行互評，綜合評價案例分析報告和課堂展示。課堂上，教師和學(xué)生可共同討論，完成案例分析的評價。

（7）案例庫更新。在學(xué)期課程結(jié)束后，收集該學(xué)期課程的成果，并將案例分析完成優(yōu)秀的小組的成果作為新的案例上傳至線上平臺，完善和更新生物案例庫，形成教學(xué)成果導(dǎo)向的良性循環(huán)。

生物案例分析過程中，有以下幾點需要關(guān)注。

（1）需要切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所選取的案例有前瞻性和趣味性，教師需要充分調(diào)動學(xué)生分析生物案例的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生理論解釋現(xiàn)象的綜合實踐能力。

（2）需要保證每個組員的參與。加強案例分析過程考核，各組分別派組員分析報告和課堂講解，并回答教師和學(xué)生提出的問題，從而提高學(xué)生的主動性并培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

（3）需要總結(jié)和更新生物案例庫。學(xué)期課程結(jié)束后，根據(jù)學(xué)生案例分析的情況，對于生物案例庫中的案例進行添加、刪減及調(diào)整，使得生物案例庫中包含更多優(yōu)秀案例。

（三）踐行OBE理念，優(yōu)化評價體系

本門課程的總成績采用每名學(xué)生的平時成績（包括生物案例分析所得成績）和期末試卷卷面成績共同評價，教學(xué)改革的研究目標(biāo)確保新的評價方式可以更準(zhǔn)確地評價學(xué)生的綜合能力，有助于學(xué)生實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力的提升，為今后更多元化的評價方式奠定基礎(chǔ)。

改進傳統(tǒng)的平時成績考核方法，關(guān)注并考核學(xué)生課程學(xué)習(xí)過程中的效果，將平時成績所占比例適當(dāng)提升。平時成績由課堂表現(xiàn)、案例分析、課后作業(yè)等多個環(huán)節(jié)構(gòu)成。案例式教學(xué)的成績評定，采用教師評分和學(xué)生互評的手段相結(jié)合的方式，綜合評定學(xué)生的平時成績。平時成績評定方法如表2所示，各個環(huán)節(jié)的成績加權(quán)后得到總的平時成績，各項權(quán)重在教學(xué)過程中也可根據(jù)教學(xué)情況進行調(diào)整，考核方法注重對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的檢驗和學(xué)習(xí)過程的考查。

期末考試試題也更重視綜合能力的考查，在分值分配方面有所側(cè)重。對于期末考試，仍采用筆試形式，但期末考試試題也要更重視對與生命科學(xué)相關(guān)知識的考查，在分值分配方面有所側(cè)重。對于原有教學(xué)模式側(cè)重于計算題的考核方式予以改革，增加簡答分析題，將案例融入該題目中，透過現(xiàn)象，使學(xué)生能用物理化學(xué)基礎(chǔ)知識解釋現(xiàn)象和分析解決問題，認(rèn)識到物理化學(xué)知識可以學(xué)以致用，這也使學(xué)生具有理論解釋現(xiàn)象的應(yīng)用能力、擴展至生命科學(xué)的綜合能力以及能夠聯(lián)系科研前沿的創(chuàng)新能力，更好地達成教學(xué)目標(biāo)和踐行OBE教學(xué)理念。

結(jié)語

“物理化學(xué)”是一門理論性較強的課程，案例式教學(xué)是理論結(jié)合實踐的重要途徑，通過案例式教學(xué)特別是生物案例教學(xué)，以及文獻查閱、團隊協(xié)作等手段，可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合運用能力，綜合考核評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有效踐行OBE教學(xué)理念，期望通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠切實得到成長，從而為國家和社會培養(yǎng)更多理論知識扎實、綜合能力強的高素質(zhì)人才。

參考文獻：

［1］張亞萍，張紅平，霍冀川.基于案例教學(xué)法的物理化學(xué)課程教學(xué)改革探索與實踐［J］.大學(xué)化學(xué)，2018，33（11）：8285.

［2］解國梁，楊忠國，林彥宇，等.OBE教育理念下高校實踐教學(xué)體系建設(shè)研究［J］.內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，36（03）：258261.

［3］胡晨光，蔡艷青，許瑩，等.案例式教學(xué)在結(jié)構(gòu)化學(xué)課程中的探索與應(yīng)用［J］.高教學(xué)刊，2022，8（03）：9093+98.

基金項目：2024年鄭州大學(xué)教育教學(xué)改革研究與實踐項目基于OBE理念的生物類專業(yè)《物理化學(xué)》案例式、討論式教學(xué)改革與實踐（編號：2024ZZUJGXM175）；鄭州大學(xué)教育教學(xué)改革研究與實踐項目實驗動物與動物實驗技術(shù)“學(xué)研融合”教學(xué)模式的改革與實踐（編號：2024ZZUJGXM177）

作者簡介：王偉宸（1985— ），男，漢族，黑龍江寶清縣人，博士研究生，講師，主要從事天然產(chǎn)物分離及應(yīng)用研究。