OBE理念與模擬實驗相結合的教學改革探索

于萬里

[摘要]將模擬實驗與OBE相結合的教育理念引入到了《寶石學概論》的教學活動中，按照這種教學理念制定了反饋式教學大綱，采用多種方式收集了學生的學習效果，并將學習效果作為反饋信息輸入到下一輪的教學計劃中。在教學方法上，將模擬實驗引進了課堂教學。通過分析給出的實際測量數據，學生對實驗原理有了更深入的理解，提高了綜合分析能力。兩年多教學改革實踐的結果表明，采用模擬實驗與OBE相結合的教學理念，將傳統的以教師為中心轉向了以學生為中心，提高了學生學習的積極性與學習效果。

[關鍵詞]OBE教學理念；模擬實驗；寶石學；教學改革

[中圖分類號]G642.0[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2017）050085050引言

OBE（outcomebased education）教育理念是基于學習產出的一種教育模式，也被稱為成果導向教育。OBE模式以學生的預期學習成果即有效產出為目標，可以從學習產出的定義、實現、評估和使用4個步驟來實施，是設計、實施、組織、運行、評價教學活動的一種行之有效的教育范式。為了實現預期學習產出，教學計劃、課程內容都需按照反饋式的模式進行設計[13]。

1994年，美國學者斯拜迪（Spady W G）在《基于產出的教育模式，爭議與答案》一書中把OBE定義為“基于結果的教育意味著教育系統中的每個環節都圍繞著一個根本的目標，讓所有學生在完成他們的學習經歷后都能獲得成功”。他認為，OBE實現了教育范式的轉換，學生學到了什么和是否成功，遠比怎樣學習和什么時候學習更為重要[4]。此后，西澳大利亞州的教育部門和其他學者也紛紛給出了自己的定義[5]。雖然不同學者對定義的描述有所不同，但都有一個共同的特點：在OBE教育理念中，教育者必須對學生學習結束后應達到的能力及水平目標有清晰的構想，然后設計適宜的教育結構來保證學生達到這些預期目標。OBE教育理念把學習產出而非教科書或教師經驗作為驅動教育系統運作的動力，這同傳統的內容驅動和重視投入的教育理念形成了鮮明的對比。從這個意義上說，OBE教育模式可被認為是一種教育范式的革新。

OBE教育的理念不僅適用于學院、學科、專業或課程群的系統設計和安排[69]，也同樣適用于單門課程的教學[1014]。筆者將OBE教育理念應用到了單門選修課程寶石學概論的教學當中。寶石學是一門實踐性很強的工程類學科。學生在學習寶石學學科時，只有通過觀察、分析大量的寶石標本，才能切實掌握寶石學的內容。要開設寶石學實驗課，需要使用多種精密儀器和寶石標本。由于寶石標本體積小、價值高，容易損壞、遺落，因此，寶石學概論課程安排實驗課很難實現。怎樣來彌補缺少實驗課的不足呢？作者通過兩年多的教學實踐，將模擬實驗引入到了寶石學概論的課堂教學中，并與OBE教育理念相結合，取得了良好的教學效果。

1OBE理念的引入

將OBE理念引入到寶石學概論的教學中，首先要確定學生的學習產出，即成果目標，并將這一目標作為OBE教學方法的反饋輸入信息[15]。如果是新開課或者開課較少，學生的學習成果需要根據教學大綱及教學經驗預先確定。如果課程已經講授過，則可以總結、收集前期學生的學習成果和學習效果，根據前期的學習成果，調整教學內容、教學方法。由于《寶石學概論》課程已經開設多年，往屆學生的學習成果可以作為本屆學生改進教學方法的輸入，本屆學生的學習成果則可以作為下一次開設本課程的反饋輸入。這樣持續下去，就能夠使學生的學習成果不斷地得到提高。

根據往屆學生本課程的學習成果及對教學內容掌握的情況，筆者于2014年首次將OBE理念引入到了寶石學概論教學中，并確定了三點學習成果目標。（1）知識目標：基本理解寶石學的基本理論和基礎知識；（2）技能目標：理解常規研究方法的原理，了解其他研究方法；（3）能力目標：能夠利用基本理論、基礎知識和基本方法對未知的常見寶石進行簡單分析。本課是選修課，因此對學生的要求比必修課有所降低，許多必修課中要求掌握的內容在選修課中被降為基本掌握、基本理解、基本了解。以其中一個具體目標——“珠寶玉石的常規檢測方法”為例，在必修課中是要求掌握的內容。在選修課中，這一具體目標在未引入OBE教學理念和模擬實驗方法時定為基本理解。在引入了OBE教學理念和模擬實驗以后，由于加強了實踐環節，學生對學習目標的掌握程度也得到逐步提高。

2模擬實驗引入課堂教學

為實現這三點學習成果目標，筆者修改了本課程的教學大綱。為達到預定的教學成果目標，在修訂后的教學大綱中，修改了教學內容與教學方法。其中，教學方法中改動較大的是在課堂教學中引入了模擬實驗。在會計類和貿易類的課堂教學中，采用模擬實驗相對較多[1619]，但在工科教學中采用的很少[20]。寶石學開設實驗課需要為學生準備寶石標本和儀器設備。由于寶石標本價格比較昂貴，容易遺落、損壞，檢測儀器也比較精密嬌貴，因此，盡管寶石學的實踐性很強，在寶石學選修課中開設實驗課還是很難實現。

為了將模擬實驗引入到課堂教學，教師需要在上課之前，將模擬實驗的內容在實驗室實際操作完成。將實驗過程、設備環境和測試結果記錄下來，讓學生在課堂上結合實驗過程，分析測試的數據，得出實驗結論。比如，在進行寶石密度測試的模擬實驗前，需要選出寶石樣品，在實驗室用天平分別稱量出其在空氣中和水中的質量，并記錄下測試時的環境溫度。學生在進行模擬實驗時，根據測試的數據，計算出寶石的密度，并根據實驗環境的記錄溫度，對所計算的密度進行修正。得到寶石樣品的密度值之后，要求學生根據寶石的密度值，查閱寶石密度檢索表，初步推斷所測寶石的種屬。

將模擬實驗引入到課堂教學的初期，模擬實驗次數較少。比如，2014年第一次將模擬實驗引入到課堂教學時，只進行了4次模擬實驗。模擬實驗引入課堂教學后，學生的學習興趣得到了提升，縮短了理論和實際的距離，提高了學習效果。經過2014～2015年兩年的實踐與摸索，模擬實驗的內容與次數得到了調整。2016年，本課程的模擬實驗次數固定在了10次左右，穿插于課堂授課過程中。模擬實驗的內容和所屬章節具體如表1所示。endprint

第一類模擬實驗是在介紹實驗方法后，給出實驗數據，學生根據實驗數據進行分析，得出實驗結論。這類模擬實驗能加深學生對知識目標和技能目標的理解，對能力目標的提高也有很大的促進作用。以模擬實驗3為例，模擬實驗3安排在介紹了折射率的測定原理和方法之后。測定寶石折射率時，不僅僅只測得了寶石的折射率和雙折射率值，還要根據測得的折射率值來分析寶石的均非性、軸性和光性的正負，可以獲得寶石很豐富的信息。如果沒有實驗，學生很難掌握折射率的測量和分析方法。在模擬實驗3中，給出了轉動寶石1周測得的8組折射率數據，每組數據包括兩個折射率值。如果所有8組折射率值不變，可以確定寶石是均質體，否則為非均質體。如果各組的折射率值有變化，可以分別比較8組數據的大值和小值。如果大值和小值中有一組不變，可以確定寶石為中級晶族，其中大值變、小值不變者為正光性，小值變、大值不變者為負光性。如果大值和小值都變，則為低級晶族。要確定低級晶族寶石光性的正負，就要分析大值和小值變化的范圍。如果大值變化范圍大，為正光性，小值變化范圍大則為負光性。在模擬實驗中，雖然學生并沒有實際操作折射儀測量寶石的折射率，但是得到了所有實測數據。學生體驗了實驗的關鍵過程，對折射率的測定和分析得到了很好的理解和掌握。在這10次模擬實驗中，2、3、4是第一類模擬實驗。在進行這類模擬實驗時，學生的學習興趣比沒有進行模擬實驗時有明顯提高，對實驗過程有了身臨其境的感覺。通過對實驗數據的分析，加深了對原理的理解。

模擬實驗1和實驗5是第二類模擬實驗，即綜合模擬實驗。實驗時教師把各種測試結果提供給學生，學生通過綜合分析判斷，得出實驗結論，從而提高了對技能目標和能力目標的掌握和理解。以模擬實驗5為例。模擬實驗5是在學生學完了寶石學基礎和鑒定方法部分安排的一次模擬實驗。模擬實驗中給出了兩種寶石的實際測量結果。這些測量結果有些是測量數據，有些是在實驗過程中所觀察到的實驗現象的描述。比如，測量結果中折射率、質量、水中的質量等是使用儀器測得的數據，可見光譜、紫外熒光、均非性、多色性、摩氏硬度等是觀測到的實驗現象的描述。學生要根據這些實測結果，結合樣品的照片，利用各種檢索工具表，通過綜合分析，得出這兩種寶石的可能種屬，并寫出主要依據。綜合分析這些實驗數據，學生不僅大大提高了學習興趣，也使學生對寶石測試過程有了比較深刻的體驗。通過綜合分析測試數據，提高了學生利用各種檢索工具進行綜合分析的能力。

其余模擬實驗為第三類，即應用模擬實驗。這類模擬實驗是將通論中介紹的理論與方法綜合運用到具體寶石中，使學生更好地掌握知識目標、技能目標和能力目標。模擬實驗6安排在鉆石分級內容介紹完之后。實驗中給出了16顆鉆石的照片。學生觀察這些照片可以獲得鉆石的切工種類、鉆石的顏色等信息。模擬實驗要求學生根據這16顆鉆石的切工和顏色，判斷哪些鉆石適合進行4C分級，哪些鉆石不適合，并說出理由。盡管此次模擬實驗并不復雜，沒有要求對鉆石顏色和凈度進行分級，但是結果并不理想。這次模擬實驗讓學生對鉆石分級的條件有了更深刻的理解。

教學內容的調整與教學方法的改進，對實現學習成果目標起到了促進與保證的作用。為實現本課程OBE教學理念的改革，教師在教學中實施了OBE的教改方案。為保證模擬實驗的實施，在教學大綱中調整了教學學時的分配，減少了講課學時數，增加了模擬實驗時間與學生分析、解決問題的內容，使學生由被動學習更多地轉化為主動學習，提高了學生學習的興趣與熱情。

3學習成績的評估

學習成績的評估是OBE教學改革中非常重要的環節。本次教學改革改變了傳統的成績評定方式，學生的學習成績由以下三部分組成：（1）第一部分是學生的平時表現，占總成績的5%，要求學生參與課程的所有環節并簽到，不得缺勤；每缺勤一次扣1分；無故缺勤5次者，取消本門課程的考核資格。（2）第二部分是模擬實驗成績。計劃進行10次模擬實驗，每個學生有3次需要遞交實驗報告，每份模擬實驗報告滿分10分，3次模擬實驗滿分30分。模擬實驗成績占總成績的30%。（3）第三部分為結課考試成績，占總成績的65%。由于增加了平時成績和模擬實驗成績的比重，不再由一次考試定終身，使總成績能更全面地反映出學生對學習成果目標的實現情況。

4學習效果的調查

OBE教育理念一個非常重要的特點是將學生學習成果和學習效果作為教師教學的輸入信息，反饋到下一輪的教學輸入中，以持續不斷地提高學習效果。筆者采用了多種方法來收集學生學習本課程的效果，比如通過學生干部收集學生的反饋意見、通過主管學生工作的輔導員收集反饋意見、通過教務處了解學生的反饋意見等，其中使用較多的是以下三種方法。

4.1教師課下與學生的直接交流

通過與學生交談，了解到學生學習的感受和體會。比如，在介紹寶石的顏色成因部分時，需要一些過渡元素電子dd躍遷的知識。通過課下與學生交談，了解到部分文科學生由于高考時不考這部分內容，因此不具備這些知識。針對這種情況，教師及時調整了教學內容，也為下次教學內容的調整提供了依據。

4.2網站和郵箱收集

教師把網站和郵箱提供給學生，學生可以隨時對課程提出意見和建議。學完了本課程的學生，包括已經畢業的學生，在工作中遇到各種實際問題時，對這門課程的學習成果會有更深刻的體會。比如，有的學生對寶石專業很感興趣，打算畢業后報考寶石專業的研究生，為本課程的講授內容和方法提出了很好的意見和建議。

4.3通過微信和QQ群收集

微信和QQ是很受廣大學生喜愛的通訊手段。筆者建立了寶石學概論課程的QQ群和微信群，學生可以在群中自由發表意見和建議。

5結束語

本項教學改革已經進行了兩年多，并且仍然在繼續進行中。結果顯示，將OBE教學理念和模擬實驗引入到寶石學概論課程中，教學效果得到了明顯提高，取得了顯著的效果。endprint

5.1提高了學習的主動性

寶石學概論是一門選修課，教改之前，學生學習的主動性不強，很少主動提出問題，在講課過程中互動較少。將OBE教學理念和模擬實驗引入到教學之中以后，學生需要動腦筋思考問題才能完成模擬實驗，提高了學習的主動性。課堂上互動增加，授課過程中學生經常提出問題，對教師提出的問題踴躍回答，課堂氣氛更為活躍。

5.2提高了學習效果

開展教學改革之后，學生的學習興趣與學習效果得到了明顯的提高。以晶體對稱要素的分析為例。對稱要素的分析比較抽象，不易理解，教改之前對于晶體對稱的分析只要求學生一般了解。實施教學改革后，安排了晶體對稱的模擬實驗。學生在模擬實驗中必須對給出的模型和圖片進行了全面地分析，才能得出實驗結論。通過模擬實驗，學生更好地理解了對稱的概念，掌握了各種不同晶族晶體對稱性的分析方法。

每輪授課結束后，筆者通過對模擬實驗、考試和課堂提問等教學環節的總結，發現并找出了影響學生學習效果的因素及問題，并將其作為下一輪教學的輸入。通過調整模擬實驗的內容、頻次，調整教學內容和實例，逐漸提高了學生掌握知識目標、技能目標和能力目標的能力，從而提高了教學效果。比如，在教學改革初期的授課中，通過對考試成績的分析，發現一些學生對天然寶石、優化寶石和處理寶石的命名方法掌握得不夠理想。針對這一問題，在下一輪的教學中，對模擬實驗進行了調整，在緒論中增加了寶石命名的模擬實驗。調整后，學生很好地掌握了各種天然、優化和處理寶石的命名方法。

經過幾輪的實踐，將OBE教學理念與模擬實驗引入教學后，學生對目標知識掌握和運用的能力也有了提高。比如，在未進行教改之前，對“珠寶玉石的常規檢測方法”的掌握要求是基本理解。引入模擬實驗之后，多個模擬實驗都與寶石的常規檢測方法有關。學生在進行模擬實驗時，與實體實驗課程的差別只有未作實驗觀測這一步驟，其他步驟都與實體實驗基本一致。模擬實驗使學生對常規檢測方法有了更深入的理解。課程結束后，教師在獲得的信息反饋中，可以了解到學生對這一教學目標的掌握情況。根據學生對珠寶玉石常規檢測方法的掌握情況，教師對下一輪教學目標進行了修訂，將基本理解提高為基本掌握，其他教學目標也有類似的情況。

筆者經過兩年多的教學改革實踐，將OBE教學理念引入到了寶石學概論課程的教學中，教學效果得到了明顯的提升，但是這僅僅是教學改革所取得的初步成效。在今后的教學活動中，筆者還將進一步開展OBE教育理念的研究，繼續進行模擬實驗的探索，為進一步提高學生的學習效果而努力。

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