基于工程教育認證為導向的教學設計

黃綿麗 鄭燕玉 劉小英 黃妙齡

摘 要：“有機化學”是培養材料化學專業人才整體知識結構及能力結構的一個重要組成部分。基于工程教育認證的產出導向理念，在明確課程目標為培養學生工程知識和職業規范兩方面能力的前提下，以有機化學“醇”這一章內容為例，綜合運用多種教學方法，開展了教學改革與實踐。基于工程教育認證理念為導向的課程教學改革不僅為教師授課和學生學習指明了方向，還增強了學生主動學習的意識和社會責任感，對培養具備一定科學素養和創新能力的人才大有裨益。

關鍵詞：有機化學；產出導向；課程目標；教學設計；醇

基金項目：泉州市科技計劃項目（2018C128R）；國家自然科學基金（21705092）

1 研究背景

工程教育認證標準堅持“以學生為中心、產出導向、持續改進”的核心理念，基于培養目標和畢業要求進行產出設計、實施和評價教育教學活動，以確保畢業生達到工程教育質量標準[1]。要實現這個目標，必然要以課程教學質量為載體，教師要根據培養目標和畢業要求，結合教學目標和教學內容，創造性地開發新的教學模式。基于工程教育認證為導向的教學設計是提升工程人才培養質量的重要途徑[2]。

傳統的課程教學多以課程知識為導向，授課教師比較關注課程的獨立性和課程自身知識體系的系統性，以教學內容為核心，對于課程在專業人才培養中的作用往往缺乏深入思考，導致課程教學設計缺乏針對性和有效性，課程整體的教學質量不高。

基于工程教育認證理念的課程教學思路強調以產出為導向，課程目標以畢業要求為導向，根據畢業要求指標點來設計課程目標。所有課程教學環節均圍繞課程目標進行[3]。因此，基于工程教育認證的課程教學設計科學合理，思路邏輯嚴密，課程在人才培養中的定位明確，能有效支撐學生各方面能力素質的培養[4]。

“有機化學”是材料化學專業的一門基礎化學課程，是培養材料化學專業人才整體知識結構及能力結構的一個重要組成部分，同時也是后續化學課程的基礎，在材料化學各專業課的學習中起著承前啟后的作用。因此，以有機化學“醇”這一章內容為例，基于工程教育認證理念，開展教學改革與實踐。

2 教學設計與思路

2.1 培養目標分析

根據泉州師范學院2019年材料化學本科專業人才培養方案，材料化學專業的主要培養目標為：以地方建設和區域新材料產業的發展需求為導向，培養德、智、體、美、勞全面發展、人文社會科學素養良好、專業基礎扎實、實踐能力強、具有創新精神、適應未來社會發展的、具有一定的國際視野和跨文化背景下交流能力的材料科學與工程類應用技術型人才，其畢業后可在化纖、紡織、鞋服、化工、能源、環境、輕工、食品安全等領域從事科學研究、技術開發、生產運行及經營管理等工作。

“有機化學”課程的教學質量對材料化學專業應用型人才的培養至關重要。首先，根據人才培養目標設定課程目標的時候要著重培養學生正確的世界觀、人生觀、價值觀及良好的人文社會科學素養。其次，培養出的學生要能掌握和運用化學的基本理論、基本知識，能借助現代信息工具解決現場復雜的工程問題，并具有自主學習、終身學習的能力以及能夠不斷適應科技發展、提高自身價值的能力。

2.2 課程目標與畢業要求的對應關系

“有機化學”課程以有機化合物的結構、反應和合成為主線，系統地講解了有機化學的基本概念、基本理論、基本性質、基本反應機理及學習有機化學的基本思想和方法，學生還可以在“有機化學”課程中了解到有機化學的最新成果、發展趨勢及其與其他學科的相互滲透。根據本專業課程體系對畢業要求的支撐矩陣，明確“有機化學”課程共支撐了以下兩點：（1）工程知識：具有化學和材料專業基礎知識，并能夠將其應用于解決本專業的復雜工程問題；（2）職業規范：具有人文社會科學素養、社會責任感，能夠在本專業工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范履行責任共兩項畢業要求。

2.3 教學目標設定

遵循基于工程教育認證為導向的課程教學設計思路，根據課程支撐的畢業要求指標點來設定教學目標。根據本專業課程體系對畢業要求的支撐矩陣，明確“有機化學”課程共支撐了工程知識和職業規范共兩項畢業要求，按照課程目標和指標點一一對應的原則，設計了有機化學-醇這一章節內容的兩個課程目標：（1）掌握醇的結構、分類、命名和化學性質。了解重要有機化合物的來源、工業制法及其主要用途。熟悉有機化合物間相互轉變的條件和規律，設計有機合成路線。（2）了解醇類重要代表物的結構、化學名稱及用途。在運用化學知識分析解決問題過程中，提高知識應用能力，提升個人道德品質、文化素養，增強社會責任感。

課程目標明確了學生通過該課程學習應具備的工程知識和職業規范兩方面的具體能力，為教師授課和學生學習指明了方向。

2.4 教學重點和難點

基于對“醇”教學內容的難易分析及往屆學生的學習反饋，確定教學重點、難點問題以及針對性的教學方法。本次課程以醇的結構、分類及化學性質為教學重點；以醇的不同類型化學反應的斷鍵機理為教學難點。對于教學重點內容，結合“互動式教學”和“多媒體教學法”等多種教學方式，以“結構→分類→命名→性質→實際應用”為教學主線，層層遞進，步步深入，使教學內容之間聯系緊密、層次分明。對于教學難點內容，采用“舉例法、類比記憶法、化解難點法”。通過列舉生活中常見的酒精檢測，類比不同類型醇的氧化性質，并結合習題，使學生掌握并鞏固教學難點內容。

3 教學過程

3.1 引入教學案例，導入主題

酒后駕車非常危險，可能會導致災難性的后果，且將受到法律制裁。由酒駕的危害引導學生思考酒精的主要成分和化學性質。講述“我們身邊的化學”，通過酒駕的危害及其可能導致的災難性后果，震撼同學們的心靈，激發同學們學習本節內容的興趣，進而引出醇的結構和化學性質的教學。

3.2 探究醇分子結構

《說文》中有寫道：“味道純正濃厚之美酒曰醇，道淡薄之酒曰醨。”由此可見，美酒的主要成分是醇類。酒精在人們的日常生活中很常見，由生活小知識引導學生思考有機化學中是如何定義醇類化合物的，并讓學生動手在學案上寫出醇類化合物的結構，思考醇類化學物結構的共性。

在課堂上進行提問：“醇和酚的分子中都含有羥基，那么兩者有什么差別呢？”由此引導學生思考醇的結構特點。物質的結構決定性質，可以根據醇分子中羥基數目、與羥基直接相連的碳原子的類型、烴基的種類對醇進行分類，引導學生從宏觀層面探析醇的分類和命名。

3.3 探究醇的分類和命名

烴分子中的氫R-H被羥基-OH替代所得的一類化合物R-OH稱為醇，因此醇的分類和命名與烷烴有著密切的聯系。在學習醇的分類和命名之前，讓學生先復習烷烴碳原子分類及烷烴命名的規則，思考烷烴與醇在分類和命名上的不同之處。

可以通過類比記憶法來學習醇的分類和命名。例如按照碳原子的類型，烴類可以分為伯碳、仲碳、叔碳、季碳，相應的醇類按照與羥基直接相連的碳原子數量可以分為伯醇、仲醇、叔醇。此外，按照烴基類型，烴類還可以分為飽和脂肪烴、不飽和脂肪烴、飽和脂環烴、不飽和脂環烴、芳香烴，相應的醇類可以分為飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂環醇、不飽和脂環醇、芳香醇。

醇的命名與烴的命名既有相似又有不同之處，首先，兩者都要選擇最長的碳鏈作為主鏈，但是醇選的最長碳鏈，要含羥基；其次，醇編號是從離-OH最近的一端起編；最后，按照取代基位置-取代基名稱-羥基位置-母體名稱的順序進行命名。

上述教學設計意圖通過回顧舊知識，可以喚起學生已有的知識和經驗，使其產生認知沖突，激發其求知欲，進而引出新的問題，自然導入本節課所學的內容。此外，可以采用類比記憶學習法，在鞏固舊知識的同時，加深學生對新內容的理解和記憶。

3.4 探究醇的性質

化學結構決定化學性質，在學習醇的化學性質之前，先讓學生復習醇的結構特點，找出醇類化合物的官能團，并讓學生根據醇類化合物的結構，在紙上寫出醇類化學物斷鍵的特點。

醇的性質主要是由其官能團（-OH）決定的。醇的化學反應中，鍵的斷裂方式主要有：氫氧鍵斷裂、碳氧鍵斷裂、α-H氧化3種，具體如圖1所示。

通過學習醇的結構，讓學生推導出醇的性質，使其能從物質的微觀層面理解物質組成、結構和性質的關系，形成“結構決定性質，性質決定應用”的概念，并且鍛煉學生分析問題和解決問題的能力。

3.5 學以致用，增強社會責任感

酒精的主要成分是乙醇，為了幫助學生達到學以致用的效果，讓學生討論交警判斷駕駛員是否酒后駕車以及快速檢測酒精質量濃度的原理。

生活中最常見的酒精快速檢測法是吹氣法，通過觀察檢測盒顏色的變化，就可以快速判斷出駕駛員是否飲酒。通常交警會讓駕車人呼出的氣體接觸載有經過硫酸酸化處理的氧化劑重鉻酸鉀的硅膠，從而測出呼出的氣體中是否含有乙醇及乙醇含量的高低。

由酒精快速檢測法引導學生思考酒駕的原理及其醇在其中發生的化學反應。在酒精檢測過程中，乙醇被氧化為乙酸，橙紅色的K2Cr2O7被還原為綠色的Cr2（SO4）3，因而通過觀察檢測盒顏色的變化，可以快速判斷駕駛員是否飲酒。具體化學反應如下：

K2Cr2O7（橙紅色）+ C2H5OH +H2SO4 →Cr2（SO4）3（綠色）+CH3COOH+K2SO4+H2O

然后，由乙醇能夠發生氧化反應引導學生思考是不是所有的醇都能發生氧化反應。對此，要寫出醇的結構以及斷鍵特點，從而推導出醇類氧化反應的特點。醇類的氧化方式是α-H氧化，連接羥基的碳原子上必須有H，才可以發生去氫氧化。在醇的氧化反應中，伯醇氧化為醛，醛進一步氧化為羧酸；仲醇氧化為酮。叔醇分子只有在劇烈條件下才能發生氧化，進而碳鏈斷裂，生成含碳原子較少的產物。

上述教學設計的意圖是引導學生運用前面所學知識，理論聯系實際，貫徹結構-性質-用途的化學思維，完成對醇類化合物組成結構和性質的學習，并使學生能夠解釋與化學相關的生活現象，提升學生運用所學知識解決實際生活問題的能力，讓學生理論聯系實際，學以致用。

4 教學反思

教學實施是達成課程目標的執行環節。傳統的教學模式由于缺乏清晰的課程目標與合理的教學設計，實施路徑相對單一，學生積極性差、接受度低，教學效果欠佳。所以在進行教學設計時，一定要明確培養目標和課程目標，課程目標的達成需要通過有效組織和實施課程教學來實現。科學、合理、有效的課程教學設計不僅能夠幫助授課教師理清教學思路、選取適當的教學內容和教學方法，還能夠激發學生的學習興趣，增強學生主動學習的意識，讓學生自覺成為學習的主體，提高學生自主學習、終身學習，使其不斷適應科技發展、提高自身價值的能力，從而促進課程目標的高質量達成。

培養學生要以地方建設和產業發展的需求為導向，使學生具備扎實的專業基礎、較強的實踐能力和創新精神，因此，教師要結合教學目標和教學內容，創造性地開發新的教學模式，例如可以采用互動式教學、多媒體教學等方法活躍課堂氣氛，調動學生自主學習和踴躍參與課堂的意識。在整個教學實施過程中，強化學生的主體地位，注重引導、激勵學生主動思考和積極探索，促進學生更好地達成課程目標，從而提高學生的核心素養。

多種教學方法的綜合運用不僅可以使學生的有機化學基礎知識更加扎實，拓展學生的知識面，還能夠鍛煉學生提出問題、分析問題、解決問題的能力。此外，這還可以培養學生自主學習的能力，學生不僅可以主動去學習課本上的知識，遇到問題還會主動查閱文獻知識。例如根據醇的結構推導醇的性質，并解決生活中的化學問題，讓學生覺得學有所用，認識到學習化學的重要性，在運用化學知識分析解決問題過程中，提高學生的知識應用能力、個人道德品質、文化素養，還可以增強其社會責任感。由此可見，基于工程教育認證為導向的教學設計對培養具備一定科學素養和創新能力的人才大有裨益。

[參考文獻]

[1] 楊毅剛，宋慶，唐浩.工程教育專業認證與CDIO模式異同分析與相互借鑒[J].高等工程教育研究，2018（5）：45-51.

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[4] 申天恩.論成果導向教育理念的大教學戰略構想[J].吉林師范大學學報（人文社會科學版），2016，44（3）：83-88.