OBE教育理念下應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新實(shí)踐

劉珊珊，韓艷陽，馮凱，崔偉，劉義，張震，翁永根，何濤，李慶忠

煙臺大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 煙臺 264005

1 引言

Outcome-Based Education (OBE)即成果導(dǎo)向教育，是一種以學(xué)生為中心[1]，以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向[2]的先進(jìn)教育理念，要求將學(xué)習(xí)產(chǎn)出、教學(xué)活動、目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)有機(jī)統(tǒng)一起來，教學(xué)活動以學(xué)習(xí)目標(biāo)與成果為導(dǎo)向[3]，由傳統(tǒng)的以“教”為中心向以“學(xué)”為中心轉(zhuǎn)變，更大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和專業(yè)應(yīng)用能力。以O(shè)BE理念為導(dǎo)向進(jìn)行專業(yè)課程改革，有助于推動專業(yè)畢業(yè)要求的達(dá)成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本科人才培養(yǎng)目標(biāo)。煙臺大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型化學(xué)人才為目標(biāo)，要求本專業(yè)學(xué)生不但具有扎實(shí)的理科化學(xué)功底，而且具有利用所學(xué)化學(xué)知識、思想、實(shí)驗(yàn)技能等發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。本文基于OBE教育理念，以學(xué)生為中心、成果產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)為原則對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行創(chuàng)新性改革實(shí)踐，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生對所學(xué)化學(xué)知識的應(yīng)用能力，推動了實(shí)驗(yàn)教學(xué)向能力導(dǎo)向培養(yǎng)模式發(fā)展。

2 煙臺大學(xué)“應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)”課程情況簡介

煙臺大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)緊密圍繞山東省高端化學(xué)、化工產(chǎn)業(yè)布局和新舊動能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略的重大需求，聚焦精細(xì)化學(xué)品開發(fā)、化工新材料、貴金屬資源利用三大核心領(lǐng)域，對標(biāo)國家一流專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)掌握化學(xué)基礎(chǔ)理論知識和技能，具有良好道德情操、職業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，具備較強(qiáng)專業(yè)競爭能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力及終身學(xué)習(xí)能力，能夠在化學(xué)化工、材料、能源等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、化學(xué)品開發(fā)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理和服務(wù)的高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才。應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程是為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)大三學(xué)生開設(shè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，共64學(xué)時(shí)。該實(shí)驗(yàn)課程旨在通過化學(xué)化工、材料、能源等方向相關(guān)的綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的綜合能力及對所學(xué)化學(xué)知識的應(yīng)用能力，進(jìn)而為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成提供支撐，課程目標(biāo)詳見表1。

表1 應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的課程目標(biāo)

然而，目前該實(shí)驗(yàn)課程在課程內(nèi)容、教學(xué)方式以及考核方式等方面均與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課區(qū)別不大，依然側(cè)重加強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的理解和基本實(shí)驗(yàn)技能的掌握，導(dǎo)致課程目標(biāo)無法完全支撐畢業(yè)要求的達(dá)成。具體問題如下：(1) 課程內(nèi)容方面：部分課程內(nèi)容陳舊(如表2所示)、實(shí)驗(yàn)儀器和方法老舊，未做到與時(shí)俱進(jìn)，不利于學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力及化學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)；(2) 課堂教學(xué)方面：傳統(tǒng)的教學(xué)模式?jīng)]有在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)給予學(xué)生充分的自由度，存在“削足適履”的現(xiàn)象，限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)揮，教學(xué)環(huán)節(jié)枯燥且缺乏挑戰(zhàn)性，不利于課程目標(biāo)4、5、6的達(dá)成；(3) 教學(xué)評價(jià)方面：目前該課程的考核評價(jià)途徑和方式單一，與成果導(dǎo)向的達(dá)成度評價(jià)方式不相符，難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

表2 應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

3 基于OBE理念的創(chuàng)新實(shí)踐

針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程存在的問題，基于OBE理念，遵循成果導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)三個(gè)關(guān)鍵原則，對課程內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)考核評價(jià)進(jìn)行了綜合改革。

3.1 課程內(nèi)容更新

根據(jù)2020版應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的課程目標(biāo)(表1)持續(xù)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。近年來，煙臺大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院引進(jìn)了很多高學(xué)歷青年教師，其科研背景涵蓋新能源、新材料、3D打印、納米材料、生物醫(yī)藥、環(huán)境治理等高新科技領(lǐng)域，并且擁有領(lǐng)先的科研成果。基于此，我們開展了將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的探索。具體而言，以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，采用“科研反哺教學(xué)”的策略，與時(shí)俱進(jìn)地增設(shè)能支撐課程目標(biāo)的新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(表3)，提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新性、新穎性及科學(xué)性，融入先進(jìn)的化學(xué)合成方法、結(jié)構(gòu)與性能表征技術(shù)和儀器分析方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及科學(xué)精神，并提升其分析問題、解決問題的能力，最終達(dá)成課程目標(biāo)要求。

表3 應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.2 教學(xué)模式設(shè)計(jì)及教學(xué)過程評價(jià)

創(chuàng)新教學(xué)模式，遵循以學(xué)生為中心的原則，注重“量體裁衣”，避免“削足適履”。摒棄驗(yàn)證性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，增加具有設(shè)計(jì)性、探索性及挑戰(zhàn)性的教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新意識。教學(xué)過程遵循成果導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)原則，根據(jù)應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)，設(shè)計(jì)課前預(yù)習(xí)報(bào)告、文獻(xiàn)調(diào)研、科技前沿介紹、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、思考題、課堂互動、小組討論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及報(bào)告、課程論文等體現(xiàn)成果產(chǎn)出的環(huán)節(jié)(表4)，課前指導(dǎo)教師只給出實(shí)驗(yàn)要解決的問題，學(xué)生分組自主進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容、步驟等環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，提出實(shí)驗(yàn)方案，在與指導(dǎo)教師討論后獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)操作，完成數(shù)據(jù)處理與分析討論；增設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，給予學(xué)生自由選擇的機(jī)會，最大限度地發(fā)掘?qū)W生的興趣點(diǎn)及創(chuàng)新思維。另一方面，成果導(dǎo)向的教學(xué)評價(jià)是OBE理念的關(guān)鍵組成部分之一，這就要求指導(dǎo)教師對表4中能夠體現(xiàn)成果產(chǎn)出的環(huán)節(jié)進(jìn)行過程評價(jià)，將一錘定音式評價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛A段、分環(huán)節(jié)評價(jià)，并制定相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)。

表4 落實(shí)課程目標(biāo)的教學(xué)模式及環(huán)節(jié)

以“軟包鋰離子電池的制備及性能表征”實(shí)驗(yàn)為例：(1) 在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師設(shè)置促進(jìn)課程目標(biāo)達(dá)成的課前思考題并提供部分參考文獻(xiàn)，由每組學(xué)生調(diào)研鋰離子電池種類及研究現(xiàn)狀、正負(fù)極材料種類以及軟包鋰離子電池的組裝工藝及性能表征方法等問題，通過文獻(xiàn)調(diào)研完成課前思考題并提交文獻(xiàn)總結(jié)報(bào)告，以PPT形式匯報(bào)調(diào)研結(jié)果，指導(dǎo)教師根據(jù)文獻(xiàn)總結(jié)報(bào)告和答辯情況進(jìn)行評價(jià)。(2) 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，各實(shí)驗(yàn)小組在預(yù)習(xí)基礎(chǔ)上，充分討論設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的合理性、嚴(yán)謹(jǐn)性、可行性、環(huán)保性、安全性等給予評價(jià)，并對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案給出指導(dǎo)性意見。(3) 實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，主要是對學(xué)生的態(tài)度、操作規(guī)范性、條理性等進(jìn)行評價(jià)，此環(huán)節(jié)同樣可設(shè)置具有課程目標(biāo)導(dǎo)向的思考題及課堂互動環(huán)節(jié)，如引導(dǎo)學(xué)生思考電池性能測試過程中充電電容大于放電電容的原因：38%的學(xué)生認(rèn)為是由于電池各部件之間的接觸不良，20%的學(xué)生認(rèn)為電池內(nèi)部漏電減少了放電電容，42%的學(xué)生認(rèn)為充電過程中發(fā)生了不可逆的副反應(yīng)。對于前兩種回答，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)自行驗(yàn)證排除。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生作答情況和互動表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)，該互動環(huán)節(jié)可促進(jìn)課程目標(biāo)1、4、6的達(dá)成。(4) 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析環(huán)節(jié)，學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，指導(dǎo)教師對數(shù)據(jù)處理的正確性、特別是實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論以及改進(jìn)方案的深度、邏輯性進(jìn)行打分。另外，基于本課程實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以在教師指導(dǎo)下撰寫科研論文，投稿錄用的可獲得加分項(xiàng)。

3.3 具體成效及持續(xù)改進(jìn)措施

目前6個(gè)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“納米二氧化鈦光催化劑的制備、活性評價(jià)及活性與缺陷關(guān)系的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”“氫氧化鎳薄膜制備及析氧電催化活性評價(jià)的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”“銅離子熒光探針羅丹明酰肼的合成及性能檢測”“軟包鋰離子電池的制備及性能表征”“丁香酚的分離及香蘭素的合成”及“KH2PO4(KDP)多晶原料合成、單晶生長及其性能表征的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”正式投入了教學(xué)，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，更加體現(xiàn)了寓教于樂，提升了創(chuàng)新意識和專業(yè)應(yīng)用能力。相關(guān)的研究成果已整理成教研論文，其中2篇已發(fā)表于核心期刊《化學(xué)教育》上，1篇已被該期刊錄用；另有一篇教研論文已發(fā)表于美國化學(xué)會(ACS)的Journal of Chemical Education期刊。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)OBE理念持續(xù)改進(jìn)的原則及教學(xué)評價(jià)效果，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的同時(shí)，設(shè)計(jì)更多切實(shí)可行的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以滿足多樣化的學(xué)生興趣。為了提高應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的高階性、落實(shí)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，本實(shí)驗(yàn)課將進(jìn)行如下的教學(xué)改革嘗試：對當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、課堂設(shè)計(jì)以及過程評價(jià)等方面進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，著力打造8個(gè)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)由8學(xué)時(shí)增加到32學(xué)時(shí)，在這8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中學(xué)生憑興趣選做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，推動實(shí)驗(yàn)教學(xué)向能力導(dǎo)向培養(yǎng)模式發(fā)展。

4 結(jié)語

基于OBE理念對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革，采用“科研反哺教學(xué)”策略使學(xué)生在課堂上即可接觸與專業(yè)相關(guān)的某個(gè)科研或應(yīng)用課題，進(jìn)而不斷發(fā)掘?qū)W生的專業(yè)興趣，促使他們用心鉆研，避免以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的“蜻蜓點(diǎn)水”“走馬觀花”的形式主義。在教學(xué)過程中秉承以學(xué)生為中心的原則，根據(jù)教學(xué)效果反饋對課程體系持續(xù)改進(jìn)，以保持應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系的創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度，這不但有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，而且有利于學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰翱茖W(xué)精神的培養(yǎng)。