OBE理念下工科專業的分析化學實驗教學改革*

王 芬

(泰山學院化學化工學院，山東 泰安 271021)

2013年6月，我國被接納為《華盛頓協議》簽約成員，標志著我國也正式開始在新工科教育系統中開展工程教育認證[1]。成果導向教育(Outcome based education，簡稱OBE)，是強調以“學習成果”為導向，以“學生”作為教學中心，并進行持續性改進的一種先進的教育理念[2]。目前，我國已有多所高校在工科教育體系中采納了OBE教育理念。其中，北京理工大學將OBE理念應用于高校工程教育改革取得了很大成功，截至2017年北京理工大學已有化學工程與工藝、機械工程、材料科學與工程等共計13個專業通過中國工程教育認證。因此，在OBE理念下對分析化學實驗教學進行改革，可以全面培養學生的實踐能力和創新精神，對高校的工程教育認證工作將會起到有力的推動作用。

對于化學工程與工藝等工科專業的同學來說，分析化學實驗課程是必修的基礎實踐課程之一，課程主要涉及化學分析法在工業分析、藥物分析等領域的應用。通過這門課程的學習，學生可以掌握基本的實驗操作規范、實驗數據的科學處理方法以及化學分析法在生產實踐中的應用。這門課程在大一下學期開設，是化工等工科專業最先學習的基礎實驗課程之一，因為這個階段的學生學習可塑性強，可以為后續化工原理實驗、化學反應工程實驗等專業實驗課程的學習奠定堅實的基礎。

1 工科專業分析化學實驗課程的教學現狀

在傳統的工科教育體系下，課程設置單純以傳授學科基礎知識為主要任務，實驗課程單純講解實驗內容并且演示儀器的正確使用方法。在這樣傳統的教學過程中，學生的主體地位被忽略，學習積極性被抹殺，通常是照搬實驗步驟，解決問題能力差。另外，還存在實驗課時被壓縮，教學內容更新慢，考核方式單純使用筆試等問題。傳統工程教育模式不能有效的培養學生的實踐能力，以致于學生畢業后具備的專業知識和技能與化工產業發展要求存在一定的差距。因此，在這個背景下借鑒OBE理念，通過一系列的實驗教學改革，可以全面培養學生的“分析化學實驗”能力，從而為化工企業提供“應用復合型人才”。

2 基于OBE理念的分析化學實驗教學改革的措施

2.1 準確定位培養目標，修改教學大綱

作為山東省首批應用型大學建設對象，學校十分重視工科專業的工程教育認證工作，組織各二級學院對工科專業的培養方案進行了修訂。學院也積極引導化工專業課程在OBE 教學理念指導下進行必要的教學改革。OBE教學理念強調的是“反向”設計的原則，即根據需求制定培養目標，而培養目標是制定畢業要求的依據，畢業要求又決定了教學內容[3]。修訂后化學工程與工藝專業的人才培養方案里專業畢業要求有12個，涉及到工程知識、設計(開發)解決方案、職業規范等方面的內容。因此，我們依據專業培養方案對教學大綱進行了修訂，在原有大綱的基礎上，將畢業要求植入教學大綱，每個實驗都對應一定的課程目標和畢業要求。這樣老師對每個實驗內容對應的畢業目標了如指掌，可以圍繞畢業要求展開教學活動。另外學生學習起來也會目標更加清楚，可以有的放矢的進行學習和訓練。

2.2 更新教學內容

傳統工科教育存在的問題是以學科為導向，知識內容更新慢，實踐訓練機會少，導致專業課程與人才需求脫節[4]。OBE教學理念以學生“學習成果”為導向，根據預期達到的學習成果進行教學內容的設計，能夠滿足化工企業對專業人才的需求，可以培養出具備化學工程、化學工藝方面的基本理論、基本技能，能在化工、環保、醫藥等領域從事工程設計、技術開發、生產管理和科學研究等工作的高素質 “應用復合型人才”。因此，我們利用“反向設計、正向實施”原則對實驗內容進行了優化和更新，把實驗內容分為不同模塊：“基礎性實驗”、“綜合性實驗”和“設計性實驗”。改革后，基礎實驗占20%，綜合性實驗和設計性實驗占80%。基礎性實驗主要培養學生基本的分析化學實驗操作規范以及實驗室安全意識。綜合性實驗重點訓練學生分析解決問題的能力，這些能力是他們在專業實踐課程學習中不可缺少的，可以鍛煉學生在化工生產崗位或科研崗位上的工作能力。設計性實驗是我們改革后新增加的內容，包括兩個實驗“混合物中磷酸鹽各組分濃度的測定”和“胃舒平藥片中鋁和鎂含量的測定”。設計性實驗需要學生查找有關資料，正確提取資料信息，結合分析化學基礎知識設計出切實可行的實驗方案。設計性實驗是OBE教學理念應用于實驗教學的一種重要的實施策略，能有效地訓練學生的綜合信息能力、設計開發能力、組織策劃能力等高階能力。

借鑒OBE教學理念，我們對教學過程進行了精心的設計，每個實驗我們都從以下四個方面來組織設計，以下面具體實驗為例(見表1)，可以清楚的呈現出OBE教學理念成果導向設計的精髓和要點。

表1 OBE理念在實驗項目設計中的應用

2.3 重視學生主體地位，改進教學方法

OBE教學理念的核心思想是以學生為中心，因此在教學設計和教學實施過程中我們把學生放在首要位置，采用了多種教學方法。

2.3.1 引入 “翻轉課堂”教學模式

實驗課堂中采用傳統的教學模式存在很多弊端，學生的主體地位得不到體現。因此，我們引入“翻轉課堂”這種先進的教學模式，以學生為中心來組織課程內容，有利于學生工程實踐能力的培養[5]。在設計性實驗教學過程中我們嘗試使用了這種教學模式。在實施策略方面進行了不斷的完善和改進，具體過程：布置實驗任務→學生查閱資料→設計實驗方案→小組討論→學生發言→學生實驗→記錄實驗數據→撰寫實驗報告→教師評價。改革后取得了良好的教學效果，在充分調動學生積極性基礎上，學生能夠獲得到利用專業知識解決問題的成功感，能夠切實體會到分析化學理論知識對實踐環節的指導作用，同時培養了學生的專業責任感和自豪感。這正是OBE理念所倡導的，學習成果不是學生記住了多少公式和定義，而是學生通過親身經歷獲得的能力、經驗和價值觀等。

2.3.2 采用多媒體輔助教學

OBE教學理念強調學生個性學習，不要求每個同學保持相同的學習進度和學習能力。因此我們考慮到不同程度學生的學習情況，提供了多種教學資源以供學生按照自己的學習特點進行學習。

由于課堂時間有限，我們發現在給學生演示儀器基本操作時，有的同學掌握不牢固，因此我們錄制了實驗基本操作的微視頻，還給學生提供了仿真實驗平臺。這樣可以幫助學生利用課下時間熟悉操作技能并進行重點學習，極大地提高了實驗效率。

現在學生對網絡和計算機的使用比較普遍，但是在教學過程中我們卻發現他們對常用的化學軟件和數據處理軟件了解很少。相反，對于新工科背景下的工科專業來說，絕大多數同學在真正進入企業或科研崗位時都要掌握相應的計算機軟件。而且每次實驗報告學生都要計算“誤差”和“偏差”等，計算公式復雜，學生反映學習起來比較枯燥。因此，我們向學生介紹了excel和 origin軟件在處理數據中的應用，培養學生利用現代化計算機軟件解決實際問題的實踐能力。

2.3.3 采用“問題引領式”教學方法

工程教育認證標準對畢業要求的制定覆蓋了工程知識、工程實踐能力和職業規范等方面的內容。其中對工科專業畢業生能力的要求內容比較多，包括問題分析能力、設計/開發解決方案、研究能力等。實踐課程與理論課程相比，需要學生充分發揮主體作用，通過查找資料、思考問題、動手操作、分析總結等活動完成相應的學習任務。在分析化學實驗的教學中適合采取“問題引領式教學方法”來培養學生科學的思維能力和實踐能力。首先，我們把實驗過程分成了三個階段：實驗預習階段、實驗進行階段和實驗總結階段。在這三個階段中可以通過設置科學常識問題、專業知識問題、實驗操作問題以及實驗結果評價等問題，引導學生采取一定的策略加以解決，并把過程內化為自己能力的一部分。例如，在實驗“不同水體中硬度的測定”這個實驗中，我們就采用了這種教學方法，教學設計見表2。

表2 “問題引領式教學方法”的教學設計

2.3.4 多途徑培養大學生實踐能力和創新意識

為了培養合格的化工專業性人才，必須全力提高學生的工程實踐能力。因此，我們積極引導學生參加“大學生科技創新項目”，并多次指導學生參加“山東省實驗技能大賽”。學院與多家公司簽約實習基地，積極引導學生參加化工實習，通過實習學生對化工企業的一線生產過程及工藝流程有了更深入的了解，從而調動了學生學習專業知識的積極性，不但提高了學生的工程實踐能力，而且更好的培養學生的職業素養。學院還定期邀請企業工作人員及優秀畢業生給同學們進行講座，有助于學生進一步了解化工企業的生產特點、工作性質，從而更好的為自己的未來發展做出一個準確的定位和規劃。

2.4 完善課程評價，優化考核方式

目前，分析化學實驗課程綜合成績由兩部分組成，即“平時成績”和“期末成績”構成。傳統的教學模式下，“平時成績僅”包括實驗報告成績和出勤率。基于OBE教學理念，要采用多元化的課程評價方式，因此我們豐富了“平時成績”的構成，涉及到實驗報告、出勤率、討論和設計型實驗成績。為了更真實客觀的評定學生的實踐能力，期末考試用實驗操作考試替代原來的筆試。操作考試實行單人獨立操作，根據課程培養目標和畢業要求，我們制定了詳細的評價指標，從實驗技能、解決問題能力、科學態度等方面進行綜合評價。從近兩年的考試成績可以看到及格率和優秀率都得到了提高。

3 結 語

以OBE理念為基礎，以“學習成果”為導向，以“學生”為中心，通過對“分析化學實驗”課程的改革，學生分析化學實驗能力得到了明顯提高，為學生工程實踐能力的培養打下堅實的基礎，為化工專業其他實驗課程的改革提供了經驗，從而為工程教育認證的順利進行提供了保證。