基于OBE理念的有機化學混合“五式”教學法的設計與實施

許毓，張國穎，李光水

中國科學技術大學化學與材料科學學院，合肥 230026

習近平總書記[1]在中央人才工作會議上指出，要走好人才自主培養之路，高校特別是“雙一流”大學要發揮培養基礎研究人才主力軍作用，全方位謀劃基礎學科人才培養，建設一批基礎學科培養基地，培養高水平復合型人才，這為新時代高等院校人才培養指明了前進的方向。因此，培養基礎理論扎實、有較強的學科研究技能和創新思維能力、善于追蹤學科前沿熱點的高素質、復合型優秀大學畢業生成為各學科教育工作者必須思考和努力完成的教學目標。

OBE (outcome-based education)指成果導向教育，亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育)，指教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。OBE在1978年由Mitchell和Spady[2]提出后，其理念和方法被公認為是追求卓越教育的有效方式，受到世界各國著名大學的認可和重視。作為國際化程度最高、體系最完整的本科工程教育國際互認協議——《華盛頓協議》全面接受了OBE理念并將其融入到工程教育專業認證中。2016年6月，我國高等教育正式加入《華盛頓協議》[3]，這意味著中國高等教育對于OBE理念的認可。此后，OBE理念用于高校有機化學課程教學得到較為廣泛的探索和應用[4–13]，筆者在有機化學課程教學過程中，引入OBE理念，參考學習金字塔理論[14]，整合線上線下資源，設計了有機化學線上線下混合“五式”教學法，自2019年秋季學期開始實施，取得了優良的教學成效，廣受學生認可和歡迎。

1 有機化學線上線下混合“五式”教學法的提出與設計

1.1 有機化學課程簡介

有機化學是化學學科的一個重要分支，是以特性基為主線，研究有機物來源、結構和表征、性質與機理、制備和應用，以及相關基本理論、變化規律和方法學的一門學科，也是生物學、醫學、藥學和材料科學的基礎。

中國科學技術大學有機化學課程是面向我校化學與材料科學學院和少年班學院化學和材料科學專業大二學生開設的一門專業基礎課，理論課時120學時，6學分，必修，分兩個學期開設，秋季學期80學時，4學分，春季學期40學時，2學分。

1.2 傳統有機化學教學中遇到的問題

有機化學傳統教學模式多由教師講授、學生聽講，該模式具有其自身固有的優勢，但由于有機化學課程內容多，講授課時和時間有限，無法有針對性地開展因材、因人施教問題，無法整體提升學生學習的主動性問題，無法有效提升學生運用所學知識解決實際問題的綜合能力問題等。

筆者在長達20多年的有機化學課程教學實踐中發現，我校學習有機化學課程的學生大體分為三類：第一類是基礎好的，這類學生約占修課總人數的15%，他們通常具有高中化學奧賽省級一等獎及以上獎項，期望能通過大學的學習，更加深入系統理解本門課程內容，補差補缺，進一步提升個人應用有機化學知識解釋實驗問題的能力；第二類是基礎一般的，這類學生約占修課總人數的70%，他們通常沒有化學奧賽獎項，但化學基礎扎實，需花費較多時間來系統學習本門課程；第三類是基礎薄弱的，這類學生人數也約占修課總人數的15%，他們因為化學基礎知識薄弱，學習本課程比較吃力，其中包含重修的學生。

2 有機化學線上線下混合“五式”教學法的設計理念與教學實踐

為解決傳統有機化學教學中的實際問題，根據我校“建設世界一流研究型大學”的發展目標和“精品大學、英才教育”的人才培養定位，筆者在遵循高等教育規律的前提下，努力突破“流水線式”人才培養的局限，結合我校課程目標和實際教學經驗，基于OBE現代教育理念和學習效果金字塔理論，設計了有機化學線上線下混合“五式”教學法，進一步探索實施因材施教，整體提升各類學生學習的主動性，提升學生解決有機化學實際問題的綜合能力，提升學生團隊合作和科研創新的能力。

2.1 有機化學課程線上資源建設與整合

從2016年秋季開始，我們課程團隊陸續錄制并在中國大學MOOC平臺上線了有機化學課程完整的教學資源，獲評安徽省一流線上課程，供學生課前預習和課后鞏固復習使用。教學資源涵蓋有機化學所有章節，共21章，188個視頻，總時長1938分鐘；內容包含授課視頻、視頻彈窗題、章課件、章測試、章作業、章思維導圖和期末考題等，這些教學資源在中國大學MOOC平臺上已完成至少3個完整的教學周期，受到學員們的一致好評，修課學員數量目前已突破33000人。

筆者通過慕課堂小程序有效銜接線上MOOC資源和線下課堂，創建有機化學課程QQ群，為線下學生提供便利的實時討論平臺，在QQ群中及時進行各種重要信息通知、開展線上討論、提供電子參考書、電子課件、線下作業布置以及線上課前測試、課后章測試、章作業和期末考試等重要截止日期的及時提醒等，防止學生會忘記這些重要日期。

筆者指導學生使用網上免費的譜庫資源(Spectral Database for Organic Compounds，SDBS譜庫)，提升學生利用譜學數據進行有機物結構表征的能力；指導學生使用我校豐富的圖書館資源，如SciFinder、Reaxys和Web of Science等數據庫和多種原始文獻，進行課程拓展學習和自由探索，提升學生的科研興趣和探索創新能力，為學生進入科研實驗室打下堅實的基礎。

2.2 有機化學線上線下混合“五式”教學法的設計理念

為讓學生充分利用中國大學MOOC平臺上的教學資源，培養學生學習的主動性，筆者基于課程目標、OBE教育理念和學習效果金字塔，將有機化學教學過程的線上和線下，課前、課中和課后有機融合：課前，教師引導學生在線上進行預習，要求學生在規定時間內完成預習測試題；課中，教師根據預習測試結果，進行精準授課；課后，學生通過線上和線下進行分組討論、互助學習；分組討論學習的共性問題再回歸課堂，由教師引導全班同學一起討論，并進行總結和示范點評；學生參與的每個教學環節所留下的線上線下記錄，則作為有機化學整個教學過程的考核依據。因此“以學生學為中心”的引導式預習、精準式授課、互助式討論、示范式點評和全程式考核，即為有機化學線上線下混合“五式”教學法，如圖1所示。

圖1 “五式”教學法示意圖

2.3 有機化學線上線下混合“五式”教學法的教學實踐

以引導式預習、精準式授課、互助式討論、示范式點評和全程式考核為主線的線上線下混合“五式”教學法，已經在我們的線下課堂進行了三輪教學實踐，取得優良的教學效果，具體實施過程如下，筆者在每學期第一次線下課，將本課程的章節架構、總體設計、課程內容、授課方式、成績評定、課程要求以及慕課和慕課堂的使用方法等告訴學生，讓學生首先全面了解本課程的教學安排和要求。

“五式”教學法的第一個環節首先是引導式預習：課程每章學習都安排有線上自學和線下講授，我們以上述豐富的線上資源為依托，引導學生在課前規定時間內完成慕課堂線上課前預習測試，學生根據個人情況，自由選擇是否觀看視頻，根據前述學生分類，一類學生可以不看視頻，直接進行預習測試，二類三類學生需要觀看視頻才能完成測試。

其二是精準式講授：學生完成線上課前預習測試后，慕課堂會立即進行批改和統計，教師在課前通過統計數據了解學生對各知識點的掌握情況以及學生的薄弱知識點，在線下課堂精準講解重難點和薄弱點，加深學生對重難點內容的理解和掌握；同時，教師帶領學生根據章思維導圖梳理每章內容框架，以彌補MOOC學習碎片化的可能缺陷。

其三是互助式討論：在課后，每章結束組織學生進行分組討論和線下作業，學生按照五人一組進行分組，每組中基礎好的學生1個、中等3個、薄弱的1個。每次討論和作業前，每位學生需準備1道與本章內容相關的綜合性習題，鼓勵學生從文獻、參考書或競賽題中尋找，拓寬學生的視野，題目交由教師和助教進行匯總和篩選，題目分為A (基礎題)、B (提高題)、C (高階題)三級，布置給各小組完成。學生可以自主選擇完成A + B (約70%–80%學生選擇)或B + C (約20%–30%)，要求學生首先獨立完成，用黑色筆書寫，然后小組內部討論，形成優化后的解題思路，用藍色筆修改，提交給助教批改。本課程考核難度與A + B的難度相當，學有余力的同學可以選擇C組高階題。通過互助式討論，達到“以好帶中、以中帶差”共同進步的教學效果，同時也給學有余力的學生留下充足的進步空間。

其四是示范式點評：助教用紅筆批改作業后，反饋給學生，同時將學生的共性問題匯總后，匯報給授課教師。教師在下一次線下課堂，組織全班同學集體討論，達成共識，形成全班優化的解題思路，最后教師進行示范點評，學生對照點評，查找不足，并再次用綠筆進行修改，“黑藍紅綠”四色法清晰記錄學生的認知過程，從而逐步提高學生運用所學知識解決復雜問題的能力。對于學術界目前沒有形成定論的問題(例如一些實驗現象的機理解釋)，教師會指導學生查閱圖書館數據庫(如Rexays、Scifinder和Web of Science等)和原始文獻進行自由探索和思考，獲取學術界對該問題的研究現狀和爭論焦點，培養學生的科研探索和創新能力。

最后是全程式考核：在學生參與的全過程中，我們設置有多個考核環節，分為線上考核(40%)和線下考核(60%)兩部分，線上考核包括預習測試、章測試、章作業和期末考試四個環節，每個環節各占10%，線上考核成績由中國大學MOOC平臺記錄；線下考核包括小組討論與作業(10%)、平行班統一月測試(10%)、期中考試(20%)、期末考試(20%)，線下考核成績由教師和助教記錄，如圖2所示。

圖2 全程式考核示意圖

2.4 有機化學線上線下混合“五式”教學法的教學效果

混合“五式”教學法實施以來，受到督導同行的認可和同學們的喜愛和好評。學生認為，授課教師采用線上線下相互融合的教學方式，在豐富教學資源的支撐下，可以有效進行因材施教，不同基礎的同學有自主選擇的權力，教師課上精準講授重難點和薄弱點，講課生動有趣，用貼近生活的例子進行有針對性的授課，效果非常好。他們認為，這種教學方式，既能充分調動學生學習的積極性和主動性，又能讓學生在課程學習中發現有機化學的魅力，引導他們對有機化學內容進行深入的研究和探索。少創班19級一位同學還自建網頁，展示他參與互助式討論的收獲和對有機化學內容的獨特理解。此外，從我校教務處發布的學期教學質量報告中發現，學生對于筆者的授課評分和課程13個指標維度的對比(圖3)明顯高于院系以及全校同類課程的平均分。班級學生選課人數、期末考試成績優秀率、班級平均分和不及格率在平行班中都具有明顯優勢。

圖3 本課程13個指標維度的對比圖(來自本校教務處教學質量報告)

2.5 教學中深度融合課程思政，實現教學與育人的有機統一

課程思政的融入，是有機化學線上線下混合“五式”教學法中的一抹亮色，為提高該法的教學效果平添了很多助力。在介紹有機化學發展歷史時，筆者將專業領域發展現狀與愛國主義教育融合起來，實現思政進課堂；將科學家們的科研經歷和家國情懷與核心價值觀融合起來，培養學生樹立正確的世界觀、價值觀和人生觀；將課堂知識講解與科學思維培養融合起來，實現教學與育人的有機統一。筆者在教學過程中融入有機化學大師們的故事，例如中國甾族激素藥物工業奠基人黃鳴龍先生、我國第一位獲得諾貝爾生理學獎的科學家屠呦呦女士、現代有機合成之父Woodward教授、第二代有機合成大師Corey教授、當今世界天然產物全合成的領軍人物Nicolaou教授等，他們的研究成果挽救了無數人的生命，引導學生樹立正確的價值觀，運用所學化學知識造福于全人類；其次介紹本學科優秀學長的成長經歷，樹立可觸碰的榜樣，引領學生珍惜青春、不負韶華；其三我們將有機化學理論知識聯系實際生活點滴，并與同學們一起探討學習有機化學的小技巧，提升課程的趣味性，這些具體舉措都很好地提升了學生的學習興趣和動力。

3 結語

線上線下混合“五式教學法”已經經過三輪課程教學實踐，取得了很好的教學效果，而且在實踐過程中通過問卷調查，不斷優化具體環節。學生根據個人基礎可以自主選擇是否觀看課程資源，自主選擇線下作業的難度，因材施教，滿足學生個性化成長的需求；通過線上資源輔助的精準授課，解決課程學時少，內容多的難題；通過互助式討論學生自備主題，先獨立思考，再小組討論優化，督促學生主動學習；評判別人思路，提出修改意見，進行同伴教學，通過以好帶中，以中帶差，達到班級同學整體提升的目標，提升團隊合作能力。“四色”作業展示清晰記錄學生學習的認知過程，有效幫助他們逐步提升科學思考能力和解決復雜問題的能力。學術界未形成定論的問題指導學生查閱文獻，了解科研現狀，進行自由探索，提升了學生追蹤學科前沿熱點、探索創新的能力。

線上線下混合“五式教學法”的設計理念科學，教學實施過程切實可行，在培養學生學習的主動性、提升學生整體學習水平、提高學生自主運用所學知識解決實際問題能力、提升學生追蹤學科前沿探索創新的能力等方面都取得了很好的教學效果，其教學理念和方法同樣適用于其他理論課程的教學，具有很好的借鑒和推廣價值。