基于OBE教育理念在“能源化學專業導論”課程教學改革中的探索

孫勇剛，林茜頡，張蓓蓓，陳松

1鹽城工學院化學化工學院，江蘇 鹽城 224051

2廣西師范大學化學與藥學學院，廣西 桂林 541004

近年來，隨著“雙碳”目標的提出，我國越來越重視相關專業學科建設。作為其中的關鍵一環，能源在經濟結構中占有舉足輕重的地位，而能源化學專業也發揮著不可替代的重要作用[1]。從2015年國家批準建設能源化學專業以來，國內高等教育機構積極推進能源化學專業建設，培養了大批高素質的能源化學人才，涌現出眾多代表國內最高水平的具有國際競爭力的科研成果，也使得能源化學專業建設取得了顯著進展[2]。建設高層次、多元化的人才培養體系，加強專業力量和科研平臺建設，已經成為提高能源化學創新能力和科技水平的重要途徑。目前國內高校中已經設置了能源化學相關的本科、碩士和博士專業，專業課程內容涵蓋化學、材料學、環境科學等多個領域，旨在為學生提供全面的能源化學知識體系，拓寬學生的專業視野和綜合素養。培養卓越的能源化學專業人才，既可以促進能源行業的發展，也是應用型理科專業建設的重要內容[3]。依據應用型理科專業建設的要求，優秀的能源化學專業人才應當具備扎實的專業理論知識，優異的實踐操作和自主創新能力，良好的溝通和團隊合作能力以及高度的責任感和職業道德[4]。

能源化學專業導論是新生跨入大學后接觸的第一門專業基礎課，通常占有1學分，16學時。盡管學分和課時不多，但作為首個專業基礎課程非常重要，擔負著承前啟后的作用，是引導學生由高中轉向大學、由基礎深入專業的橋梁，同時也是建立大一新生對本專業學科認同的重要載體，在提升后續專業課程學習熱情、參與科研實踐活動積極性及促進人才優質培養中發揮著重要作用。通過課程的學習可以幫助本專業本科生了解能源化學的基本理論和實踐技能，建立起對能源化學學科的整體認識。同時可以引導學生了解并掌握能源領域的研究方法和技術手段，增強其科學研究能力和創新能力。此外，可以幫助學生掌握能源化學的整體思路和方法，培養其從宏觀和微觀角度分析和解決能源問題的能力。進而，幫助學生了解能源領域的最新發展動態和應用前沿，培養其跟上時代發展的知識和能力。最后，可以培養學生對能源領域的責任感和使命感，激發其為國家和人民發展做出貢獻的熱情和動力。因此，能源化學專業導論是能源化學專業中不可或缺的一門課程，其重要性在于通過該課程的學習，幫助學生全面了解和掌握核心知識和技能，為他們未來的學習和職業發展奠定堅實的基礎。

1 當前能源化學專業導論教學中存在的問題

能源化學專業導論是能源化學專業的一門重要入門課程，教學內容通常涵蓋：能源化學概述、能量的轉換與儲存基本理論、常規能源、新能源、節能與能源經濟，其內容涉及的知識廣泛且具有一定的復雜性。在教學中，可能存在以下一些問題：

(1) 知識點分散，難以形成系統性。能源化學涉及到多個學科領域，如化學、物理學、材料學等等，因此在教學中容易知識點分散，難以形成系統性。需要教師精心設計課程，協調各個學科領域知識點，注重知識點的融合與滲透，使學生能夠全面了解能源化學學科，掌握其基本原理和應用技能。

(2) 理論脫離實際，缺乏實踐和應用的關聯。能源化學專業導論是以理論講述為主的課程，在教學中，對實踐和應用關聯的重視程度可能不足，導致學生理論與實踐結合能力不足，應用能力差。因此，教學需要加強對實驗和應用能力的關聯，為學生提供足夠的與現實生活中應用關聯的機會，使學生能夠在實踐中逐漸提高掌握能源化學的能力。

(3) 教材陳舊、教學內容過于理論。能源化學專業領域是一個前沿的學科，但由于教材陳舊和教學內容過于理論，可能不足以跟上前沿的發展。因此，需要及時收集最新的學術資料和文獻，不斷更新課程內容，關注前沿發展，加強對戰略科學、前沿技術、新興材料等方面的介紹，為學生提供一個充分了解行業前沿、發展優勢和推廣應用的教學平臺。

(4) 學生自主學習能力薄弱。能源化學專業涉及多學科，專業要求較高，更加需要學生主動思考、探究和實踐，目前不少學生在自主學習方面仍存在短板。因此，需要加強學生自我學習和思考能力的培養，建立多樣化、靈活化的教學模式，如課前閱讀、課內討論、案例分析、小組討論等等，通過多渠道、多樣化的方式提高學生對于學習知識的主動性和熱情。

2 OBE教育理念在交叉專業學科的課程教學改革中的應用

能源化學具有理學、工學相融合的鮮明特色，作為理學專業，同時也具有“新工科”的引領性、交融性、創新性、跨界性和發展性等幾個特征[5]。OBE (Outcome Based Education，成果導向教育)作為我國工程教育專業認證的重要理念之一，是一種注重學生能力和技能的教育方法。OBE理念強調學習的目的和意義，即學生應該掌握豐富的知識和技能，以便在現實生活和工作中表現出色。因此，OBE讓學生更加關注實際應用，以解決現實問題為導向，而非僅僅是記憶和應試。OBE強調教師需要根據學生的需求和學習進展調整教學內容和評估方式，以確保每個學生都能夠理解和掌握知識。此外，OBE認為評價教育成果需要以實際表現為導向，注重學生的實際應用和解決實際問題的能力。因此，OBE教育具有前瞻性、人本性和實踐性，對學生的未來發展具有重要的指導意義。

OBE教育理念不僅成功地應用于各類“新工科”專業中[6]，在交叉專業學科的課程教學改革中，OBE教育理念也展現出極大的價值與潛力。例如，在云南中醫藥大學的生物化學課程體系建設中[7]，教師們將OBE教育理念應用于課程改革中。梳理了醫學院校的期望和生物化學課程目標，設置了學生掌握知識與能力的標準，通過多種教學和評估方法，針對學生的不同需求進行了有針對性的調整，加深了學生對生物化學概念和實踐的理解。在課程教學的實踐中，OBE教育理念有效提高了生物化學課程的教學質量和學生終身學習的能力。同樣，能源化學作為一門新興的交叉專業學科，基于OBE教育理念，桂林理工大學以電化學催化課程為例[8]，進行了能源化學工程專業課程建設必要性及相關課程思政教育的研究探討。通過OBE理念與當前主流思政教育元素相結合，樹立創新性的課程思政教學方法，進一步深度挖掘電化學催化專業課程中相關的思政元素，促使學生關愛生命、關注綠色環保，建立可持續發展的職業意識和人文情懷，最終實現知識傳授、能力培養與價值目標的融合。

當前OBE教育理念在能源化學相關課程實踐中的應用相對較少，都是基于工科性質的“能源化工”專業的探索[9]，而對于偏理科的“能源化學”專業，OBE教育理念的滲透度不高。如何將該理念應用到能源化學專業相關課程的實踐中，是提高這類交叉學科教學質量、提升學生應用專業知識并解決專業問題能力的關鍵。結合我校能源化學專業課程的教學實踐，作者將OBE教育理念融合到能源化學專業導論的課程教學中，充分利用OBE的理念優勢，結合教學實際及教學要求細化OBE教育理念的四大核心內容。通過設置明確的課程目標，制定對應的能力標準，采用多種評估方法來評價學生的學習成果，以檢驗學生對于目標的掌握情況，并進一步基于學生學習需求，進行合理的教學活動改進，使教學更加實用且有針對性。此外，通過有效整合學院及合作企業的教學及培訓資源，為學生提供更多應用場景接觸的機會，使學生可以更好地實踐和鞏固所學知識，培養學生的職業素養和實踐能力，使學生能夠更好地適應未來的生涯發展。通過OBE教育理念在能源化學專業導論課程中的實踐為能源化學專業課程教學改革和優質專業人才培養提供新的思路。

3 基于OBE教育理念的能源化學專業導論課程教學改革

在能源化學專業導論課程的實踐中，作者以提升學生能力和學習效果為目的，融合OBE教育理念，注重學生“理解”而非“記憶”，強調學生的主動參與和合作，傳授學習技能和分析思維等，課程設計方案邏輯圖如圖1所示。在課程設計中，提倡知識、能力和態度的綜合提升，明確教學的內容范圍的重難點，合理編排設計教學單元及教學活動，并通過合理的課程評估及充沛的課程資源支持，持續改進課程，實現學習、教學的可持續性。教學中以學生為中心，通過教學課程的實踐對能源化學專業導論課程目標、能力標準、教學評估、學習資源、學習方法等進行改革，采用OBE教育理念使得能源化學課程更具有針對性和實用性，學生能更好地掌握所學內容，并將其應用到實際生活和工作中，最終實現教學質量的提高及學生綜合能力的全面提升。

圖1 能源化學專業導論課程設計邏輯圖

3.1 課程目標改革：制定學科課程的目標，并且要與其他相關學科的目標相協調

制定學科課程目標時，充分考慮學生的入學水平和前置知識，確保課程目標符合學生的學習需要和差異化程度。明確該課程的主要內容和難點，制定相應的教學目標，針對不同難度和學生差異，調整教學目標和難度。為學生的學習和未來就業方向設定合適的培養目標，包括能力、知識和態度方面(如圖2所示)。此外，課程目標分為基礎目標和進階目標，從基礎的知識的記憶、理解和應用上進階為對能源領域問題的分析判斷、評價及創造。例如，通過本課程的學習，要求學生能夠熟悉能源化學的基本概念、方法和應用；了解能源化學的最新進展和發展趨勢；理解能源化學的重要性和作用。此外，課程目標上與其他相關學科的目標相協調，例如：太陽能和電池是能源化學的重要領域之一，本課程的學習目標可以與太陽能和電池能源學科的目標相協調，如了解太陽能和電池的原理、結構和制作技術以及分析和評估不同類型的太陽能和電池的性能和優缺點。本課程的學習目標還可以與材料科學與工程學科的目標相協調，如了解和掌握化學材料在能源轉化和儲存中的應用，包括化學儲能材料、光催化材料、熱敏材料等。在與環境科學相結合方面，例如理解和掌握環境保護和可持續發展的理念和方法，并能分析和評估化學能源對環境的影響和可持續性，學習本課程也能幫助環境科學與工程專業的學生更好地理解和應對能源領域的相關問題和挑戰。

圖2 能源化學專業導論課程目標圖

3.2 能力標準改革：依據不同學生群體，制定需要達成的相應能力標準

制定能源化學專業導論課程的能力標準需要了解目標學生群體的特點、教學目標和教學內容。了解學生的年級、學歷、專業、課程背景，以及學生的興趣、需求和學習能力等等方面，目的是制定符合這些學生群體特點的能力標準，進一步明確本課程所要達到的目標，包括知識、技能和態度方面。這些目標應該與學生群體的特點、發展需求和職業發展方向密切相關。明確課程的核心內容和教材，以及應該為學生提供的實踐和案例分析等教學材料，兼顧理論知識和實際應用，讓學生能夠深入掌握有助于能源化學實踐的知識和技能。制定符合學生群體和課程目標的能力標準，包括知識水平、技能水平和自主學習能力，同時，還應該制定學生的社交和成長能力相關的能力標準，從而為學生的學習提供全方位的支持。例如：針對本科一年級學生群體，可將目標設定為讓學生了解能源化學的基本概念、原理和實踐應用方向；教材內容以能源化學專業導論為基礎，重點講述化學基礎知識、能源材料、太陽能和化石能等方面的知識；能力標準主要在于學生應掌握能源化學實踐應用方向的基本知識和能力，如能分辨化學實驗室常見的化學品、化學實驗器材及其用途；能評估化學實驗的安全性，并清楚地了解太陽能和化石能源的基本工作原理。而如果是研究生群體，課程目標應是讓學生掌握新能源化學專業的前沿理論、技術和文獻，教材內容主要包括新能源材料的合成和應用、新能源化學器件及其應用、生物質制氫技術和新能源儲存等方面的新技術和新成果；能力標準主要在于學生應該熟知新能源化學相關領域的專業術語及公式，能夠應用化學原理分析新型能源的性能和優點，并掌握新型能源在國家戰略與環境保護中的作用。

3.3 學習資源的整合：將不同學科的學習資源進行整合，同時還要關注學生所需的學習資源，以更好地實現交叉專業學科的教學改革

能源化學專業導論是一門交叉學科的課程，需要整合不同的學科資源，例如化學、物理、數學、能源等。為了更好地實現交叉專業學科的教學改革，在教學實踐過程中，作者提出以下幾點方法：(1) 關注學生需要。首先，需要根據課程目標了解學生的需求。課程目標包含了本專業的基本要求和跨學科的內容，學生的需求則與他們現有的知識水平和以后的職業發展有關。(2) 整合不同學科的學習資源。在此過程中，應該先選擇適合本門課程的教材、參考書和其他教學資源。同時需要加強和其他學科的聯系，例如與能源系統分析課程的聯系。(3) 利用信息技術手段。信息技術可以幫助學生更好地獲取、處理和交流學習資源。教師可以通過網絡教學平臺或在線學習社區等途徑提供豐富的學習資源，并與學生互動交流。(4) 應用實際案例。將實際案例納入教學內容可以為學生提供更生動、更具體的學習資源，有助于學生更加深入地理解和應用所學知識。通過以上方法，可以更好地實現跨學科教學改革，并使學生在學習中獲得更多的交叉學科實踐經驗，提高其綜合學科素養和解決實際問題的能力。

例如：在講授電池原理時，可以整合物理與化學學科，把電池的電荷流動視為一種電流，從而結合麥克斯韋方程和電離能的原理解釋電池的工作機制。這樣，不僅可以整合物理和化學的知識，還可以為學生提供更全面的知識體系。在講授化學反應速率時，可以整合數學與化學學科，借助微積分的知識，介紹反應速率的微分方程和速率常數的概念。這樣，學生不僅可以了解反應速率與化學濃度、溫度等參數的關系，還可以通過微積分的方法求解反應速率。在講授傳熱與轉化時，可以整合任意兩個學科，通過比較多種能源來源的形式(如核能、太陽能、化石能源等)來介紹不同能源形式的轉換方式，例如光電效應、熱力學循環、核反應等，然后進一步分析這些過程中的能量轉換與傳熱機制。這樣，學生不僅可以了解能源的多種形式與轉換方式，還可以了解物理與化學的交叉應用。通過以上實例，我們可以看到，將不同學科的學習資源進行整合是非常有必要的。為了更好地實現交叉專業學科的教學改革，更要關注學生所需的學習資源，教師需要注重舉例說明，通過實例來加深學生的印象，提高其對交叉學科的興趣和學習積極性。

3.4 學習方法的探索：通過多種教學手段和學習方式來探索較優的學習方法，尤其是能夠幫助學生整合、轉化知識的方法，以達到更好的學習效果

為了達到更好的學習效果，在能源化學專業導論課程中，可以通過多種教學手段和學習方式來探索較優的學習方法。在課堂講解時，教師應該注重知識的系統性和前后一致性，同時結合不同學科的知識點，幫助學生理解知識的內在關系，并且避免知識的重疊和跳躍，提高學生的學習效果。可以利用PPT制作講義和示意圖，將不同學科中的概念和原理進行系統化的講解。例如，在講解能量轉化過程時，可以首先介紹不同種類的能量與它們的單位和轉換關系，然后講解熱力學循環和能效的基本概念等。通過分組研究的方式，在課前或課后，讓學生分成小組研究不同主題的學習材料或案例，從而讓學生更加專注于特定的學科領域或具體的應用問題，通過分組研究和小組討論的方式，可以培養學生之間的合作精神，促進學生的思考能力和學習效果。在案例教學中，可以通過事實和實例來講授知識，讓學生更加深入、具體地理解理論知識，并能夠將其應用于實際問題中，例如講授化學反應速率時，可以利用某種反應過程的實例來解釋其速率常數的概念和相應的影響因素。充分利用多媒體教學，借助圖片、聲音、視頻等形式的輔助教學材料，使學生更深入地理解和記憶知識，更好地理解和應用所學知識。例如，可以利用講述能源基礎知識的PPT來向學生介紹不同的能量單位和轉換關系。以上這些多種教學手段和學習方式的探索都有助于學生更好地整合、轉化知識，提高學習效果。

3.5 教學評估改革：通過考試成績、教學評估結果、項目完成情況等方面的綜合得分來對學生的學習成果進行評估

對學生的學習成果進行評估需要考慮多種方面，其中考試成績、教學評估結果、項目完成情況等是比較重要的維度，圖3以作者的實踐為例，展示了能源化學專業導論課程具體實踐過程中的教學評估方法和成績分布。作者設計了綜合性的評估方法和評估工具，對學生的學習成果進行考查，包括知識考核、實踐操作、小組項目等多種形式。圖3(b)中對比了不同班級的各項成績分布，通過綜合成績標準差，分析班級整體學習效果。數據表明，綜合成績分布較為均衡，知識掌握牢固，通過本課程的學習，學生的各項能力均得到了有效的鍛煉和提升。

圖3 能源化學專業導論課程

具體執行過程中首先設計合理的評估指標，確定需要對學生進行評估的維度及各維度的權重，包括理論知識掌握、實踐能力、思考能力等方面。通過采集考試成績、學生提交的項目、教學評估結果等數據，根據設計的評估指標及各維度的權重，對采集到的數據進行綜合計算，得到每個學生的綜合得分。進而根據結果進行分析與反饋，通過綜合得分分析學生的學習成果，找出其優點和不足之處，給予學生相應的反饋，幫助其更好地提高自身能力，以便及時調整自己的學習方法和提高學習效果。例如：在考試中，教師可以設置一些選擇題和開放式問題，通過對學生答案的分析和評分，可以得出學生在知識領域和應用能力上的得分。通過問卷調查和課堂反饋等方式對教學質量進行評估。根據學生的評測結果，教師可以獲得一定的得分。此外，在課程中，教師可以安排一些項目或市場調研實驗，要求學生根據教學內容進行設計和實施。通過學生完成項目的細節、精度、創新性等方面的評估，教師可以得出項目完成情況的得分。這些得分也可以與其他項目的得分結合計算，為學生的總評成績提供參考。通過考試成績、教學評估結果和項目完成情況等多方面因素的綜合得分，可以對學生在能源化學專業導論課程中的學習成果進行綜合評估，從而提供科學客觀的評價依據，有利于學生發現和改進學習不足，進一步提高學習成果。

4 結語

本文基于國際先進的OBE教育理念，以能源化學專業導論課程為例，著重于培養學生的全面能力，包括知識技能、實際應用能力和社會責任感。以目標為導向，通過透明、可評價的能力標準來檢驗教學及學習目標達成度。采用項目驅動的教學法提高學生的實際應用能力，讓學生在實踐中理解理論，幫助學生將所學知識應用到實際案例和項目中。引入多元評估方式，以多種不同的方式進行評估，涉及傳統測驗和作業、小組研究和演示、辯論和模擬等形式，以評估學生的不同能力。通過多元化的評估方式，更好地衡量學生的學習成果和能力，為學生提供更多的交叉學科實踐經驗，提高其綜合學科素養和解決實際問題的能力。通過多種信息技術手段的整合幫助教師提供更豐富、更真實的學習資源及學習方法，增強教師與學生之間的互動，充分利用網上課程和教學平臺等信息技術手段，增加自主學習部分，讓學生加深對所學知識的理解和洞見。本文提出了一系列基于OBE教育理念的能源化學專業導論課程教學改革探索的建議，這些措施可以更有效地達成培養全面能力的教育目標，引導學生把理論知識應用到項目實踐中。這種教學實踐方法可以運用在不同的交叉學科教育領域，具有一定的推廣價值，啟示著教育改革的方向，更好地適應企業和社會需求的發展趨勢。