基于OBE理念的分析化学课程教学改革和实践

侯莉　姜洋　谢丹阳　高丽华

【摘 要】分析化学是化学类学生的专业基础课，基于OBE理念，针对专业培养目标、毕业要求和课程特点，从教学内容、教学方式和考核机制等方面对分析化学的教学改革进行了探索和实践，旨在培养学生的工程实践和创新能力。实践表明，分析化学的教学改革提高了课程的教学质量和学生学习的积极性，培养和锻炼了学生主动学习、沟通协作、解决问题及实践创新的能力，为后续专业课程的改革、相关专业的工程教育认证，提供了有益的经验。

【关键词】分析化学;工程教育;OBE;教学改革

【中图分类号】G642.4【文献标识码】A【文章编号】 1005-4634（2019）01-0082-07

0 引言

随着经济体制的改革和经济形式的发展，具有专业知识、技能，实践能力强并具有一定创新精神的工程应用型人才受到用人单位的欢迎。成果导向教育理念（outcome based education，简称OBE）是以学生学习成果为导向的、先进的教育理念，自20世纪80年代在美国诞生以来，逐渐成为国际工程教育改革的主流理念和风向标，受到了用人单位的认可[1，2]。OBE教育理念既可以应用于某一学科总体课程体系的设置，又可以应用于用来指导某一门具体课程的建设和授课模式的设计[3]。

分析化学是化学学科的重要分支，也是高校化学及相关专业（应用化学、化学工程与工艺、能源化工，环境工程、生物工程等）的专业基础课;课程的实践性与应用性强，在提升学生专业基础素质和工程实践能力方面有着至关重要的作用。调查显示，目前的教学模式所培养的学生理论基础较扎实，分析问题能力较强，但是实践操控和工程设计能力突显薄弱，难以达到用人单位的要求，导致企业对毕业生的期许度下降，影响了社会对高校毕业生的认可。2016年，我国成为《华盛顿协议》正式成员国，燕山大学是第一批教育部工程教育模式研究与实践课题组试点高校之一。近些年，学校在工程教育方面进行了持续不断的改革，取得了良好的效果。本项目基于 OBE 教学理念，借鉴国内和燕山大学在教学改革上的成果，从教学内容、教学方式、考核方式等方面对传统“分析化学”的教学进行改革，旨在构建以学生能力培养为核心，以学生学习效果为导向，以课程培养目标达成度为评价依据的合理的“分析化学”教学体系，以激发大学生对科研的兴趣，竭力培养学生的工程素质、实践和创新能力。

1 分析化学教学现状

分析化学课程以学习化学分析基本理论为主线，通过实践让学生掌握分析測试的基本方法和操作技能。教学质量及学习效果直接影响后续课程的学习、学生专业基础素养和学生素质能力的培养。目前，高校的分析化学教学中存在着以下问题。

1） 课程知识点多、理论性强，学时有限，教学内容灵活性差，落后于学科的科技发展水平;

2） 教学以课堂讲授为主，偏重于理论的讲解与推导，学生课堂参与度和积极性不高，对实验仪器和设备的操作练习不多，与生产实践相关的实验项目更少，重理论、轻实践;针对实际问题只会照搬教材的方法，不能够学为所用，缺少灵活性和创新性，不利于学生创新能力培养。

3） 教学考核的方法单一，主要是书面笔答方式，基本没有实践应用能力的考核，限制了对学生学习方法的引导和实践能力的培养。

2 基于OBE理念的分析化学教学改革探索

创新是社会发展的第一动力，OBE教育理念中大学生的核心能力是创新能力和解决工程问题的能力[4-5]。分析化学课程教学目标就是通过对分析化学的基本原理的学习和分析方法的实践，培养学生严谨的科学态度、严谨细致的工作作风、团队协作能力以及分析和解决实际问题的工程能力。为此，项目组立足于分析化学的教学目标，基于OBE教育理念，如图1所示，从《分析化学》的课程内容的设计、教学活动的实施和课程考核和评价标准等以下3个方面进行了课程的教学改革设计。

通过以上课程改革的实施，本项目组将《分析化学》课程建设成应用研讨型课程，课程的教学内容及大纲以专业培养目标为依据，课程定位更加明确清晰，教学内容更加贴近工程实践，教学形式和综合评定机制更加灵活，教学活动更加切合学生实际需求，让学生获得高标准、高质量的学习成果，这为工程素质和创新能力的培养找到有效的载体支撑，提高了课程的适应性和应用性，达到课程创新实践教育的教学目标。

2.1 明确教学目的，优化教学内容

分析化学是研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学。但是，随着教学体制的改革，分析化学的授课学时被压缩，但作为专业基础课，其理论教学的基础性不能忽略。该课程教学目标和OBE 教学模式中注重学生的成果产出，以学生知识的学习、能力的培养和素质的提高为培养目标的理念是一致的。为此，教师要以能力为目标，以目标为导向，基于 OBE 理念的模块化教学方式，将教学内容按照通识模块、专业限选模块和学生任选模块3个模块的形式进行合理配置和划分，具体的教学内容改革如下表1所示。

通过以上教学内容的改革，项目组把原来的主要传授知识转变到为重点传授思考问题和解决问题的方法上，培养学生创新意识，提高创新及实践能力。同时，每年有计划地更新相关教学内容和完善课件，将学科的最新研究成果渗透到教学中，进行持续有效地改进。

2.2 改革教学模式，改进教学方法

培养学生扎实的理论基础、较强的动手实践能力是分析化学课程的教学难点。目前，分析化学教学中采用的是灌输式教学模式，教师是教学的主体，学生处于被动接受的学习状态。若仅掌握了课程的知识点，所学理论知识和实际应用没有联系起来，就无法说对实践能力和创新能力的培养。OBE教育理念是培养学生的创新意识和创新能力，其核心是“学生中心”“成果导向”和“持续改进”。课堂正是OBE理念实施最重要、最基础的环节。为此，笔者结合OBE教育理念，改变教学模式，结合具体教学内容和学生特点，通过教师合理的课堂教学设计，灵活运用多种教学方法[6]，把学生在学习过程中的表现作为教育质量考核的重要指标，反馈到教学活动中，对培养目标、毕业要求、教学模式和教学方法实施持续有效地改进。为学生后续的专业课学习打下良好的基础，引导学生主动构建自身的工程实践知识和创新意识体系。

1） 角色互换和任务结合的教学法。学生本就是学习的主体，教师在教学过程中应起主导作用，引导学生去认识、发展、实践和创新，是高等教育提高教学效果、培养高素质人才的必经之路。分析化学的研究内容又随着学科的发展而变化的。因此，在教学时教师既要把握基本的分析化学原理，使学生获得理论研究和实践知识的基本能力，也要在课堂教学中有针对性的将新发展的分析理论和方法、科技成果和学术热点引入教学中。例如，电化学工作站、气相色谱、液相色谱、质谱及核磁共振波谱分析等相关内容，可以开阔学生的视野，培养学生获取知识、更新知识的能力。

同时，教师依据学生学习基础、将部分学习内容和教师的科研课题相结合，融入到课堂讨论、学生课堂和课外报告等教学过程中。比如，教师给出金属氧化物的形貌测试与电化学性能表征，有机物组分鉴定及催化活性表征等一系列科研任务。学生以小组为单位，根据兴趣选择科研内容后，首先通过网络、图书馆查阅相关文献，了解项目的科研动态和所涉及的分析仪器;然后根据参考文献或教师提供的意见讨论、设计实验方案并进行实验，对实验结果进行测试和分析，最后展示实验成果和进行汇报总结。表2为以苯脱硫实验的设计及苯中微量噻吩的测定的科研任务为例进行的教学过程的设计和实施。通过教学改革，整个学习阶段成为一次完整的科研实践体验，学与做融为一体。课程培养了学生查阅文献、自主学习和论文写作的能力。学生在实践过程中会遇到某些困难，每个成员根据对所学知识的理解，阐述自己的观点。在实验结果表征阶段，学生们会接触到化学分析的相关仪器，使其在课程中认真听讲，学习相关的仪器原理、操作方法和作用，提高课堂的教学效果和学生学习的积极性。当遇到意见不统一时，进行必要讨论和交流，从而达成一致意见，在学生课堂阶段对实验成果进行汇报讲解，并回答老师和同学提出的问题，对其他小组课题按照打分要点（如讲课思路是否清晰、重点难点把握等）进行打分评价，也培养了学生的团队合作精神和公正、公平的科学素养。

学生在教改后的教学过程中能运用所学知识解决实验中的难题，给自身带来成就感，调动其学习的积极性，提高了自身的逻辑思维能力、分析问题、解决问题能力和创新能力。教师也通过在教学过程中与学生讨论、交流的环节，发现学生学习中的薄弱环节，从而及时调整课程教学的内容，使理论與实践相辅相成。

2） 板书、多媒体和仿真软件结合法。分析化学课程具有知识点跨度大，理论和公式多，仪器设备使用和操作内容多等特点，传统授课模式（“黑板+粉笔”）不能适应课程的特点和教学目标的要求。我国著名教育专家南国农先生的基本观点是“把传统学习方式的优势和数字化学习的优势结合起来，使两者优势互补，才能获得最佳的学习效果”。为此，教师将多媒体课件、视频和仿真软件引入到教学过程中，通过文本、图像、视频、动画和仿真模拟等多种信息形式将课程的知识要点和仪器操作规范直观且生动地展现出来。例如，电子天平的使用、移液管、容量瓶、滴定管等玻璃仪器的使用和校准等，这对操作手法、步骤都有严格的要求;学生在课堂上很难对其完全掌握，通过课后反复观看录制的标准操作视频，可以更快地掌握实验的操作方法，并且操作规范化。

课程通过多媒体和仿真软件的利用，可以有针对性、目的性地帮助学生规范化操作，解决学校实验条件差、仪器设备不足、实验室有限的问题。同时，拓宽了实验的范围，增强了学生的学习兴趣。例如，对于滴定终点的判定这一教学内容，首先通过视频展示出其滴定变色的全过程和终点颜色;然后利用制作的仿真软件让学生练习滴定的操作，对操作过程和滴定终点的判断给出形象生动的展示和评分，从而加深对实验的理解，提高了学习效率，达到学习知识、掌握技能、培养实践能力的目的。但是不能一味地利用多媒体和仿真软件，并对其产生依赖，使教学过程模式化。因此，需要精心设计好教学路线，针对一些定律和公式推导，以板书教学为主，加深学生记忆。把板书、多媒体和软件三者有针对性地结合、利用，使课堂教学严谨、有序地进行，提高课堂的利用效率，有更多时间来进行与学生互动环节的教学。

3） 实验教学强化法。分析化学是一门实践性较强的学科，也被称为“实验的科学”。实验教学不仅能加强学生对相关理论知识的理解，培养学生观察、发现、分析和解决问题的能力，也能培养学生创新和实践能力。为此，笔者整合现有的实验教学设备和分析仪器等资源，将实验教学划分为基础性实验、开放性实验和研究性实验3部分。如图2所示，课程要在基础性试验中注重对学生实验操作技能的训练和考核，强化学生的动手能力，培养学生良好的科学素质，为学生继续深造和就业打下了坚实的基础。在开放性实验和研究性实验中，学校与学院结合科研和生产实际，优化设计相关实验内容和操作，创新、创业及科技竞赛等项目相结合，着重培养学生的科研素质和实践创新能力。

例如，在“测定天然水体中水的总硬度”的基础性实验中，教师以任务为导向，先明确实验的目的、要求和实验的仪器及设备，然后对试样的采集、溶液的配置和滴定的实际应用等内容进行讲解，使学生掌握经典的定量分析的方法，适时地提出问题以启发学生思考，让学生带着问题做实验，通过观察实验现象回答这些问题，最后通过实验教学视频对实验基本操作步骤和细节、实验仪器设备的操作规范、样品处理前后的形态进行生动形象的展示，使学生明确“量”“误差”“准确度”等概念，操作规范化、准确化。水样硬度的测定方案的讨论、设计、实际操作、实验现象的记录和数据处理等，均由学生小组自行独立地完成，教师对学生的实验方案、实验操作和实验安全方面加以指导和记录，把实验操作熟练及准确的程度作为实验成绩的重要组成，当实验中出现实验现象与预期不一致时，引导学生运用课堂上所学的知识分析，通过相互讨论发现和解决问题，而不是由教师直接给出答案，使学生自觉地提高对实验内容的重视，培养学生分析解决问题的能力，培养实事求是的科学态度，达到实验教学的目的。

校企合作及企业的参与是实现工程教育模式更有效的途径，可以实现专业实践与科学研究、工程实际及社会应用的有机结合，而且对教师的工程素质的提高有很大帮助。为此，学院推进与秦皇岛开发区质量技术监督局、秦皇岛市环保局等单位进行校企共建平台建设，加大企业参与高校人才培养的步伐，并由企业工程技术人员和校内教师共同指导学生来完成项目案例，保障实践教学的实施。

2.3 优化考核方式，考察实践能力

目前，分析化学的考核采取考试成绩（期末考试占80%～85%）和平时成绩（考勤和课堂作业，占15%～20%）相结合的评定方式。考核过程中，平时成绩的评定没有准确的量化标准和具体要求，受教师主观因素影响较大;期末考试成绩占考核比重较大，主要通过选择题、填空题、判断题、简答题和计算题等类型的试题进行考试评定，更多地注重考察学生对理论知识的记忆和理解能力。因此，这种考核方式不能客观地评价学生的学习效果。

为此，在新的教学模式下，教师根据学生的专业特色和培养目标，注重检验学生学习过程和解决问题的实践能力，将考核方式进行多元优化设置。首先，提高了平时成绩的所占比例（40%～50%），主要包括课堂出勤、课堂讨论、学习报告、学生讲堂、实验考核等内容;平时成绩由学生自评、学生他评和教师评价3部分组成。考核既要给学生自主权，使学生重视自学能力的培养;又存在互相竞争，促进学生了解到不同课题的内容，培养学生对待事物公正、公平的态度。教师评价部分重点考核学生在学习过程中独立思考，创新性思维方法的能力。其次，期末考试（占总成绩50%～60%）注重学生实践能力的考核，减少理论知识记忆能力考察部分选择题、填空题、判断题、计算题等类型客观题的比重，更多地以思考题的方式设计一些开放性试题和案例。例如，如何选择恰当的分析方法检测物质的成分等，答案多种样式，关键是考察学生对所学知识综合运用、自主创新和解决问题的能力。

为此，教师对应用化学专业3个班87名学生教学改革前、后的试卷和学习成绩进行了分析，学生学习成绩的分数段分布如图3所示。

从图3中可以看出，课程改革后，班级学生的优秀率（80 分以上）明显优于课程改革前的班级，改革之后低分数段的比例显著减少;学生的平均成绩由课改前的68.6分提升到课改后的78.75分，成绩提升明显。同时，考虑到由于处在教学改革的初期阶段，考題内容中涉及实际工程能力的考题比例不大。随着OBE教学理念的深入，今后涉及复杂工程问题的考题会越来越多，学生的实践能力方面考核的更多，学生的成绩也会越来越好。由此可见，多元化的考核方式更加科学与合理，避免了考试作弊现象的出现，以及 “重理论、轻实践”的不良后果，激发了学生学习和参与科研过程的积极性，培养了他们的探索精神与实践能力。

2.4 跟踪课程评价，持续实践改进

OBE 教育理念还注重持续改进方面，为此项目组参考相关文献设计了学生对于课程教学模式的满意度评价调查表，在课程结束后对学生进行问卷调查，及时获得学生对于教学改革的反馈，为以后的持续改进提供基础信息和依据。课程结束后，笔者统计了87名同学对课程教学效果的评价，并对回收的80份有效表格进行了统计，其调查和统计结果如下表3所示。

统计结果表明，学生对课程教学模式的满意度分数为85.4+12.16=97.3分，说明学生对课程教学模式的满意度很高。从其他评价项目的评分结果可知，学生普遍认为在此种教学模式中，学生与教师的互动性和主动参与度明显提高，学生对于知识和理论的掌握度、考核方式的满意度都很高，工程职业技能、科研和创新能力得到提高，但在学生自主学习和团队协作方面还有提高发展的空间。

分析化学教学团队根据教学改革的过程和评价进行教学反思，认为有以下方面有待改进：首先， OBE教学模式下要求教师对教材、教学内容极其熟悉，掌握大量与教学内容有关的实例，这就要求任课教师积极准备，热情投入，认真备课，查阅大量的文献资料，做好案例问题设计等教学内容，提高自身的工程素质，同时需要做好团队任课教师的培养工作，使教学改革能够持续有效地进行;其次，在充分利用多媒体辅助教学的基础上，可以利用利用互联网和手机软件等平台，与学生进一步沟通，从而对学生现有的基础水平、学习目标和心态等问题进行广泛的交流和讨论，并及时反馈到教学过程中;第三，解决教改实施过程中发现一些问题，如个别学生的主动性不够强，需要教师与同学的提醒，部分学生虽然已渐渐养成主动思考问题的习惯，并对分析化学课程和实验产生兴趣，但还不习惯从实际应用的角度去思考、解决问题，需要在教学过程中有意识地加以引导;最后，由于只是教学改革初探，一些尝试的力度还不够，教师需要继续贯彻执行 OBE 教育理念，在实践中进一步探索符合 OBE 理念的教学过程管理、考核方式、学生评价和教学评估方式，并进行持续改进，只有这样才能形成科学、合理、系统的教学模式。

3 结束语

综上所述，结合OBE教育理念，项目组通过对分析化学的教学改革实践，形成了一套由理论教学和实验教学相结合、课内学习和课外项目相辅助，具有结构合理、形式多样考评方式的多层次的教学体系，显著地提高了课程的教学质量，学生变被动学习为主动学习，从课堂之上拓展到课堂之外，激发了学习与科研的积极性，提高了主动学习能力、团队协作能力、分析解决问题能力和创新能力，为后续专业课学习打下了良好的基础。分析化学课程教学改革的实践性尝试，为进一步深化学校本科教学与后续专业的改革、相关专业的工程教育认证，总结了经验，提供了借鉴。今后教师将继续探索，深刻理解OBE的能力培养理念，持续改进，坚持实践，发挥分析化学课程在培养应用型人才中的作用，满足社会的人才发展需求。

参考文献

【1】 杨毅刚，孟斌，伟楠.基于OBE模式的技术创新能力培养[J].高等工程教育研究：2015（6）：21-30.

【2】 李莉梅，欧阳樂军，韦明肯，等.基于OBE 教育理念的生物工程专业教学改革探究[J].广州化工：2017，45（3）：126-128.

【3】 付瑞红，何强.基于OBE理念的教学科研一体化探索与实践[J].教学研究：2017，40（3）：28-33.

【4】 田少萍，徐家宁，宋天佑.化学学科创新人才培养的探索与实践[J].化学教育：2016，37（14）：12-16.

【5】 李鹏飞，赵健，范立强，等.基于创新平台的研究型人才培养模式探索[J].化学教育：2016（2）：25-27.

【6】 王巍，刘亮，王海波，等.分析化学“翻转课堂”教学方法研究与实践[J].高教学刊：2017（2）：71-72.

OBE-based teaching reform and practice of analytical chemistry course

Hou Li，Jiang Yang，Xie Dan-yang，Gao Li-hua

（College of Environment and Chemical Engineering，Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004， China）

Abstract

Analytical chemistry is a basic professional course for chemistry majors.To develop students′ engineering practice and innovation ability， this work explores and practices the teaching reform of analytical chemistry from the aspects of teaching contents， teaching methods and assessment mechanism based on OBE concept， professional training targets， graduation requirements and curriculum characteristics.Research shows that the teaching reform of analytical chemistry courese improves the teaching quality and student′s study enthusiasm， and cultivates students' ability of initial study， communication and collaboration， problem solving and practice innovation. All these provide useful experience for the subsequent reform of professional courses and engineering education accreditation of related majors.

Keywords

analytical chemistry; engineering education; OBE; teaching reform