基于工程教育认证为导向的教学设计

黄绵丽 郑燕玉 刘小英 黄妙龄

摘 要：“有机化学”是培养材料化学专业人才整体知识结构及能力结构的一个重要组成部分。基于工程教育认证的产出导向理念，在明确课程目标为培养学生工程知识和职业规范两方面能力的前提下，以有机化学“醇”这一章内容为例，综合运用多种教学方法，开展了教学改革与实践。基于工程教育认证理念为导向的课程教学改革不仅为教师授课和学生学习指明了方向，还增强了学生主动学习的意识和社会责任感，对培养具备一定科学素养和创新能力的人才大有裨益。

关键词：有机化学；产出导向；课程目标；教学设计；醇

基金项目：泉州市科技计划项目（2018C128R）；国家自然科学基金（21705092）

1 研究背景

工程教育认证标准坚持“以学生为中心、产出导向、持续改进”的核心理念，基于培养目标和毕业要求进行产出设计、实施和评价教育教学活动，以确保毕业生达到工程教育质量标准[1]。要实现这个目标，必然要以课程教学质量为载体，教师要根据培养目标和毕业要求，结合教学目标和教学内容，创造性地开发新的教学模式。基于工程教育认证为导向的教学设计是提升工程人才培养质量的重要途径[2]。

传统的课程教学多以课程知识为导向，授课教师比较关注课程的独立性和课程自身知识体系的系统性，以教学内容为核心，对于课程在专业人才培养中的作用往往缺乏深入思考，导致课程教学设计缺乏针对性和有效性，课程整体的教学质量不高。

基于工程教育认证理念的课程教学思路强调以产出为导向，课程目标以毕业要求为导向，根据毕业要求指标点来设计课程目标。所有课程教学环节均围绕课程目标进行[3]。因此，基于工程教育认证的课程教学设计科学合理，思路逻辑严密，课程在人才培养中的定位明确，能有效支撑学生各方面能力素质的培养[4]。

“有机化学”是材料化学专业的一门基础化学课程，是培养材料化学专业人才整体知识结构及能力结构的一个重要组成部分，同时也是后续化学课程的基础，在材料化学各专业课的学习中起着承前启后的作用。因此，以有机化学“醇”这一章内容为例，基于工程教育认证理念，开展教学改革与实践。

2 教学设计与思路

2.1 培养目标分析

根据泉州师范学院2019年材料化学本科专业人才培养方案，材料化学专业的主要培养目标为：以地方建设和区域新材料产业的发展需求为导向，培养德、智、体、美、劳全面发展、人文社会科学素养良好、专业基础扎实、实践能力强、具有创新精神、适应未来社会发展的、具有一定的国际视野和跨文化背景下交流能力的材料科学与工程类应用技术型人才，其毕业后可在化纤、纺织、鞋服、化工、能源、环境、轻工、食品安全等领域从事科学研究、技术开发、生产运行及经营管理等工作。

“有机化学”课程的教学质量对材料化学专业应用型人才的培养至关重要。首先，根据人才培养目标设定课程目标的时候要着重培养学生正确的世界观、人生观、价值观及良好的人文社会科学素养。其次，培养出的学生要能掌握和运用化学的基本理论、基本知识，能借助现代信息工具解决现场复杂的工程问题，并具有自主学习、终身学习的能力以及能够不断适应科技发展、提高自身价值的能力。

2.2 课程目标与毕业要求的对应关系

“有机化学”课程以有机化合物的结构、反应和合成为主线，系统地讲解了有机化学的基本概念、基本理论、基本性质、基本反應机理及学习有机化学的基本思想和方法，学生还可以在“有机化学”课程中了解到有机化学的最新成果、发展趋势及其与其他学科的相互渗透。根据本专业课程体系对毕业要求的支撑矩阵，明确“有机化学”课程共支撑了以下两点：（1）工程知识：具有化学和材料专业基础知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题；（2）职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在本专业工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范履行责任共两项毕业要求。

2.3 教学目标设定

遵循基于工程教育认证为导向的课程教学设计思路，根据课程支撑的毕业要求指标点来设定教学目标。根据本专业课程体系对毕业要求的支撑矩阵，明确“有机化学”课程共支撑了工程知识和职业规范共两项毕业要求，按照课程目标和指标点一一对应的原则，设计了有机化学-醇这一章节内容的两个课程目标：（1）掌握醇的结构、分类、命名和化学性质。了解重要有机化合物的来源、工业制法及其主要用途。熟悉有机化合物间相互转变的条件和规律，设计有机合成路线。（2）了解醇类重要代表物的结构、化学名称及用途。在运用化学知识分析解决问题过程中，提高知识应用能力，提升个人道德品质、文化素养，增强社会责任感。

课程目标明确了学生通过该课程学习应具备的工程知识和职业规范两方面的具体能力，为教师授课和学生学习指明了方向。

2.4 教学重点和难点

基于对“醇”教学内容的难易分析及往届学生的学习反馈，确定教学重点、难点问题以及针对性的教学方法。本次课程以醇的结构、分类及化学性质为教学重点；以醇的不同类型化学反应的断键机理为教学难点。对于教学重点内容，结合“互动式教学”和“多媒体教学法”等多种教学方式，以“结构→分类→命名→性质→实际应用”为教学主线，层层递进，步步深入，使教学内容之间联系紧密、层次分明。对于教学难点内容，采用“举例法、类比记忆法、化解难点法”。通过列举生活中常见的酒精检测，类比不同类型醇的氧化性质，并结合习题，使学生掌握并巩固教学难点内容。

3 教学过程

3.1 引入教学案例，导入主题

酒后驾车非常危险，可能会导致灾难性的后果，且将受到法律制裁。由酒驾的危害引导学生思考酒精的主要成分和化学性质。讲述“我们身边的化学”，通过酒驾的危害及其可能导致的灾难性后果，震撼同学们的心灵，激发同学们学习本节内容的兴趣，进而引出醇的结构和化学性质的教学。

3.2 探究醇分子结构

《说文》中有写道：“味道纯正浓厚之美酒曰醇，道淡薄之酒曰醨。”由此可见，美酒的主要成分是醇类。酒精在人们的日常生活中很常见，由生活小知识引导学生思考有机化学中是如何定义醇类化合物的，并让学生动手在学案上写出醇类化合物的结构，思考醇类化学物结构的共性。

在课堂上进行提问：“醇和酚的分子中都含有羟基，那么两者有什么差别呢？”由此引导学生思考醇的结构特点。物质的结构决定性质，可以根据醇分子中羟基数目、与羟基直接相连的碳原子的类型、烃基的种类对醇进行分类，引导学生从宏观层面探析醇的分类和命名。

3.3 探究醇的分类和命名

烃分子中的氢R-H被羟基-OH替代所得的一类化合物R-OH称为醇，因此醇的分类和命名与烷烃有着密切的联系。在学习醇的分类和命名之前，让学生先复习烷烃碳原子分类及烷烃命名的规则，思考烷烃与醇在分类和命名上的不同之处。

可以通过类比记忆法来学习醇的分类和命名。例如按照碳原子的类型，烃类可以分为伯碳、仲碳、叔碳、季碳，相应的醇类按照与羟基直接相连的碳原子数量可以分为伯醇、仲醇、叔醇。此外，按照烃基类型，烃类还可以分为饱和脂肪烃、不饱和脂肪烃、饱和脂环烃、不饱和脂环烃、芳香烃，相应的醇类可以分为饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂环醇、不饱和脂环醇、芳香醇。

醇的命名与烃的命名既有相似又有不同之处，首先，两者都要选择最长的碳链作为主链，但是醇选的最长碳链，要含羟基；其次，醇编号是从离-OH最近的一端起编；最后，按照取代基位置-取代基名称-羟基位置-母体名称的顺序进行命名。

上述教学设计意图通过回顾旧知识，可以唤起学生已有的知识和经验，使其产生认知冲突，激发其求知欲，进而引出新的问题，自然导入本节课所学的内容。此外，可以采用类比记忆学习法，在巩固旧知识的同时，加深学生对新内容的理解和记忆。

3.4 探究醇的性质

化学结构决定化学性质，在学习醇的化学性质之前，先让学生复习醇的结构特点，找出醇类化合物的官能团，并让学生根据醇类化合物的结构，在纸上写出醇类化学物断键的特点。

醇的性质主要是由其官能团（-OH）决定的。醇的化学反应中，键的断裂方式主要有：氢氧键断裂、碳氧键断裂、α-H氧化3种，具体如图1所示。

通过学习醇的结构，让学生推导出醇的性质，使其能从物质的微观层面理解物质组成、结构和性质的关系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的概念，并且锻炼学生分析问题和解决问题的能力。

3.5 学以致用，增强社会责任感

酒精的主要成分是乙醇，为了帮助学生达到学以致用的效果，让学生讨论交警判断驾驶员是否酒后驾车以及快速检测酒精质量浓度的原理。

生活中最常见的酒精快速检测法是吹气法，通过观察检测盒颜色的变化，就可以快速判断出驾驶员是否饮酒。通常交警会让驾车人呼出的气体接触载有经过硫酸酸化处理的氧化剂重铬酸钾的硅胶，从而测出呼出的气体中是否含有乙醇及乙醇含量的高低。

由酒精快速检测法引导学生思考酒驾的原理及其醇在其中发生的化学反应。在酒精检测过程中，乙醇被氧化为乙酸，橙红色的K2Cr2O7被还原为绿色的Cr2（SO4）3，因而通过观察检测盒颜色的变化，可以快速判断驾驶员是否饮酒。具体化学反应如下：

K2Cr2O7（橙红色）+ C2H5OH +H2SO4 →Cr2（SO4）3（绿色）+CH3COOH+K2SO4+H2O

然后，由乙醇能够发生氧化反应引导学生思考是不是所有的醇都能发生氧化反应。对此，要写出醇的结构以及断键特点，从而推导出醇类氧化反应的特点。醇类的氧化方式是α-H氧化，连接羟基的碳原子上必须有H，才可以发生去氢氧化。在醇的氧化反应中，伯醇氧化为醛，醛进一步氧化为羧酸；仲醇氧化为酮。叔醇分子只有在劇烈条件下才能发生氧化，进而碳链断裂，生成含碳原子较少的产物。

上述教学设计的意图是引导学生运用前面所学知识，理论联系实际，贯彻结构-性质-用途的化学思维，完成对醇类化合物组成结构和性质的学习，并使学生能够解释与化学相关的生活现象，提升学生运用所学知识解决实际生活问题的能力，让学生理论联系实际，学以致用。

4 教学反思

教学实施是达成课程目标的执行环节。传统的教学模式由于缺乏清晰的课程目标与合理的教学设计，实施路径相对单一，学生积极性差、接受度低，教学效果欠佳。所以在进行教学设计时，一定要明确培养目标和课程目标，课程目标的达成需要通过有效组织和实施课程教学来实现。科学、合理、有效的课程教学设计不仅能够帮助授课教师理清教学思路、选取适当的教学内容和教学方法，还能够激发学生的学习兴趣，增强学生主动学习的意识，让学生自觉成为学习的主体，提高学生自主学习、终身学习，使其不断适应科技发展、提高自身价值的能力，从而促进课程目标的高质量达成。

培养学生要以地方建设和产业发展的需求为导向，使学生具备扎实的专业基础、较强的实践能力和创新精神，因此，教师要结合教学目标和教学内容，创造性地开发新的教学模式，例如可以采用互动式教学、多媒体教学等方法活跃课堂气氛，调动学生自主学习和踊跃参与课堂的意识。在整个教学实施过程中，强化学生的主体地位，注重引导、激励学生主动思考和积极探索，促进学生更好地达成课程目标，从而提高学生的核心素养。

多种教学方法的综合运用不仅可以使学生的有机化学基础知识更加扎实，拓展学生的知识面，还能够锻炼学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。此外，这还可以培养学生自主学习的能力，学生不仅可以主动去学习课本上的知识，遇到问题还会主动查阅文献知识。例如根据醇的结构推导醇的性质，并解决生活中的化学问题，让学生觉得学有所用，认识到学习化学的重要性，在运用化学知识分析解决问题过程中，提高学生的知识应用能力、个人道德品质、文化素养，还可以增强其社会责任感。由此可见，基于工程教育认证为导向的教学设计对培养具备一定科学素养和创新能力的人才大有裨益。

[参考文献]

[1] 杨毅刚，宋庆，唐浩.工程教育专业认证与CDIO模式异同分析与相互借鉴[J].高等工程教育研究，2018（5）：45-51.

[2] 施晓秋.遵循专业认证OBE理念的课程教学设计与实施[J].高等工程教育研究，2018（5）：154-160.

[3] 阎欲晓，粟桂娇，莫柏立，等.基于成果导向教育理念的“微生物工程工艺与设备”课程教学改革与实践[J].微生物学通报，2020，47（4）：1011-1018.

[4] 申天恩.论成果导向教育理念的大教学战略构想[J].吉林师范大学学报（人文社会科学版），2016，44（3）：83-88.