基于OBE 理念的物理化学实验教学探索和实践

陈书鸿 张丽莹 蒋德敏

(重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆 404020)

0 引言

OBE 是英文Outcome-based Education (成果导向教育)的简写，是一种以学生的学习成果为导向的教育理念，认为教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果[1,2]。OBE 理念的教学原则是“反向设计、正向实施”，以“定义预期学习产出—实现预期学习产出—评估学习产出”持续改进的闭环为教学主线[2,3]。美国工程与技术教育认证协会(ABET)全面接受了OBE 的理念，并将其贯穿于工程教育认证标准的始终[2]。我国工程教育专业认证协会颁布的《工程教育认证标准(2014)》也充分体现了OBE 理念[2]。OBE 教育理念是当前国际工程教育领域的航标，也是我国新工科实践教学改革的参考指南[4-7]。

物理化学实验是化学化工类专业的一门重要基础化学实验课程，既是培养学生基本技能和综合能力的重要教学环节之一，也是提高学生发现、分析、解决问题能力和创新意识的重要手段之一[8]。在工程教育认证标准中，物理化学实验是“毕业要求3.4—研究”的重要支撑点之一。然而传统的物理化学实验教学存在几方面的不足[9-11]：

(1)教学理念较为落后，没有体现“学生中心”。

(2)课程目标是基于课程导向的，不是基于能力导向的。

(3)教学模式单一，主要采用灌输式。

(4)实验项目大都是验证性的，缺乏创新性和综合性。传统的物理化学实验教学不能满足工程教育认证要求，不利于培养高素质工程人才，因此在工程教育认证和新工科建设背景下，物理化学实验课程的教学改革迫在眉睫。

普遍认为基于OBE 理念进行教学改革被认为是最佳的途径[5-7]，实施OBE 教学模式能够取得较好的教学成效[11-13]。为培养高素质的应用型化学工程人才，适应工程教育认证的要求，本文结合我校化工专业的实际情况，基于OBE 理念对物理化学实验课程从“课程目标、教学内容、教学模式”等几方面作了改革探索和实践。

1 基于OBE理念的教学改革探索和实践

根据OBE 理念的“反向设计，正向实施”原则，每一门课程首先要根据毕业要求明确课程目标(即预期学习成果)，其次根据课程目标确定教学内容(或知识点)，然后选择适当的教学策略和教学方法完成教学活动，最后进行考核评价和课程目标达成度评价[2]。下文分别从课程目标、教学内容、教学模式等三个方面进行阐述。

1.1 基于OBE理念的课程目标

本校化学工程与工艺专业将“毕业要求4”进一步细化为：

(1)能够基于化学化工原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂化学工程问题的解决方案。

(2)能够根据对象特征，选择研究路线，设计实验方案。

(3)能够根据实验方案构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验数据。

(4)能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。

对应毕业要求的4 个指标点，将物理化学实验的课程目标确定为：

(1)根据实验任务和指导书，熟练规范操作仪器设备，准确测量客观记录温度、压力、体积、质量、折光率、电导率、电动势、旋光度、时间等物理量，运用物理化学基本原理计算物化参数，解释化学现象，撰写完整规范的实验报告。

(2)运用实验数据的归纳方法和误差分析方法，使用EXCEL、ORIGIN 软件处理实验数据，用图、表等方式表达数据的规律性，理论联系实际解释化学规律。

(3)根据实验任务，小组成员协同合作，分析变量关系，明确实验目标；运用物理化学实验基本原理和基本方法(技术)，选择适当的仪器设备，设计完整的实验流程和可行的实验方案；通过试验得到可靠的实验结果，综合分析得出结论，撰写总结报告。

课程目标与毕业要求指标点的关联度矩阵见表1，从表1可以看出，本课程目标很好地支撑了毕业要求指标点，由于物理化学不直接面向工程应用并且限于本专业生源及教学条件，对指标点4-1 的支撑强度一般。本文确定的课程目标具有较高的可操作性和可观测性，有利于学生清楚学习目标和进行自我评价，也有利于教师评估目标是否达成。在教学过程中，借鉴文献的做法[14]，按照“知识目标、基本能力目标、高级能力目标”三种类型将课程目标进一步细化；并且针对每一次实验教学活动，都设定了预期学习成果(限于幅面，不再列出)。

表1 课程目标与毕业要求指标点的关联度矩阵

1.2 基于OBE理念的教学内容设计

围绕课程教学目标，基于OBE 理念反向设计教学内容，需要明确各知识点对于实现预期课程教学目标的贡献及程度[2,15]。根据实验课程特点，将知识点分为实验讲座、基础型实验、综合型实验、设计型实验。各知识点与课程目标的关联度矩阵见表2，从表2 看出，综合型、设计型实验对课程目标的支撑强度高。因此在满足经典传承的基础上，加大了综合型、设计型实验的比例，一方面将部分基础型实验改造为综合型实验，另一方面新增一些综合设计型实验，综合型设计型实验项目列于表3。

表2 知识点与课程目标的关联度矩阵

表3 综合设计型实验项目

在实验教学中，课时分配大致为：实验讲座占5%，基础型实验占40%，综合型实验占35%，设计型实验占20%。通过综合型设计型实验教学，有利于巩固学生的基本知识，锻炼实验操作动手能力，培养学生综合应用能力和创新能力。

1.3 基于OBE理念的教学模式

OBE 理念强调教育的灵活性，在产出目标明确的基础上，不拘泥于特定的指导方法[5]。本课程从前几年起，实施以培养问题解决能力为核心的“PMPR 实验教学模式”，这种教学模式主要在于教学观念和思路的改变，并不排斥其他教学法，在教学过程中可以根据需要采用启发式、讨论式、探究式等教学法[10]。基于OBE 理念，聚焦预期学习成果，本文进一步优化了“PMPR实验教学模式”。下面将“优化的内容”作简要介绍。

课前预习是实验教学的重要环节，为了促使学生自主学习，主动思考问题，优化了实验任务书。在原有基础上增加了：

(1)在实验任务书中给出了明确的“预期学习成果”，这是课程目标在某次实验教学活动中的具体化，使学生能够清楚在本次教学活动中将要学会什么。

(2)根据相应的实验步骤，提取关键词，用方框图画出实验操作流程。

(3)将实验操作的视频发给学生提前学习，让学生初步了解实验操作的重要步骤。

“课中”是实验教学的重要过程，一般分为两个环节：一是讲解演示和讨论；二是学生动手操作，教师巡视指导。OBE 理念要求课堂教学实现“两个转变”，一是从灌输课堂向对话课堂转变，二是从知识课堂向能力课堂转变[4,16]。因此按照PMPR 教学思路，创设问题情境，灵活运用“启发式、讨论式、探究式”等教学方法；引导学生分析实验问题，比较实验方法，并对一些问题进行深入讨论。如果是设计型实验，则增加一个环节：学生讲解实验方案，老师和其他同学点评。

通过PMPR 实验教学模式的实施，增强了学生的实践动手能力和综合应用能力，提高了学生发现、分析、解决问题的能力和创新能力。

2 结语

遵循“反向设计，正向实施”的原则，本文确定了三条操作性和观测性较强的课程目标，构建了综合型设计型实验项目占55%的内容体系，采用了“PMPR”实验教学模式。通过改革探索和实践，取得了较好的成效：一是转变了教学理念，体现了“以学生为中心”和“能力本位”；二是克服了传统教学模式的一些缺陷；三是明显增强了学生的实践能力和综合应用能力，提高了学生发现、分析、解决问题能力和创新能力。

由于教学条件等原因，还存在着一些不足：一是没有充分利用现代化的教育技术，以后应当在SPOC 方面加强；二是受传统教学的影响，还不能完全贯彻OBE 理念，还需要在以后的教学中继续改进。