基于OBE理念的 “化工原理实验” 课程教学模式探索

赵 娟

（五邑大学生物科技与大健康学院 广东 江门 529020）

OBE 教育理念是一种以产出为导向的先进教育理念，遵循 “反向设计” 原则，以学生通过教育过程最后所取得的学习成果作为教学设计和教学实施的目标[1-2]。与以学科为导向的传统教育相比，OBE 教育以结果为导向，从需求出发，由需求决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，由毕业要求决定课程目标、课程内容和课程教学方法，再通过正向实施教学，保证教育目标与结果最大程度上的一致性[3]。

“化工原理实验” 课程是化学工程与工艺专业本科生必修的一门专业基础实践性课程。作为化工原理课程的实验部分， “化工原理实验” 课程以化工单元操作的原理和过程研究为主要教学内容，对流体流动、离心泵的流体输送、水―水蒸气的传热、精馏、气体吸收及干燥等单元操作从实验原理、实验流程、参数设定、安全操作、数据采集及分析处理等多方面进行了研究[4]。基于OBE 人才培养理念，课程团队对课程的教学模式进行了改革探索，遵循反向设计原则，依据课程支撑的毕业要求设定课程目标，依据课程目标规划教学内容、教学环节和教学活动，细化对各教学环节和教学活动的考核评价，再通过对考核评价结果的分析加强对教学内容、教学环节和教学活动的持续改进，促进课程目标和毕业要求的达成。通过教学改革，希望能进一步改善课程教学效果，提升人才培养质量。

基于OBE 人才培养理念，课程团队遵循反向设计原则来确定课程的5 个教学目标。依据课程支撑的5 个毕业要求指标点，涉及对学生 “理论研究能力” “实践研究能力” “结果分析能力” “安全环保评估能力” 以及 “团队合作能力” 等5 方面的要求。结合课程特点，课程团队设定了课程的5 个教学目标，与课程支撑的5 个毕业要求指标点一一对应，如图1 所示。课程教学目标1 “能够基于化工原理理论并采用科学方法对化工过程中的化工单元操作过程进行研究，设计和确定合理的实验方案” 对应毕业要求指标点4.1 “理论研究能力” ；课程教学目标2 “能够根据化工原理实验目的和要求，合理选择实验参数并规范操作实验装置，安全开展实验” 对应毕业要求指标点4.2 “实践研究能力” ；课程教学目标3 “能够通过化工原理实验获得有效实验数据，并独立完成数据的处理和分析，得到合理有效的结论” 对应毕业要求指标点4.3 “结果分析能力” ；课程教学目标4 “具备安全意识，能够合理分析化工单元操作应用到连续生产过程中对人类和环境造成的潜在影响和危害” 对应毕业要指标点7.2 “安全环保评估能力” ；课程教学目标5 “能够团队合作完成实验，在团队合作中与他人良好配合、分工协作完成化工原理实验相关任务” 对应毕业要求指标点9.2 “团队合作能力” 。课程的五个教学目标对学生的 “业务能力” 和 “职业素养” 提出了具体要求。如课程教学目标1 “实验研究与方案设计能力” 、课程教学目标2 “实验操作能力” 和课程教学目标3 “数据处理能力” 对学生解决技术性问题的 “业务能力” 提出了要求，课程教学目标4 “安全环保意识” 和课程教学目标5 “团队合作能力” 对学生进入职场需具备的 “职业素养” 提出了要求。

图1 “化工原理实验” 课程目标支撑毕业要求和毕业要求指标点的关联

对标 “化工原理理论” 课程， “化工原理实验” 课程包括 “流体流动阻力损失的测定” “离心泵特性曲线的测定” “间壁式传热给热系数的测定” “填料塔气体吸收实验” “筛板精馏塔精馏实验（全回流）” “筛板精馏塔精馏实验（部分回流）” “洞道干燥实验” “流体流量分配规律验证实验” 8 个实验项目。实验项目从实验原理、实验流程、参数设定、数据处理等多方面进行研究。各实验项目的具体实验内容，遵循OBE 理念，根据各自支撑的课程教学目标来确定。

以实验项目 “间壁式传热给热系数的测定” 为例，该实验项目共支撑5 个课程教学目标的达成，即课程教学目标1 “实验研究与方案设计能力” 、课程教学目标2 “实验操作能力” 、课程教学目标3 “数据处理能力” 、课程教学目标4 “安全环保意识” 和课程教学目标5 “团队合作能力” 。根据该实验项目支撑的课程教学目标，课程团队设置了与其相对应的具体实验内容（图2，p112）。例如，实验内容 “基于传热理论知识掌握实验原理和实验流程；根据传热理论知识撰写实验方案；对传热实验过程及设备进行研究并提出问题，经思考和讨论给出合理解答” ，对应课程教学目标1 “实验研究与方案设计能力” ；实验内容 “正确使用实验仪器仪表，合理选择工艺参数，正确设定实验参数，安全开展实验” ，对应课程教学目标2 “实验操作能力” ；实验内容 “对采集的实验数据正确分析处理，对实验结果给出合理解释，准确回答思考题” ，对应课程教学目标3 “数据处理能力” 。实验内容 “通过对传热实验流程和操作过程的分析，判断实验应用到连续生产过程中的潜在危害” ，对应课程教学目标4 “安全环保意识” 。实验内容 “小组成员良好配合、分工合作完成实验操作、数据记录、小组讨论和实验视频制作” ，对应课程教学目标5 “团队合作能力”[5]。

图2 实验项目 “间壁式传热给热系数的测定” 基于支撑的课程目标设置实验内容

基于各实验项目的具体实验内容，课程团队采用 “课前自学” “课上互动” “实验操作” “课后练习” 4 个教学环节构建的 “学―教―练―产出” 四位一体教学模式开展教学活动，每个教学环节均制定与课程目标相适应的教学内容和教学活动。

“课前自学” 环节主要依托线上教学平台 “超星学习通” 来完成。课程团队通过 “超星学习通” 发布实验电子讲义、与实验设备及操作相关的视频，以及实验报告撰写要求和数据分析处理相关的文件资源，要求学生在课前观看。在 “超星学习通” 中将这些文件资料设置为任务点，系统会自动统计学生是否阅读实验相关文件资料以及阅读情况如阅读时长、阅读次数等，帮助课程团队了解学生的预习情况，对没有完成预习任务点的同学予以提醒和监督。这些线上活动，促进学生了解实验仪器仪表及其使用方法，熟悉实验原理、实验流程以及实验数据分析处理方法[6]。在此基础上，学生需要结合化工原理理论知识对实验项目进行预习，理解实验原理和实验流程，在认真阅读实验课程教材和实验讲义的基础上撰写实验方案，完成实验预习报告。实验开课前，课程团队会准备一些与实验项目相关的课前预习题，通过 “超星学习通” 发放给学生，要求学生通过查阅 “化工原理” “化工原理实验” 课程的相关教材和参考资料来寻找答案，回答问题。通过这些教学活动，学生熟悉了实验项目的原理、设备、流程和操作，促进课程教学目标1 “实验研究与方案设计能力” 的达成。

“课上互动” 环节，以学生为主导，让学生在课堂上阐述实验原理、流程、操作方法和数据处理方法，通过师生互动讨论和启发式教学加深学生对实验原理和实验设备的理解和掌握，在互动讨论中穿插对实验相关前沿知识和成果的讲解以及实验相关安全知识的介绍。这些教学活动促进课程教学目标1 中的 “实验研究能力” 和课程教学目标4 “安全环保意识” 的达成。

“实验操作” 环节，学生分组进行实验操作，组员间良好协作配合，安全开展实验，采集实验数据；通过实验动手操作，掌握实验仪器仪表的使用方法和实验参数的设定方法，评估实验过程中的安全风险。这些教学活动对应课程教学目标2 “实验操作能力” 、课程教学目标4 “安全环保意识” 和课程教学目标5 “团队合作能力” 的达成。实验过程中，课程团队还要求学生认真观察实验现象，以小组为单位，通过小组讨论提出三个与实验相关的问题并解答，在讨论中加深对实验原理、实验流程、实验操作和设备构造等方面知识的理解。这些教学活动促进课程教学目标1 中的 “实验研究能力” 和课程教学目标5 “团队合作能力” 的达成。

“课后练习” 环节，要求学生对采集的实验数据进行分析处理，对实验结果进行归纳总结，撰写实验报告。该教学活动对应课程教学目标3 “数据处理能力” 的达成。此外，课程团队还要求学生以小组为单位录拍5 分钟的实验视频，对实验项目的实验原理、流程和操作进行梳理和总结，加深学生对实验项目知识点的掌握。此教学活动对应课程教学目标1 “中的实验研究能力” 和课程教学目标5 “团队合作能力” 的达成。

以实验项目 “流体流动阻力损失的测定” 为例，如图3所示，该实验项目各环节分别支撑课程教学目标1 “实验研究与方案设计能力” 、课程教学目标2 “实验操作能力” 、课程教学目标3 “数据处理能力” 和课程教学目标5 “团队合作能力” 的达成。针对其对应的4 个不同课程教学目标，该实验项目在教学过程中设置了多项细化的教学活动，在 “课前自学” 环节，开展课前预习、预习考试、预习报告撰写等教学活动；在 “课上互动” 环节，开展堂上互动式交流、分组讨论等教学活动；在 “实验操作” 环节，分组开展实验操作、数据采集；在 “课后练习” 环节，开展数据分析和处理、实验报告撰写、视频拍摄等教学活动。这些 “以学生为中心” 的细化的教学活动的实施，可促进该实验项目对应的4个课程教学目标的达成。

图3 实验项目 “流体流动阻力损失的测定” 依据课程目标设计教学活动

基于上述教学活动，课程团队确定了课程具体的考核内容和考核评分标准，强化课程的过程性考核[7]。课程分别从平时表现、实验报告和考试三方面对课程教学目标的达成情况进行了考核评价，其中平时表现的分值占比为38%，主要从课前预习、堂上互动交流、分组讨论、实验操作等教学活动和教学环节的完成情况进行考核评价；实验报告的分值占比为27%，主要对预习报告、数据处理、结果讨论等教学活动和教学环节的完成情况进行考核评价；考试的分值占比为35%，主要对考试实验项目方案的设计、考试实验项目的操作、考试实验项目的数据处理与结果讨论、仿真操作等教学活动和教学环节的完成情况进行考核。对这些细化的教学活动和教学环节的考核评价，分项打分，避免了因考核方法单一从而影响评价结果的客观性。在课程结束后，课程团队会对考核评价结果进行统计，分析课程各教学目标的达成情况，及时对 “实验研究与方案设计能力” “实验操作能力” “数据处理能力” “安全环保意识” 和 “团队合作能力” 5 个课程教学目标的达成情况进行评价，并对课程评价结果进行分析反馈，促进持续改进。

通过上述改革与探索，教学团队构建基于OBE 人才培养理念的 “化工原理实验” 课程教学模式，提高学生学习效果，提升学生专业素养。希望该课程教学模式的实施，可进一步促进学生掌握典型化工原理的专业实验技术和实验研究方法，锻炼实验动手能力和数据处理能力；培养学生科学的思维方法，锻炼学生利用所学知识分析实验现象和解决实验问题的能力；学会正确选择设备和仪表，锻炼实验设计能力；学会用简明的文字和适当的图表撰写实验研究报告；培养严谨的科学态度、良好的科学作风，具备安全意识和团队合作能力，为今后从事化工行业的工作打下良好的基础。