OBE理念下工科专业的分析化学实验教学改革*

王 芬

(泰山学院化学化工学院，山东 泰安 271021)

2013年6月，我国被接纳为《华盛顿协议》签约成员，标志着我国也正式开始在新工科教育系统中开展工程教育认证[1]。成果导向教育(Outcome based education，简称OBE)，是强调以“学习成果”为导向，以“学生”作为教学中心，并进行持续性改进的一种先进的教育理念[2]。目前，我国已有多所高校在工科教育体系中采纳了OBE教育理念。其中，北京理工大学将OBE理念应用于高校工程教育改革取得了很大成功，截至2017年北京理工大学已有化学工程与工艺、机械工程、材料科学与工程等共计13个专业通过中国工程教育认证。因此，在OBE理念下对分析化学实验教学进行改革，可以全面培养学生的实践能力和创新精神，对高校的工程教育认证工作将会起到有力的推动作用。

对于化学工程与工艺等工科专业的同学来说，分析化学实验课程是必修的基础实践课程之一，课程主要涉及化学分析法在工业分析、药物分析等领域的应用。通过这门课程的学习，学生可以掌握基本的实验操作规范、实验数据的科学处理方法以及化学分析法在生产实践中的应用。这门课程在大一下学期开设，是化工等工科专业最先学习的基础实验课程之一，因为这个阶段的学生学习可塑性强，可以为后续化工原理实验、化学反应工程实验等专业实验课程的学习奠定坚实的基础。

1 工科专业分析化学实验课程的教学现状

在传统的工科教育体系下，课程设置单纯以传授学科基础知识为主要任务，实验课程单纯讲解实验内容并且演示仪器的正确使用方法。在这样传统的教学过程中，学生的主体地位被忽略，学习积极性被抹杀，通常是照搬实验步骤，解决问题能力差。另外，还存在实验课时被压缩，教学内容更新慢，考核方式单纯使用笔试等问题。传统工程教育模式不能有效的培养学生的实践能力，以致于学生毕业后具备的专业知识和技能与化工产业发展要求存在一定的差距。因此，在这个背景下借鉴OBE理念，通过一系列的实验教学改革，可以全面培养学生的“分析化学实验”能力，从而为化工企业提供“应用复合型人才”。

2 基于OBE理念的分析化学实验教学改革的措施

2.1 准确定位培养目标，修改教学大纲

作为山东省首批应用型大学建设对象，学校十分重视工科专业的工程教育认证工作，组织各二级学院对工科专业的培养方案进行了修订。学院也积极引导化工专业课程在OBE 教学理念指导下进行必要的教学改革。OBE教学理念强调的是“反向”设计的原则，即根据需求制定培养目标，而培养目标是制定毕业要求的依据，毕业要求又决定了教学内容[3]。修订后化学工程与工艺专业的人才培养方案里专业毕业要求有12个，涉及到工程知识、设计(开发)解决方案、职业规范等方面的内容。因此，我们依据专业培养方案对教学大纲进行了修订，在原有大纲的基础上，将毕业要求植入教学大纲，每个实验都对应一定的课程目标和毕业要求。这样老师对每个实验内容对应的毕业目标了如指掌，可以围绕毕业要求展开教学活动。另外学生学习起来也会目标更加清楚，可以有的放矢的进行学习和训练。

2.2 更新教学内容

传统工科教育存在的问题是以学科为导向，知识内容更新慢，实践训练机会少，导致专业课程与人才需求脱节[4]。OBE教学理念以学生“学习成果”为导向，根据预期达到的学习成果进行教学内容的设计，能够满足化工企业对专业人才的需求，可以培养出具备化学工程、化学工艺方面的基本理论、基本技能，能在化工、环保、医药等领域从事工程设计、技术开发、生产管理和科学研究等工作的高素质 “应用复合型人才”。因此，我们利用“反向设计、正向实施”原则对实验内容进行了优化和更新，把实验内容分为不同模块：“基础性实验”、“综合性实验”和“设计性实验”。改革后，基础实验占20%，综合性实验和设计性实验占80%。基础性实验主要培养学生基本的分析化学实验操作规范以及实验室安全意识。综合性实验重点训练学生分析解决问题的能力，这些能力是他们在专业实践课程学习中不可缺少的，可以锻炼学生在化工生产岗位或科研岗位上的工作能力。设计性实验是我们改革后新增加的内容，包括两个实验“混合物中磷酸盐各组分浓度的测定”和“胃舒平药片中铝和镁含量的测定”。设计性实验需要学生查找有关资料，正确提取资料信息，结合分析化学基础知识设计出切实可行的实验方案。设计性实验是OBE教学理念应用于实验教学的一种重要的实施策略，能有效地训练学生的综合信息能力、设计开发能力、组织策划能力等高阶能力。

借鉴OBE教学理念，我们对教学过程进行了精心的设计，每个实验我们都从以下四个方面来组织设计，以下面具体实验为例(见表1)，可以清楚的呈现出OBE教学理念成果导向设计的精髓和要点。

表1 OBE理念在实验项目设计中的应用

2.3 重视学生主体地位，改进教学方法

OBE教学理念的核心思想是以学生为中心，因此在教学设计和教学实施过程中我们把学生放在首要位置，采用了多种教学方法。

2.3.1 引入 “翻转课堂”教学模式

实验课堂中采用传统的教学模式存在很多弊端，学生的主体地位得不到体现。因此，我们引入“翻转课堂”这种先进的教学模式，以学生为中心来组织课程内容，有利于学生工程实践能力的培养[5]。在设计性实验教学过程中我们尝试使用了这种教学模式。在实施策略方面进行了不断的完善和改进，具体过程：布置实验任务→学生查阅资料→设计实验方案→小组讨论→学生发言→学生实验→记录实验数据→撰写实验报告→教师评价。改革后取得了良好的教学效果，在充分调动学生积极性基础上，学生能够获得到利用专业知识解决问题的成功感，能够切实体会到分析化学理论知识对实践环节的指导作用，同时培养了学生的专业责任感和自豪感。这正是OBE理念所倡导的，学习成果不是学生记住了多少公式和定义，而是学生通过亲身经历获得的能力、经验和价值观等。

2.3.2 采用多媒体辅助教学

OBE教学理念强调学生个性学习，不要求每个同学保持相同的学习进度和学习能力。因此我们考虑到不同程度学生的学习情况，提供了多种教学资源以供学生按照自己的学习特点进行学习。

由于课堂时间有限，我们发现在给学生演示仪器基本操作时，有的同学掌握不牢固，因此我们录制了实验基本操作的微视频，还给学生提供了仿真实验平台。这样可以帮助学生利用课下时间熟悉操作技能并进行重点学习，极大地提高了实验效率。

现在学生对网络和计算机的使用比较普遍，但是在教学过程中我们却发现他们对常用的化学软件和数据处理软件了解很少。相反，对于新工科背景下的工科专业来说，绝大多数同学在真正进入企业或科研岗位时都要掌握相应的计算机软件。而且每次实验报告学生都要计算“误差”和“偏差”等，计算公式复杂，学生反映学习起来比较枯燥。因此，我们向学生介绍了excel和 origin软件在处理数据中的应用，培养学生利用现代化计算机软件解决实际问题的实践能力。

2.3.3 采用“问题引领式”教学方法

工程教育认证标准对毕业要求的制定覆盖了工程知识、工程实践能力和职业规范等方面的内容。其中对工科专业毕业生能力的要求内容比较多，包括问题分析能力、设计/开发解决方案、研究能力等。实践课程与理论课程相比，需要学生充分发挥主体作用，通过查找资料、思考问题、动手操作、分析总结等活动完成相应的学习任务。在分析化学实验的教学中适合采取“问题引领式教学方法”来培养学生科学的思维能力和实践能力。首先，我们把实验过程分成了三个阶段：实验预习阶段、实验进行阶段和实验总结阶段。在这三个阶段中可以通过设置科学常识问题、专业知识问题、实验操作问题以及实验结果评价等问题，引导学生采取一定的策略加以解决，并把过程内化为自己能力的一部分。例如，在实验“不同水体中硬度的测定”这个实验中，我们就采用了这种教学方法，教学设计见表2。

表2 “问题引领式教学方法”的教学设计

2.3.4 多途径培养大学生实践能力和创新意识

为了培养合格的化工专业性人才，必须全力提高学生的工程实践能力。因此，我们积极引导学生参加“大学生科技创新项目”，并多次指导学生参加“山东省实验技能大赛”。学院与多家公司签约实习基地，积极引导学生参加化工实习，通过实习学生对化工企业的一线生产过程及工艺流程有了更深入的了解，从而调动了学生学习专业知识的积极性，不但提高了学生的工程实践能力，而且更好的培养学生的职业素养。学院还定期邀请企业工作人员及优秀毕业生给同学们进行讲座，有助于学生进一步了解化工企业的生产特点、工作性质，从而更好的为自己的未来发展做出一个准确的定位和规划。

2.4 完善课程评价，优化考核方式

目前，分析化学实验课程综合成绩由两部分组成，即“平时成绩”和“期末成绩”构成。传统的教学模式下，“平时成绩仅”包括实验报告成绩和出勤率。基于OBE教学理念，要采用多元化的课程评价方式，因此我们丰富了“平时成绩”的构成，涉及到实验报告、出勤率、讨论和设计型实验成绩。为了更真实客观的评定学生的实践能力，期末考试用实验操作考试替代原来的笔试。操作考试实行单人独立操作，根据课程培养目标和毕业要求，我们制定了详细的评价指标，从实验技能、解决问题能力、科学态度等方面进行综合评价。从近两年的考试成绩可以看到及格率和优秀率都得到了提高。

3 结 语

以OBE理念为基础，以“学习成果”为导向，以“学生”为中心，通过对“分析化学实验”课程的改革，学生分析化学实验能力得到了明显提高，为学生工程实践能力的培养打下坚实的基础，为化工专业其他实验课程的改革提供了经验，从而为工程教育认证的顺利进行提供了保证。