OBE 理念下有机化学实验课程教学实践

李姝慧，杨洋，潘英明

（广西师范大学 化学与药学学院，广西 桂林 541004）

OBE 理念的全称是成果导向教育（Outcome Based Education），其以学生为主体、学习成果为导向，并在教学过程中不断改进教学方式等来提高学生学习成果[1]。相对传统教育关注教育输入而言，该理念更关注学生产出，具有“反向设计、正向实施”的特点[2]。有机化学作为一门以实验为基础的学科，通过有机化学实验课的学习，学生不仅可以加深有机化学理论知识的理解，还可以锻炼和提高自身的实验操作能力、科学素养以及科研创新能力[3]。而以OBE 理念为核心的有机化学实验教学可以更好地针对不同生源制定个性化的教学模式和教学目标，激发学生学习的主观能动性、积极性和创造性，使学生可以自主解决问题，进而提高学生实验操作能力和专业素质。

一 有机化学实验课程采用OBE 理念的优点

传统的有机化学实验课程教学模式常出现教师灌输式教学，实验内容大都是验证型实验，整个实验过程都是由教师精心设计安排的[4]。大部分学生都是“照方抓药者”，实验中只会原封不动地按照课本实验步骤操作，照本宣科，不利于学生实践能力和创新能力的发展。有机化学实验课程设计与实施过程中应用OBE 理念具有如下优点：①在教学中，学生是主体，通过学习掌握要求的技能和知识；教师是主导，在实现教学目标的同时点燃学生的学习热情，提升学生的学习能力；②以学习成果为导向，学生逐步培养、提升发现、分析和解决问题的能力，挖掘科研潜能，树立探索未知、勇于创新的科学精神；③OBE 理念下有机化学实验课程的学习成果除了传统教学中的学生期末成绩和实验操作表现，还涵盖知识在实际中的应用能力（如，该学习成果可以帮助在以后的专业工作中解决什么样的问题）及可能涉及到的价值观或其他情感因素（如，家国情怀、安全意识和职业素养）等；④OBE 理念是“反向设计、正向实施”，教学目标与社会需求具有一致性，对适应时代的发展具有良好的匹配性，为社会、国家提供需要的人才，还可以激发教师的教学改革和创新精神，更能适应新时代“高素质”人才培养目标[2]。

OBE 教学模式不仅能弥补传统教学模式的不足，而且可以促使学生主动接受知识，提高学生的创新实践能力，使学生由传统“照方抓药者”转变为“开方配药者”。以甲基橙的制备为例，其目标学习成果是让学生掌握制备甲基橙的实验原理、重氮化反应和偶联反应的实验操作，巩固盐析和重结晶等基础操作，了解偶氮化合物染料和色素（如，苏丹红）的应用[5]。实验前，学生利用实验教材和网络查阅相关文献资料，了解原料和产物的相关性质，对重氮化反应和偶联反应原理有更全面的理解及认识，该过程使学生搜索文献的能力得到了提高，而且在课前就对实验内容有初步的了解。之后，学生再结合教材和教师布置的实验预习作业，对实验目的、实验原理、操作步骤及注意事项等进一步理解，以此培养自己的思考能力、创新精神及实践能力。课程思政是当前高等院校广泛研究的一种课程教学的创新方法，也是“立德树人”的一种新体现[6]。“甲基橙的制备”实验蕴含着丰富的思政教育元素，可以充分挖掘实验蕴含的课程思政点，培养学生知行合一、躬行实践、勇于批判质疑和探究的科学精神。因此，在有机化学实验课程的课堂中将OBE 理念与课程思政互融，可以促使学生学习由被动变为主动，更好地培养学生的化学核心素养。

二 OBE 理念下有机化学实验课程融入课程思政的探索

（一）课前准备阶段

以甲基橙的制备为例，学生在课前自主预习实验的相关内容，比如实验试剂、实验流程和注意事项等等，并进行相关资料的查阅检索。随后，学生在制作实验预习报告的同时也完成教师布置的问题（如问题1—4）。

【问题1】重氮化反应为什么要控制在5 ℃以下进行，酸性太弱对重氮化反应有什么影响？

【问题2】回答下列关于抽滤装置的问题：①所用各部件名称；②抽滤的优点；③抽滤时所用滤纸多大合适？过大有什么不好？

【问题3】请简述重结晶的步骤，重结晶过程中的热过滤为什么要采用抽滤方法？

【问题4】甲基橙重结晶为什么依次用少量水、乙醇、乙醚洗涤？它们洗涤顺序可以调换吗，为什么？

OBE 理念以学习成果为导向，在本次实验中需体现出学生通过该实验的学习能够达到的学习成果要求。本实验的重点是问题2—4，学生可以通过查阅资料，对重结晶的注意事项和选取溶剂的要求、抽滤的装置、原理和注意事项等有更为深入的理解。在这个过程中，教师可以融入思政教育。以问题3 为例：学生通过查阅资料，可以了解到重结晶一般步骤、溶剂的选择要求、过滤与杂质的去除、晶体的析出、收集和干燥等。在溶剂的选择中，根据“溶剂价廉、毒性低、安全性强”的要求，教师将绿色化学和实验安全知识融入教学，比如本次实验就选取了水作为溶剂进行重结晶，水不仅廉价易取得，而且无毒无害。在巩固了重结晶的同时，本问题也强化了抽滤的知识，让学生更好地掌握热过滤和冷却过滤。

而问题4 是带领学生对甲基橙的重结晶操作实验有一个综合性的了解和思考，让学生学会分析和解决问题。通过该问题，学生进一步思考水、乙醇和乙醚的区别，从洗涤顺序不能调换的原因联系到它们沸点和溶解度的不同；从乙醇和乙醚的互溶联系到相似相溶原理；从寻找其他可替代的溶剂联系到绿色化学和实验安全的问题。虽然问题看似简单，但是学生深入探究之后，可以将自身的思维由表面深入到本质，进而拓展到其他化合物和实验上面，锻炼举一反三的能力。同时，学生可以加深对该实验的了解，还可以更多面地拓展自身的思维，培养创新思维和思辨能力，提高环保意识。

将与本次实验相关的偶氮化合物和化学名人故事融入课程，比如苏丹红事件、波义耳发现酸碱指示剂等。通过介绍苏丹红事件，学生了解滥用色素带来的危害，明白作为一名化学工作者的使命感、社会责任感，以此培养自身严谨求实的科学态度和崇尚真理的科学精神[7]。教师可以借助一些与食品安全相关的案例树立学生的法制意识和食品安全意识，为学生今后走向正确的职业道路夯实基础。通过波义耳发现酸碱指示剂的故事，学生了解到化学史上很多重大的发现都是从“无意中”开始，明白在学习和工作过程中要善于发现问题、抓住机遇，对于问题要勤于思考、多问为什么，勇于追求真理和创新。同时，学生在科学研究过程中要培养坚持不懈的研究精神和严谨求实的科研态度。由此，学生实验前进行课前预习，不仅能够巩固基础理论知识和了解实验目的及实验步骤等内容，也能有效提高学习积极性并拓展其思维。

（二）课堂实施阶段

教学实施阶段是学生获得学习成果的一个很重要阶段。围绕“成果导向、学生中心、闭环改进”的OBE 理念主要特点，每个有机化学实验教学由理论教学、动手实验组成，学生通过这两个教学部分对该实验有更为深入的理解，再由教师提供评价参考指标，经学生评价（自评和互评）以及教师评价形成等相关反馈意见，帮助学生反思实验中自身的优缺点以及了解还需改进的地方。最后，通过小组合作完成实验汇报，教师可以了解学生们的想法并有利于持续改进实验课程教学内容设计[8]。在此过程中，学生不仅锻炼了语言表达、文献查找和实验创新能力，而且提高了自身的科学素养。

1 理论教学阶段

首先，教师课前在学习通、QQ 等线上平台发布有关本实验的预习和思考题，学生带着问题预习实验和查阅资料，从而对实验有一个初步的思考，然后教师在课堂上讲解实验的重难点，并且抛出问题让学生们展开讨论。在“师生互动、生生互动”的良好氛围中，学生不仅可以深入了解实验背后的反应原理和实验操作条件，将实验与理论紧密地联系到一起，还培养了团结协作、语言表达和文献检索等能力，提高了学生们的综合素质，也为思政教育融入有机化学实验提供了良好条件。学生遇到疑惑时，可以通过交流平台或课堂当面提出自己的问题和想法。教师在回答某个学生的问题时，其他学生可以查缺补漏，若是有新的疑问也可以提出，使教师可以及时为学生解惑，对学生学习情况拥有一个动态评价，以便教师针对性和有效地调整教学过程，加深课程思政的构建基础。

其次，教师课中在讲解实验原理、介绍所需仪器与试剂时，通过发现问题、解决问题的形式，让学生在一问一答中掌握实验知识点及难点（如问题5）。

【问题5】制备重氮盐时，为什么要使用氨基苯磺酸钠？如果直接将对氨基苯磺酸与盐酸混合后，再加入亚硝酸钠溶液进行重氮化操作，行吗？为什么？

重氮化反应是一级芳香胺和亚硝酸在酸性、低温下转化生成芳香重氮盐的反应[9]。该问题先让学生思考重氮化反应的机理和条件，再着眼于甲基橙制备时的实际条件与课本上的有何不同，扩充学生的知识体系。重氮化反应有顺法和逆法两种，而甲基橙制备实验就是采用了逆法。当学生知道了重氮化反应的逆法，就会开始思考使用逆法的原因。首先，学生们通过查阅相关资料知道了对氨基苯磺酸和对氨基苯磺酸钠盐的区别，从而知道了以内盐形式存在的对氨基苯磺酸本身不溶于无机酸，从而难以进行重氮化反应，所以要将其变成钠盐的形式。其次，学生们解决了第一个小问题后，后面两个小问题便迎刃而解了。同时，问题5 与问题1 相关联，学生可以联想起重氮化反应的酸性对本次实验的影响，一边学习新知识，一边巩固旧知识，有利于加深记忆和方便后续实验的进行。

2 动手实验和实验总结阶段

动手实验为实验总结打下良好的基础，实验总结加深动手实验的记忆和巩固学生学习成果。在学生动手实践过程中，教师逐一巡视指导学生的实验操作，适时纠正学生错误操作和解答学生疑问。在学生动手实验的“闲暇时间”对学生的实践操作进行一对一的互动点评，启发学生发现问题并一起讨论解决，让学生可以深入理解并获取该实验的精华，提升学生的实验学习成效。相同仪器、试剂和实验步骤，学生操作得到的结果很可能会不同，需要教师引导正确对待实验结果，坚持实事求是并如实记录数据，学会从实验结果中发现、分析自己存在的问题和不足，避免下次出现类似的情况，树立学生们严谨求实的科研态度。

在实验总结中，学生们可以针对实验中出现的现象和原因进行探讨，比如“在重结晶过滤时，有的同学加入了乙醚后，为什么出现了紫色物质？”“甲基橙作为酸碱指示剂的原理是什么？”“制备好甲基橙溶液后，有的同学加入两滴稀盐酸后，甲基橙溶液很快变为红色，而加入十几滴10%NaOH 溶液，甲基橙也不变为黄色”等。出现问题后，学生们将问题记录下来，通过查阅资料、交流探讨和教师答疑等方式解决问题，最后将成果在实验总结上呈现。在这个过程学生不仅培养了解决问题的能力，而且可以以饱满的热情去学习有机化学实验。例如，甲基橙是一种常用的酸碱滴定指示剂，对于“甲基橙溶液在pH＞4.4 时变为黄色，pH＜3.1 时为红色的原因”，学生通过资料查找和讨论，可以很容易用一个方程式来解释（图1）。

图1 甲基橙的变色原理

3 评价和反馈阶段

有机化学实验课程注重过程性考核评价，其中平时成绩为70%，期末成绩为30%。预习报告、预习作业、实验评价和小组实验方案汇报等都是平时考核成绩标准。在其中，实验评价由学生评价和教师评价组成，避免了过去教师单独给分可能不公平的缺点，促使学生学习和积极反思，建立更为科学合理的评分方法。

教师通过学生们的实验表现和实验评价等得到本次实验的反馈信息，进而能够更有针对性地优化教学过程和发挥OBE 理念在有机实验课程中的优势。学生们在获得对应的学习成果时，也能树立正确的人生观和价值观，培养责任和担当意识，同时认识到培养实验安全意识、专业责任感等的重要性，进一步激发学习的主观能动性，提高了教学效果。

（三）教学效果评价阶段

本阶段由小组实验方案汇报和教师网上发布问卷调查两部分组成。在完成实验操作之后，分小组撰写实验改进方案并通过PPT 展示出来，进行实验汇报。在这个过程中，小组不仅能解决在实验中出现的问题，向大家呈现优化和可行的实验方案，而且锻炼了团队协作能力和提高创新实践能力（图2）。以甲基橙的制备为例，学生通过文献查阅和小组讨论，提出了用常温一步法代替经典三步法合成甲基橙的方案。常温一步法利用了原料自身的酸碱性来完成反应，不仅减少了副反应，而且减少了重氮盐分解的可能性[10]。通过小组的汇报，学生们拓展了眼界，加深了对甲基橙实验的理解，而且也为制备甲基橙提供了一个可行的实验思路。在这个过程中，教师可以进一步了解学生们的想法和建议，从而动态地改进教学方案和优化教学大纲，使学生们获得更多的学习成果，达到OBE 理念下的教学目标。

图2 小组汇报实验流程图

三 结束语

基于学习成果导向OBE 的有机化学实验课程教学改变了过去按部就班的实验教学模式，提供了不同难度、方向多样的培养内容，并将创新实践能力、责任意识和科学精神等引入到实验课程设计中。OBE 理念不仅为教学改革提供了一个新的发展思路，还为课程思政融入有机化学实验课程教学中提供了一种可行的策略，有利于培养学生的创新实践能力和良好的科学素养。随着时代发展，以学习成果为导向、以学生为中心的教学理念愈发凸显出重要指导意义。基于OBE 理念，将课程思政融入有机化学实验课程进行教学，不仅可以将思政教育与专业理论知识、实践操作结合起来，有效搭建了从理论通向实践的桥梁，还促进了教师教学创新能力的提升，获得了师生共赢的效果。虽然OBE 教学理念应用在有机化学实验教学中历时较短，也有着很多需要改进和完善的地方，但是只要在教学实践中不断发现新问题和进行有效改革，就能实质性地提升教学实效，使学习成果落实到实处。