基于OBE理念的有機化學課程教學改革與實踐

周文紅　張艷軍　石海信　鄭韻英

【摘要】本文基于工程教育專業認證和建設“金課”的背景下，針對有機化學課程教學中存在的問題，在OBE理念下提出該課程的教學改革方案，提出結合地方高校的實際情況，優化課程知識體系，以逆向設計思路為抓手，構建“目標—教學—評價”一體化的化學教學設計框架，確保目標、教學、評價三者高度融合，踐行OBE倡導的“成果導向、學生中心、持續改進”教育理念。

【關鍵詞】專業認證 有機化學 教學改革 逆向設計

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）06-0151-04

OBE（成果導向教育）理念是工程教育的核心理念，倡導“成果導向”“學生中心”和“持續改進”，強調對學生整個學習過程的全程跟蹤與進程式評價。2016年，我國加入國際工程教育《華盛頓協議》組織，成為第18個成員。2018年，教育部頒布《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》，該標準體現三個“突出”原則，即“突出學生中心、突出產出導向、突出持續改進”，這意味著國內高校也開始探索中國特色化的OBE教學模式。

有機化學是化工、材料、能源等專業進行工程認證的畢業支撐課程，其教學內容對學生完善知識結構、培養思維方式、提升科學素養和創新能力具有重要作用，也為學習后續專業課程奠定基礎。目前，大學有機化學課程存在學時少、內容多、知識點分散、理論晦澀等問題，而地方高校的生源質量參差不齊，大多數學生的自主學習能力和創新能力較差。為此，將OBE理念引入有機化學課程中，對課程內容、教學設計、教學評價等進行系列改革和探索，有助于解決上述難題，提高課堂教學質量。

一、學情分析

本研究通過問卷和訪談的方式，對北部灣大學大一、大二學生進行調查。所選學生來自廣西、湖南、四川等14個?。ㄗ灾螀^），涉及專業有化學工程與工藝、能源化工、高分子材料，主要了解學生學習基礎、學習信心、學習方式等情況。

調查結果表明，74%的學生在中學選修了《有機化學基礎》模塊，其中30%的學生將其作為高考選修模塊。大多數學生認為理論抽象、化學反應繁多雜亂、記憶困難。比如，難以深入理解價鍵理論、雜化軌道理論;能說出甲烷、乙烯、乙炔的空間結構，但無法用理論對其進行解釋，甚至對理論內容不清楚。根據調查數據，有26%的學生是零基礎，聽課較吃力，對有機化學學習信心不足，需要采取“面對面”批改作業、“一對一”幫扶的辦法幫助他們補漏和解惑。

在學習方式方面，85%的學生支持選用多媒體，偏好啟發式和講授式教學，贊同課堂上師生、生生互動，不再認同機械重復學習方法，希望教師提供課程學法指導。46%的學生表示不會將知識遷移到實際情境中解決問題和理解新概念。調查顯示，單純的灌輸式教學會降低學生的學習興趣和積極性。啟發式講解以問題引導思維，留出思考空間，能激發學生的學習興趣和主動性，提高學生的學習參與度，但因課時少所以影響了師生、生生在課上的互動交流。

根據調查結果，高校有機化學課程應該關注大學與中學、有機化學與無機化學、學習內容與學生原有經驗的銜接關系，為學生改進學習方法提供適切性的幫助。教師必須重視基礎薄弱學生的能力提升，實行差異化教學，幫助學生取得預期學習成果，實現提高課程教學質量的目標。

二、課程內容整合

目前，有機化學教材主要以官能團為線索來安排教學內容，并將理論知識分散到各個章節。這種編排的好處在于每一章的內容相對獨立和系統，前面章節的內容不影響后續章節的學習。缺點是不同官能團的學習不能整合，內容結構化差，理論知識與有機化合物結構及性質之間聯系不緊密。

按照OBE反向設計原則，依托學習主題，遵循注重實際應用、突出培養學生工程意識和解決化工復雜問題能力的基本原則，現將教學內容整合為三大部分。第一部分是結構與反應性，包括價鍵理論、雜化軌道理論、電子效應、酸堿理論等理論知識，強調用基礎理論闡述有機化合物結構與性質的關系。例如，利用雜化軌道理論解釋烷烴、烯烴、炔烴的空間結構，利用電子效應解釋有機化合物的穩定性、反應活性，運用酸堿理論分析不同化合物的α-氫酸性強弱及α-氫在相關反應中表現出的反應活性不同的原因。這一部分突出“結構決定性質”的核心觀念，將“基于理論模型認知有機化合物”的思維方式根植于學生的頭腦中，引導學生從較高層面去學習有機化學，為學好和學活有機化學打下基礎。第二部分是有機化合物知識，以“化合物的結構為主線”，通過反應機理將不同類型的化合物建立意義關聯，使得每一章都是后續章節的基礎，前后內容緊扣。例如，鹵代烴、醇、醚及胺等化合物，都有一個碳-雜原子極性共價鍵。由于雜原子的電負性不同，它們進行親核取代反應的活性有很大差別。整合內容有助于學生建構完整的知識框架，掌握舉一反三的學習方法，解決有機化學反應記憶難的問題。第三部分是有機合成，強調有機化學在有機合成上的應用，學習如何運用有機化學反應特點和規律，分析和解決有機合成問題。

三、OBE理念下的教學設計重構

OBE教學基于“產出”的核心思想，聚焦于學生“學到了什么”，而不是教師“教了什么”。OBE理念認為，教學目標是學生通過教育過程所取得的學習成果，教學目標先于教學內容存在，課程資源、學習任務、教學評價等活動都需圍繞教學目標進行設計，即OBE課程設計是以教學目標為導向的反向設計過程。威金斯和麥克泰格提出“以終為始”的逆向設計是OBE教學的有效抓手，即以預期目標為起點，圍繞目標設計評價，根據目標和評價設計學習任務，通過評價診斷和驅動教學，促使預期目標達成。逆向設計使預期目標、教學評價與學習體驗之間產生更高的一致性，更好地推動OBE教學?；谀嫦蛟O計思路，構建了以“學生學習為中心”的“目標—教學—評價”一體化教學設計（如圖1所示）。下文以“鹵代烴”為例，重點探索化學教學設計的三個關鍵步驟。

（一）明確教學目標

“學生應該知道什么，理解什么，能夠做什么？”這是教學設計要解決的第一層次的核心問題。教學大綱、教科書、學情分析是教學目標制定的重要依據，布魯姆教育目標分類學為教師提供了一個理解目標含義的組織框架。20世紀90年代，克拉斯沃爾與安德森協同認知心理學家、課程與教學論專家以及測量與評價專家對《教育目標分類學：認知領域》進行修訂。修訂版從教學問題、學習問題、測評問題和一致性問題對認知領域的分類進行了新的詮釋。

布魯姆認知領域的教育目標分為知識和認知過程兩個維度，其中知識維度分為事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認知知識，認知過程由低級到高級分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造6個類別。每類知識對應6個認知水平，每個認知水平也對應著4種知識類型。每類知識又分為若干亞類，共11個知識亞類;每個認知層級又分為若干亞過程，共19個亞認知過程。布魯姆教育目標分類學通過“名詞+動詞”形式陳述目標，動詞描述預期的認知過程，名詞描述學生的預期學習成果，而外顯行為動詞為教學測評提供了操作層面的依據。例如，“鹵代烴”（4課時）的教學目標、教學活動和評估以及三者一致性，可以在表1上展示出來。

由表1可知，這個主題有4個教學目標，目標1（A2）——理解事實性知識，即學生能解釋親核試劑，確定分子進攻的反應位點;推測鹵代烴進行親核取代反應、消除反應、與金屬反應的產物。目標2（B4）——分析概念性知識，即學生學會寫出鹵代烴的SN1、SN2、E1、E2反應的機理。目標3（C3）——運用程序性知識，即學生運用系統命名法對鹵代烴命名;用Saytzeff規則推斷消除反應的主要和次要產物;用實驗鑒別不同結構的鹵代烴;用電子效應解釋不同結構鹵代烴的反應活性。目標4（B5）——評價概念性知識，即學生根據不同的底物、親核試劑、離去基團或溶劑推測哪種取代或消除反應是較快的。目標1目標2目標3目標4均設置了教學活動和相應的測評，表明三者完全一致。

（二）確定評價依據

“哪些證據表明學生已經達到了預期結果？”這是教學設計要解決的第二個層次的核心問題。教師需要根據目標確定具體的評價標準和方式，以判斷學生的學習理解和掌握情況。為了客觀地考查學生的學業表現，應該采用多種評價方式。傳統的評價方式，包括非正式的評價方式，如口頭提問、觀察和談話等;正式的評價方式，如日常性的考查和考試;基于任務的評價方式，如課堂討論、課堂任務、真實情境任務、長期項目等方式。

不同的學習結果需要對應不同的評價方式，評價方式必須與學習目標相匹配。比如，目標1（能夠解釋親核試劑，確定分子進攻的反應位點）的認知水平是理解水平，教學中采取問答和練習的評價方式。測評1提出問題“哪些物質可以作為親核試劑？判斷依據是什么？親核試劑進攻底物的哪個位置？”測評2設計練習“（1）[NH4][+]、CN-、Br[+]、CH3NH2、CH3ONa、H2O;（2）CH3I+CH3CH2ONa→;CH3I+NaSH→”。練習1要求學生能夠正確選擇親電試劑和親核試劑，學會通過分析結構理解親核試劑的本質屬性。練習2則是在不同反應中識別親核試劑和底物，預測反應產物。布魯姆教育目標分類學不僅用于目標設計，而且也可用于學習結果評價，包括對評分細則的設置。例如，學生舉出熟悉的親核試劑（識記），得1分;通過分析結構得出正確結果（理解），得1分;分析具體化學反應得出正確結果（遷移應用），得1分。教師根據獲取的數據信息判斷學生的認知水平，及時調整教學（如圖2所示）。

（三）設計學習體驗和教學

“哪些學習活動和教學能夠促進預期結果的達成？”這是教學設計要解決的第三個層次的核心問題。為了更好地解決這個問題，教師需要從學生的角度思考：（1）學生已經知道了哪些知識，新知識與原有經驗有沒有銜接好;（2）學生應該做些什么才能得到預期結果;（3）在什么情景中學生才能更好地理解學習內容;（4）哪些內容值得深入理解。只有我們厘清了這些問題后，才能真正做好教學活動計劃——包括教學方法、教學次序及資源材料的選擇。逆向設計為教師提供了一個安排教學活動的路線圖，即設計工具（WHERE），分別是明確教學目標（Where）、激發學習意愿（Hook）、逐步探究主題（Explore）、反思學習過程（Rethink）和展評學習所得（Evaluate）。下面是以“鹵代烴”為主題的設計工具（WHERE）型教學設計案例（見上頁表2）。

需要注意的是，這些教學活動不是按照上面的順序進行，尤其在逐步探究主題和教師評價、學生互評及學生自我評價之間，這些教學活動是交錯進行的，這是教師在教學中需要注意的問題。

總而言之，在課時大幅壓縮和建設“金課”背景下，教學團隊在OBE理念下對有機化學教學進行改革與實踐探索中要結合學生基礎薄弱、自主學習能力低的實際情況，優化有機化學課程知識體系，突出學習內容的重難點，幫助學生建構完整的知識框架，避免教師進入“覆蓋教材”的教學誤區。以逆向設計思路為抓手，構建“目標—教學—評價”三位一體的教學設計框架，促使目標、教學、評價三者有機融合，突出學生中心、成果導向及持續改進的教育理念。改革后的課程能更好地激發學生學習興趣，提高學生自主學習能力，使教學取得更好的效果。

參考文獻

[1]威金斯，麥克泰格.追求理解的教學設計[M].上海：華東師范大學出版社，2017.

[2]安德森.布魯姆教育目標分類學[M].北京：外語教學與研究出版社，2009.

注：本文系2017年廣西高等教育本科教學改革工程項目（2017JGA321）、2019年北部灣大學高等教育本科教學改革項目（19JGYB23）的研究成果之一。

作者簡介：周文紅，廣西柳州人，碩士，北部灣大學石油與化工學院副教授，研究方向為大學化學教學;張艷軍，北部灣大學石油與化工學院教授，研究方向為天然產物化學;石海信，北部灣大學石油與化工學院教授，研究方向為材料與化工;鄭韻英，北部灣大學石油與化工學院高級實驗師，研究方向為天然產物化學。

（責編 盧建龍）