基于OBE理论的物理化学有效教学模式的构建研究_刘倩.pdf

第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023基于 OBE 理论的物理化学有效教学模式的构建研究刘 倩,刘长相,龚 磊,刘光斌,黄喜根,邱 美,魏 玲,刘书武,黄 忠(江西农业大学化学与材料学院,江西 南昌 330045)摘 要:物理化学是化学及相关专业本科生必修的专业主干课程之一。OBE 教育理念是以培养目标反向设计教学模式,实现“学生为中心”的教学转变。以目标(从知识导向型向能力导向型转变)为导向,反向设计教学方法、教学技术、教学内容等,构建物理化学学习的有效教学模式。这种教学模式,可促进深度学习,提高学生的创新能力和价值情怀,有效促进综合素质型人才的培养。关键词:物理化学;OBE;教学改革;能力培养;综合素质中图分类号:G642 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0293-03 基金项目:江西省高等学校教学改革研究课题(JXJG-20-3-13);江西农业大学教学改革研究课题(2020B2SZ03)。第一作者:刘倩(1982-),女,副教授,主要研究方向为物理化学课程的教学及科研工作。Study on Construction of Effective Teching Mode ofPhysical Chenmistry Based on OBE TheoryLIU Qian,LIU Chang-xiang,GONG Lei,LIU Guang-bin,HUANG Xi-gen,QIU Mei,WEI Ling,LIU Shu-wu,HUANG Zhong(College of Chemistry and Materials,Jiangxi Agricultural University,Jiangxi Nanchang 330045,China)Abstract:Physical Chemistry is one of the major compulsory courses for Chemistry and related majors.OBEeducation concept can design the teaching mode from the goal,so as to realize the“student-centered”teachingtransformation.Based on the target(from the knowledge oriented to ability oriented)as the guidance,teaching method,teaching technology and teaching content were redesigned to build the effective teaching mode for learning PhysicalChemistry.This teaching mode can promote deep learning,improve students engineering consciousness,innovationability,and value fillings,and effectively promote the cultivation of comprehensive quality talents.Key words:Physical Chemistry;OBE;teaching innovation;ability cultivation;comprehensive quality“物理化学”是化学、生物、环工等专业的基础课程,但学习难度高,传统课堂教学模式存在理论与实践脱节、学生科研创新意识弱、课堂参与度低、自主学习能力差的问题,无法达到课程的能力培养目标1。OBE(Out comes-Based Education)教育理念被定义为“清晰地聚焦和设计教育体系,使所有教育活动的开展都围绕确保学生获得实质性成功的经验”2。当今新时代背景下,本科教育的培养目标已从常规的知识学习向能力与素质教育转变,人才需求趋向研究型、复合型。因此,明确培养目标后,在科学理念的指导下构建有效教学模式,可使教学效果达到最优化,是教学改革的热点和关键3。复旦大学以培养创新能力为目标反向设计改革教学内容和手段,尝试将物化实验与现代分析测试技术结合。大连理工基于 OBE 理念,提出在教学策略和教学逻辑上从学生需求出发进行改革,使课堂教学适应学生的需要。西南石油大学和东菀理工学院将 OBE 理念应用于物化实验,转变评价机制。而随着教学环境的不断转变,由目标反向设计具体教学活动的研究亦应与时俱进。本文基于成果导向的 OBE 教育理念,以综合型人才培养目标为导向,反向设计创新教学方法、教学技术和教学内容,对构建物理化学课程的有效教学模式进行实践和思考。1 针对能力培养的目标,反向设计有效教学模式和方法 物理化学学习难度高,通过单一的线上或线下教学模式无法满足深度学习的学习效果。针对从知识导向型向能力与素质、价值观和情感导向型转变,培养研究型、复合型人才的目标,拟设计“问题式课前导学课堂学习思维疏导课后练习”的教学流程进行线上线下混合式教学模式。首先,教师可在课前布置学习任务,引导学生利用丰富的资料进行自主学习。然后,在课堂上采用问题引导式、启发式教学,步步深入,精准讲解,尤其是在讲解某些定律和概念时,挖掘其发展历史、研究现状及发展前沿,拓展发散学生的思维,提高素质教育。例如,讲授简单级数反应的动力学方程时,就以一级反应为例,引导学生自己推导二级、三级、零级反应的动力学方程,从而培养学生主动学习的习惯和逻辑思维的能力。又例如,学习热力学第二定律的数学表达式时,发掘其创立过程,克劳修斯是在卡诺工作的基础上,进一步分析发现在卡诺可逆294 广 州 化 工2023 年 1 月循环中,热温商的总合等于零,而不可逆循环中,热温商的总合小于零,进而通过设计的可逆和不可逆循环,得出了克劳修斯不等式,即热力学第二定律的数学表达式,进而诞生了判断变化自发性的熵判据。通过这样一段历史的说明,就将该章的主要知识点进行了一个思维梳理,构架了一个清晰的逻辑思维,更好的掌握知识的同时,也帮助学生树立了站在前人工作的基础上进一步深度研究、创新的科研思维和能力,提升了学生的逻辑思维、归纳和总结能力。进一步课堂上提出石墨在多大的压力下可转变为金刚石的习题,引导学生进行讨论,培养学生崇尚科学、团队协作和对理论知识实际应用的能力。当学生判断出当压力高于 1.5 万个大气压,可实现转变的结论后,介绍我国 1965 年发明的六面顶压机,其二级加压可达 25 万个大气压,模拟地壳地幔的高温高压环境,实现金刚石的工业化生产。且该功勋压机于 2020 年 9 月被认定为中国 15 个工业文化遗产之一。通过这一拓展,可极大提高学生的学习兴趣,拓展生产实践实例,引导学生认识到我国机械制造业从无到有、从弱到强的发展历史,培养学生的爱国情怀和社会担当精神。可见,通过课堂教学的设计安排,可在知识传授的同时,融入生产实践、爱国教育,实现能力培养。课后教学是对课堂教学内容的进一步梳理和归纳,是对学生所学知识、能力、素质的综合测评。思维导图是近年来备受关注的记忆方式,运用思维导图可让孤立的知识储存变成有系统的知识构建,实现零散知识系统化。因此,将思维导图的学习方式引入课后复习阶段,可帮助学生理清思路,构建知识体系。可组织学生绘制具有发散性的思维导图,从而使自学能力强的学生融会贯通,从知识全局的高度系统总结教学内容的知识体系和架构,还可使自学能力较弱的学生系统掌握基础知识,领会本单元的重点。最后,在超星平台布置限时性的单元模块习题测试,帮助学生在系统化回顾教学内容的基础上进行习题训练和拓展性思考。通过“问题式课前导学课堂学习思维疏导课后练习”的线上线下混合教学模式,可实现物理化学的学习从知识基础提高、应用创新发现的突破,突出素质与能力教育。2 针对课堂教学学时有限、挑战度有待改善的现状,改进教学技术 课堂教学学时有限,因此课堂教学中必然会删减某些知识点。目前,电子设备、互联网已成为了代表性的学习方式。鉴于学生手不离平板电脑、智能手机的新形势,某些无法在课堂上讲解的知识点,或者课堂上来不及拓展的内容,教师可录制成精短的微视频,或者针对某个教学重点、难点以及学生提出的疑问制成微信公众号推文,课后推送到学生手机,以便学生在碎片时间灵活学习。这一教学技术的融入,无疑是有限课堂学时的重要补充,可极大促进理论知识的补充和外延,弥补课堂学时的不足。3针对价值情怀培养目标,完善教学内容,融入思政教育 物理化学作为化学、化工类人才培养的核心课程,在教学内容上必须与时俱进。一方面,物理化学课程教学中,教师应深刻领悟新时代条件下开展课程思政教育的必要性,在教学过程中注重专业知识技能与思政知识的综合,引导学生树立正确的价值情怀。实际上,物理化学教学过程中蕴含着大量的思政元素4。例如,热力学第一、第二定律都是人类失败经验的总结,这就是辨证唯物主义世界观的体现:实践是检验真理的唯一标准。又例如,通过传统蓄电池的危害讲解,培养学生的环保意识,引导学生从自身做起,节约能源,并将锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等前沿进展传授给学生,激发学生的学习兴趣,培养学生的创新意识和创新思维,鼓励学生在掌握专业知识的同时,形成绿色生活方式,树立低碳发展的理论,将来走向工作岗位后可以利用自身的专业知识回报国家。也可通过挖掘我国科学家在物理化学理论与实验方面的贡献,激发学生的民族自豪感和责任感。因此,在理论教学内容中有机融入物理化学家的励志故事、学科交叉与创新前沿等内容,对提高课堂活力、激发学习兴趣、贯彻情感教育具有重要作用5。老知识新应用,一方面体现在理论课教学中,例如综合运用热力学和动力学的知识研究吸附剂处理有机污染物的吸附机理。另一方面体现在实验课程中,例如鼓励本科生将既有实验内容进行发散,自主设计创新性实验,也可依托教师的科研课题进行科研实践训练。该过程中,学生将遇到常规教学中难以遇到的各种问题,这会促使学生发挥主观能动性,通过查文献、咨询老师等途径予以解决。有价值的课题可申报大学生创新创业训练计划项目,让想法予以实现。这些举措将有效激发学生对科学研究的兴趣,增强学生的科学研究能力。在理论教学中融入思政教育和知识应用案例,不仅可开拓学生的视野、提高学习兴趣,而且对学生的价值观树立、发散思维的建立都具有深远的影响6。物理化学实验的教学重在实验原理讲解、仪器操作以及数据分析等几个方面,更容易忽视对学生的思想教育,通常都是与思政教育相脱节,未形成合力。因此,教师应转变观念,积极参加相关讲座和培训,提高认知水平,深刻领悟新时代条件下开展思政教育的重要性和必要性,进而努力发现并挖掘教学过程或教学内容中的思政元素,改进教学内容,在专业技能培养的同时,引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观。具体而言,物化实验课的教学过程中可从实验课程的价值引领方面进行思政教育。例如,在实验过程中如何评价和对待失败?实验失败一定有失败的原因,学生在实验失败后要做的是仔细寻找失败的原因,而非自暴自弃,产生负面情绪和行为,更不应该为了拿到成绩而编造数据,进而培养学生的职业道德和社会责任感。也可通过挖掘我国科学家在物理化学实验方面的贡献,激发学生的民族自豪感和责任感。总之,通过该课题,将从科学发展史、中国物理化学家、学科交叉与创新等方面挖掘思政元素、开展情感和价值观教育,培养学生良好的职业道德和思想品质。4 针对高阶性培养目标,精心设计挖掘教学过程、环节和教学内容 例如在热力学中,针对焓变与温度关系的基尔霍夫定律这一内容,可引导学生回忆定压热容的定义式,即焓随温度的变化率等于定压热容,因而焓变随温度的变化率就等于定压热容的变化值,这样就让学生自主推出了 Kirchhoff 定律。在化学势与温度和压力的关系时,就同样启发学生回忆吉布斯