基于OBE理念的《波谱分析》课程教学改革

2020-01-13刘赛文

化工时刊 2020年6期

刘赛文张劲

(湖南城市学院材料与化学工程学院，湖南益阳 413000)

成果导向教育理念(outcome-based education, OBE)的教学设计和教学实施是以学生通过教育过程最后所取得的学习成果为目标，重在培养学生适应未来、适应社会的综合能力。这些成果是学生毕业后能“带走”的实际能力。OBE理念强调教师应明确想让学生取得什么样的学习成果；为什么要让学生取得这样的学习成果；如何有效地帮助学生取得这些学习成果；如何知道学生已经取得了这些成果[1]。结合《波谱分析》课程的教学现状，将OBE理念运用到该课程的教学改革实践中，以“反向设计，正向实施”为原则，确定该课程学习目标，并设计实施波谱分析教学改革方法及路径，有效解决以往该课程教学中存在的问题，充分调动学生的主观能动性，提升学生的自主学习和解决问题的能力。

1 明确教学目的，优化教学内容

波谱分析方法在化学工程与工艺专业学生的毕业论文环节和考研中是必不可少的。本课程主要包括紫外光谱、红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱五大部分。首先明确各部分内容对预期学习产出的贡献程度，精炼授课内容。(1)由于紫外光谱和红外光谱能够提供的结构信息有限，在教学过程中会适当缩减这两部分的课时数，重点突出核磁共振光谱和质谱的相关内容。(2)在每一种波谱中可弱化基础理论和公式推导，详授谱图与化合物结构的关系和吸收波长的影响因素，重点教会学生识谱和解谱，即能够通过分析谱图准确推断出化合物结构。(3)增加常用化学软件的相关知识，使学生会处理相应的红外光谱和核磁共振谱等数据。例如，在讲解红外光谱内容时，介绍 Origin 软件的使用方法，教会学生运用原始实验数据作图并识图；在核磁共振谱部分演示ChemOffice软件的操作，教会学生使用Chemdraw画出化合物的结构式，并利用其核磁预测功能来辅助解谱[2]。(4)引导学生充分利用网络资源，让学生掌握谱图数据库的检索，与标准谱图进行匹对。例如，在日本的SDBS数据库网站上输入化合物的名称、分子式或CAS号，可以免费获取各类化合物的谱图。

2 改革教学模式，改进教学方法

2.1 教主于学

教学要以学生为主体，教师引导学生去认识、发展、实践和创新。学生在分析化学和有机化学课程中已经学过紫外光谱和红外光谱的基本原理，可以适当运用翻转课堂，给予学生在课堂上展示学习成果的时间。教师将课堂时间主要用于解决学生在“备课”过程中遇到的难点问题，给学生提供高效、有针对性的辅导建议，使学生不仅学了，而且会了。

2.2 多方融合

把传统教学方式的优势和数字化教学的优势结合起来，两者互补，才能获得最佳的学习效果。例如分子振动形式、Larmor进动、屏蔽和去屏蔽效应等枯燥的概念和原理，用Flash动画的形式展现，便于学生理解。由于仪器结构复杂，传统的图片缺乏立体感，学生很难对仪器构造有直观的认识，利用网络上制作精良的动画和模型，多角度、立体式地展示仪器的工作原理和过程，可以深入了解仪器[3]。利用微信、QQ可进行在线讨论和答疑；依托数字教育平台，可上传课件、作业、学习资料，与学生进行课堂互动。

2.3 寓教于乐

能否调动学生学习的主动性、发现培养学习的兴趣是教学能否取得成功的关键。波谱分析知识记忆内容较多，在教学过程中编制口诀，可“化繁冗为简短，变凌乱为有序”，使难记的知识朗朗上口，容易引起学生兴趣[4]。例如，烷烃红外光谱的波数范围口诀为：“识图先学饱和烃，3000以下看峰形。2960、2870是甲基，2930、2850亚甲基。1470碳氢弯，1380甲基显。两个甲基同一碳，1380分二半。面内摇摆720，长链亚甲可现行。”

在教学中开展一些游戏性质的活动，能活跃气氛，提高兴趣，使教学收到良好的效果。在学习红外光谱、核磁共振氢谱和核磁共振碳谱的吸收峰归属时，设计如下游戏：班上同学分为8组，每一组同学记住一个或几个官能团的吸收峰范围，请学生“对口令”，老师说出官能团，相对应得学生说出峰值范围。

2.4 案例精举

在教学过程中引入典型案例，激发学生兴趣。2015年屠呦呦因发现治疗疟疾的新药物疗法，为人类做出巨大贡献，被授予诺贝尔生理学或医学奖。屠呦呦团队在1972年得到了抗疟有效成分，通过波谱分析确定了青蒿素的化学结构，它是一种含有过氧基团的倍半萜内酯，青蒿素从此走向全世界。在引入案例的同时，讲解怎么运用波谱分析确定新化合物的结构，培养学生分析问题、解决问题的能力。

2.5 学以致用

本课程最终目标是培养学生解析四大光谱的能力，为以后工作或科研打下坚实基础。首先，教师讲解结构与谱图的关系，并传授解谱技巧。然后向有机化学老师收集科研课题中发现的未知化合物的相关谱图，再让学生以小组为单位通过查阅文献和利用所学知识对新化合物结构进行最终确认。最后，在课堂上对解谱过程和结果进行汇报讲解，并回答老师和同学提出的问题。学生在运用所学知识解决实际问题的过程中可获得成就感，调动其学习积极性，提高逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。教师在与学生讨论和交流的环节，可发现学生学习中的短板，从而及时调整课程教学内容，使理论与实践相辅相成。

3 优化评价体系，考察实践能力

OBE教学模式下，波谱分析课程从过程性考核和多元化考核两方面入手，建立有效的评价体系。

过程性考核模式强调对学生学习波谱分析过程中的学习状态和阶段性学习成果的考核。每个单元学习结束后，设定与其对应的试题进行阶段性测试，过程性考核的运用旨在强化学生平时学习知识的积累，促使学生及时掌握课程基础知识。

多元化考核包括撰写文献综述、实验测试及期末考试等多种形式。(1)学生结合授课内容追踪波谱学科研究前沿技术及应用，通过查阅文献，选取自己所喜欢的方向，写出两千字左右的综述性论文。旨在启发学生思考问题的能力，同时了解该领域的热点问题。(2)学生对有机化学实验中自己制备的化合物进行红外光谱检测并确定其结构，考查学生制样和测样的能力。(3)期末考试以开卷形式考查学生综合解谱能力，以结合所学知识分析谱图获取化合物结构信息并正确推出化合物结构为评分标准。多元化的考核模式更加科学与合理，保证了学生对基本理论及知识的掌握，培养了学生的综合能力和探索精神。