基于OBE理念的有机化学课程教学改革与实践

周文红　张艳军　石海信　郑韵英

【摘要】本文基于工程教育专业认证和建设“金课”的背景下，针对有机化学课程教学中存在的问题，在OBE理念下提出该课程的教学改革方案，提出结合地方高校的实际情况，优化课程知识体系，以逆向设计思路为抓手，构建“目标—教学—评价”一体化的化学教学设计框架，确保目标、教学、评价三者高度融合，践行OBE倡导的“成果导向、学生中心、持续改进”教育理念。

【关键词】专业认证 有机化学 教学改革 逆向设计

【中图分类号】G64 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）06-0151-04

OBE（成果导向教育）理念是工程教育的核心理念，倡导“成果导向”“学生中心”和“持续改进”，强调对学生整个学习过程的全程跟踪与进程式评价。2016年，我国加入国际工程教育《华盛顿协议》组织，成为第18个成员。2018年，教育部颁布《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，该标准体现三个“突出”原则，即“突出学生中心、突出产出导向、突出持续改进”，这意味着国内高校也开始探索中国特色化的OBE教学模式。

有机化学是化工、材料、能源等专业进行工程认证的毕业支撑课程，其教学内容对学生完善知识结构、培养思维方式、提升科学素养和创新能力具有重要作用，也为学习后续专业课程奠定基础。目前，大学有机化学课程存在学时少、内容多、知识点分散、理论晦涩等问题，而地方高校的生源质量参差不齐，大多数学生的自主学习能力和创新能力较差。为此，将OBE理念引入有机化学课程中，对课程内容、教学设计、教学评价等进行系列改革和探索，有助于解决上述难题，提高课堂教学质量。

一、学情分析

本研究通过问卷和访谈的方式，对北部湾大学大一、大二学生进行调查。所选学生来自广西、湖南、四川等14个省（自治区），涉及专业有化学工程与工艺、能源化工、高分子材料，主要了解学生学习基础、学习信心、学习方式等情况。

调查结果表明，74%的学生在中学选修了《有机化学基础》模块，其中30%的学生将其作为高考选修模块。大多数学生认为理论抽象、化学反应繁多杂乱、记忆困难。比如，难以深入理解价键理论、杂化轨道理论;能说出甲烷、乙烯、乙炔的空间结构，但无法用理论对其进行解释，甚至对理论内容不清楚。根据调查数据，有26%的学生是零基础，听课较吃力，对有机化学学习信心不足，需要采取“面对面”批改作业、“一对一”帮扶的办法帮助他们补漏和解惑。

在学习方式方面，85%的学生支持选用多媒体，偏好启发式和讲授式教学，赞同课堂上师生、生生互动，不再认同机械重复学习方法，希望教师提供课程学法指导。46%的学生表示不会将知识迁移到实际情境中解决问题和理解新概念。调查显示，单纯的灌输式教学会降低学生的学习兴趣和积极性。启发式讲解以问题引导思维，留出思考空间，能激发学生的学习兴趣和主动性，提高学生的学习参与度，但因课时少所以影响了师生、生生在课上的互动交流。

根据调查结果，高校有机化学课程应该关注大学与中学、有机化学与无机化学、学习内容与学生原有经验的衔接关系，为学生改进学习方法提供适切性的帮助。教师必须重视基础薄弱学生的能力提升，实行差异化教学，帮助学生取得预期学习成果，实现提高课程教学质量的目标。

二、课程内容整合

目前，有机化学教材主要以官能团为线索来安排教学内容，并将理论知识分散到各个章节。这种编排的好处在于每一章的内容相对独立和系统，前面章节的内容不影响后续章节的学习。缺点是不同官能团的学习不能整合，内容结构化差，理论知识与有机化合物结构及性质之间联系不紧密。

按照OBE反向设计原则，依托学习主题，遵循注重实际应用、突出培养学生工程意识和解决化工复杂问题能力的基本原则，现将教学内容整合为三大部分。第一部分是结构与反应性，包括价键理论、杂化轨道理论、电子效应、酸碱理论等理论知识，强调用基础理论阐述有机化合物结构与性质的关系。例如，利用杂化轨道理论解释烷烃、烯烃、炔烃的空间结构，利用电子效应解释有机化合物的稳定性、反应活性，运用酸碱理论分析不同化合物的α-氢酸性强弱及α-氢在相关反应中表现出的反应活性不同的原因。这一部分突出“结构决定性质”的核心观念，将“基于理论模型认知有机化合物”的思维方式根植于学生的头脑中，引导学生从较高层面去学习有机化学，为学好和学活有机化学打下基础。第二部分是有机化合物知识，以“化合物的结构为主线”，通过反应机理将不同类型的化合物建立意义关联，使得每一章都是后续章节的基础，前后内容紧扣。例如，卤代烃、醇、醚及胺等化合物，都有一个碳-杂原子极性共价键。由于杂原子的电负性不同，它們进行亲核取代反应的活性有很大差别。整合内容有助于学生建构完整的知识框架，掌握举一反三的学习方法，解决有机化学反应记忆难的问题。第三部分是有机合成，强调有机化学在有机合成上的应用，学习如何运用有机化学反应特点和规律，分析和解决有机合成问题。

三、OBE理念下的教学设计重构

OBE教学基于“产出”的核心思想，聚焦于学生“学到了什么”，而不是教师“教了什么”。OBE理念认为，教学目标是学生通过教育过程所取得的学习成果，教学目标先于教学内容存在，课程资源、学习任务、教学评价等活动都需围绕教学目标进行设计，即OBE课程设计是以教学目标为导向的反向设计过程。威金斯和麦克泰格提出“以终为始”的逆向设计是OBE教学的有效抓手，即以预期目标为起点，围绕目标设计评价，根据目标和评价设计学习任务，通过评价诊断和驱动教学，促使预期目标达成。逆向设计使预期目标、教学评价与学习体验之间产生更高的一致性，更好地推动OBE教学。基于逆向设计思路，构建了以“学生学习为中心”的“目标—教学—评价”一体化教学设计（如图1所示）。下文以“卤代烃”为例，重点探索化学教学设计的三个关键步骤。

（一）明确教学目标

“学生应该知道什么，理解什么，能够做什么？”这是教学设计要解决的第一层次的核心问题。教学大纲、教科书、学情分析是教学目标制定的重要依据，布鲁姆教育目标分类学为教师提供了一个理解目标含义的组织框架。20世纪90年代，克拉斯沃尔与安德森协同认知心理学家、课程与教学论专家以及测量与评价专家对《教育目标分类学：认知领域》进行修订。修订版从教学问题、学习问题、测评问题和一致性问题对认知领域的分类进行了新的诠释。

布鲁姆认知领域的教育目标分为知识和认知过程两个维度，其中知识维度分为事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识，认知过程由低级到高级分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造6个类别。每类知识对应6个认知水平，每个认知水平也对应着4种知识类型。每类知识又分为若干亚类，共11个知识亚类;每个认知层级又分为若干亚过程，共19个亚认知过程。布鲁姆教育目标分类学通過“名词+动词”形式陈述目标，动词描述预期的认知过程，名词描述学生的预期学习成果，而外显行为动词为教学测评提供了操作层面的依据。例如，“卤代烃”（4课时）的教学目标、教学活动和评估以及三者一致性，可以在表1上展示出来。

由表1可知，这个主题有4个教学目标，目标1（A2）——理解事实性知识，即学生能解释亲核试剂，确定分子进攻的反应位点;推测卤代烃进行亲核取代反应、消除反应、与金属反应的产物。目标2（B4）——分析概念性知识，即学生学会写出卤代烃的SN1、SN2、E1、E2反应的机理。目标3（C3）——运用程序性知识，即学生运用系统命名法对卤代烃命名;用Saytzeff规则推断消除反应的主要和次要产物;用实验鉴别不同结构的卤代烃;用电子效应解释不同结构卤代烃的反应活性。目标4（B5）——评价概念性知识，即学生根据不同的底物、亲核试剂、离去基团或溶剂推测哪种取代或消除反应是较快的。目标1目标2目标3目标4均设置了教学活动和相应的测评，表明三者完全一致。

（二）确定评价依据

“哪些证据表明学生已经达到了预期结果？”这是教学设计要解决的第二个层次的核心问题。教师需要根据目标确定具体的评价标准和方式，以判断学生的学习理解和掌握情况。为了客观地考查学生的学业表现，应该采用多种评价方式。传统的评价方式，包括非正式的评价方式，如口头提问、观察和谈话等;正式的评价方式，如日常性的考查和考试;基于任务的评价方式，如课堂讨论、课堂任务、真实情境任务、长期项目等方式。

不同的学习结果需要对应不同的评价方式，评价方式必须与学习目标相匹配。比如，目标1（能够解释亲核试剂，确定分子进攻的反应位点）的认知水平是理解水平，教学中采取问答和练习的评价方式。测评1提出问题“哪些物质可以作为亲核试剂？判断依据是什么？亲核试剂进攻底物的哪个位置？”测评2设计练习“（1）[NH4][+]、CN-、Br[+]、CH3NH2、CH3ONa、H2O;（2）CH3I+CH3CH2ONa→;CH3I+NaSH→”。练习1要求学生能够正确选择亲电试剂和亲核试剂，学会通过分析结构理解亲核试剂的本质属性。练习2则是在不同反应中识别亲核试剂和底物，预测反应产物。布鲁姆教育目标分类学不仅用于目标设计，而且也可用于学习结果评价，包括对评分细则的设置。例如，学生举出熟悉的亲核试剂（识记），得1分;通过分析结构得出正确结果（理解），得1分;分析具体化学反应得出正确结果（迁移应用），得1分。教师根据获取的数据信息判断学生的认知水平，及时调整教学（如图2所示）。

（三）设计学习体验和教学

“哪些学习活动和教学能够促进预期结果的达成？”这是教学设计要解决的第三个层次的核心问题。为了更好地解决这个问题，教师需要从学生的角度思考：（1）学生已经知道了哪些知识，新知识与原有经验有没有衔接好;（2）学生应该做些什么才能得到预期结果;（3）在什么情景中学生才能更好地理解学习内容;（4）哪些内容值得深入理解。只有我们厘清了这些问题后，才能真正做好教学活动计划——包括教学方法、教学次序及资源材料的选择。逆向设计为教师提供了一个安排教学活动的路线图，即设计工具（WHERE），分别是明确教学目标（Where）、激发学习意愿（Hook）、逐步探究主题（Explore）、反思学习过程（Rethink）和展评学习所得（Evaluate）。下面是以“卤代烃”为主题的设计工具（WHERE）型教学设计案例（见上页表2）。

需要注意的是，这些教学活动不是按照上面的顺序进行，尤其在逐步探究主题和教师评价、学生互评及学生自我评价之间，这些教学活动是交错进行的，这是教师在教学中需要注意的问题。

总而言之，在课时大幅压缩和建设“金课”背景下，教学团队在OBE理念下对有机化学教学进行改革与实践探索中要结合学生基础薄弱、自主学习能力低的实际情况，优化有机化学课程知识体系，突出学习内容的重难点，帮助学生建构完整的知识框架，避免教师进入“覆盖教材”的教学误区。以逆向设计思路为抓手，构建“目标—教学—评价”三位一体的教学设计框架，促使目标、教学、评价三者有机融合，突出学生中心、成果导向及持续改进的教育理念。改革后的课程能更好地激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力，使教学取得更好的效果。

参考文献

[1]威金斯，麦克泰格.追求理解的教学设计[M].上海：华东师范大学出版社，2017.

[2]安德森.布鲁姆教育目标分类学[M].北京：外语教学与研究出版社，2009.

注：本文系2017年广西高等教育本科教学改革工程项目（2017JGA321）、2019年北部湾大学高等教育本科教学改革项目（19JGYB23）的研究成果之一。

作者简介：周文红，广西柳州人，硕士，北部湾大学石油与化工学院副教授，研究方向为大学化学教学;张艳军，北部湾大学石油与化工学院教授，研究方向为天然产物化学;石海信，北部湾大学石油与化工学院教授，研究方向为材料与化工;郑韵英，北部湾大学石油与化工学院高级实验师，研究方向为天然产物化学。

（责编 卢建龙）