基于OBE理念的有机化学混...“五式”教学法的设计与实施_许毓.pdf

Univ.Chem.2023,38(1),6570 65 收稿：2022-05-10；录用：2022-06-16；网络发表：2022-07-08*通讯作者，Email: 基金资助：安徽省一流线上课程(2017mooc385,2019mooc006)；中国科学技术大学线上课程(2016kfkc01)；中国科学技术大学线上线下混合式课程(2020 xylkc018)；中国科学技术大学教学研究项目(2019xjyxm048,2021xjyxm060)教学研究与改革 doi:10.3866/PKU.DXHX202205040 基于基于 OBE 理念的有机化学混合“五式”教学法的设计与实施理念的有机化学混合“五式”教学法的设计与实施 许毓*，张国颖，李光水 中国科学技术大学化学与材料科学学院，合肥 230026 摘要：摘要：为解决有机化学课程教学过程中遇到的实际问题，探索因材施教的个性化培养模式，引导学生不断提升学习的主动性和解决实际问题的能力，我们基于OBE(Outcome based education)教育理念，结合中国科学技术大学有机化学课程目标和学习效果金字塔，以学生学为中心，以成果为导向，精心设计了引导式预习、精准式授课、互助式讨论、示范式点评和全程式考核的线上线下混合“五式”教学法，在实际教学运用中取得了良好成效，达到了预期目标。关键词：关键词：有机化学；成果导向教育；线上线下混合“五式”教学法 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Design and Implementation of Blended“PTDCA”Teaching Method in Organic Chemistry Based on Outcome-Based Education Yu Xu*,Guoying Zhang,Guangshui Li School of Chemistry and Material Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China.Abstract:Based on the outcome-based education(OBE)and by combining with the instructional objectives of Organic Chemistry in USTC and Learning Pyramid,we have designed an online and offline blended“PTDCA”teaching method of guided preview(P),precise teaching(T),mutual discussion(D),demonstrative comments(C)and whole process assessment(A).This teaching method is student-centered and achievement-oriented,and could guide students to improve their learning initiative and ability to solve practical problems.The method has been applied to practical teaching,achieved good teaching results and achieved the expected goal.Key Words:Organic chemistry;Outcome-based education(OBE);Online and offline blending“PTDCA”teaching method 习近平总书记1在中央人才工作会议上指出，要走好人才自主培养之路，高校特别是“双一流”大学要发挥培养基础研究人才主力军作用，全方位谋划基础学科人才培养，建设一批基础学科培养基地，培养高水平复合型人才，这为新时代高等院校人才培养指明了前进的方向。因此，培养基础理论扎实、有较强的学科研究技能和创新思维能力、善于追踪学科前沿热点的高素质、复合型优秀大学毕业生成为各学科教育工作者必须思考和努力完成的教学目标。OBE(outcome-based education)指成果导向教育，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育)，指教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。OBE在1978年由66 大 学 化 学 Vol.38Mitchell和Spady 2提出后，其理念和方法被公认为是追求卓越教育的有效方式，受到世界各国著名大学的认可和重视。作为国际化程度最高、体系最完整的本科工程教育国际互认协议华盛顿协议全面接受了OBE理念并将其融入到工程教育专业认证中。2016年6月，我国高等教育正式加入华盛顿协议3，这意味着中国高等教育对于OBE理念的认可。此后，OBE理念用于高校有机化学课程教学得到较为广泛的探索和应用413，笔者在有机化学课程教学过程中，引入OBE理念，参考学习金字塔理论14，整合线上线下资源，设计了有机化学线上线下混合“五式”教学法，自2019年秋季学期开始实施，取得了优良的教学成效，广受学生认可和欢迎。1 有机化学线上线下混合“五式”教学法的提出与设计有机化学线上线下混合“五式”教学法的提出与设计 1.1 有机化学课程简介有机化学课程简介 有机化学是化学学科的一个重要分支，是以特性基为主线，研究有机物来源、结构和表征、性质与机理、制备和应用，以及相关基本理论、变化规律和方法学的一门学科，也是生物学、医学、药学和材料科学的基础。中国科学技术大学有机化学课程是面向我校化学与材料科学学院和少年班学院化学和材料科学专业大二学生开设的一门专业基础课，理论课时120学时，6学分，必修，分两个学期开设，秋季学期80学时，4学分，春季学期40学时，2学分。1.2 传统有机化学教学中遇到的问题传统有机化学教学中遇到的问题 有机化学传统教学模式多由教师讲授、学生听讲，该模式具有其自身固有的优势，但由于有机化学课程内容多，讲授课时和时间有限，无法有针对性地开展因材、因人施教问题，无法整体提升学生学习的主动性问题，无法有效提升学生运用所学知识解决实际问题的综合能力问题等。笔者在长达20多年的有机化学课程教学实践中发现，我校学习有机化学课程的学生大体分为三类：第一类是基础好的，这类学生约占修课总人数的15%，他们通常具有高中化学奥赛省级一等奖及以上奖项，期望能通过大学的学习，更加深入系统理解本门课程内容，补差补缺，进一步提升个人应用有机化学知识解释实验问题的能力；第二类是基础一般的，这类学生约占修课总人数的70%，他们通常没有化学奥赛奖项，但化学基础扎实，需花费较多时间来系统学习本门课程；第三类是基础薄弱的，这类学生人数也约占修课总人数的15%，他们因为化学基础知识薄弱，学习本课程比较吃力，其中包含重修的学生。2 有机化学线上线下混合“五式”教学法的设计理念与教学实践有机化学线上线下混合“五式”教学法的设计理念与教学实践 为解决传统有机化学教学中的实际问题，根据我校“建设世界一流研究型大学”的发展目标和“精品大学、英才教育”的人才培养定位，笔者在遵循高等教育规律的前提下，努力突破“流水线式”人才培养的局限，结合我校课程目标和实际教学经验，基于OBE现代教育理念和学习效果金字塔理论，设计了有机化学线上线下混合“五式”教学法，进一步探索实施因材施教，整体提升各类学生学习的主动性，提升学生解决有机化学实际问题的综合能力，提升学生团队合作和科研创新的能力。2.1 有机化学课程线上资源建设与整合有机化学课程线上资源建设与整合 从2016年秋季开始，我们课程团队陆续录制并在中国大学MOOC平台上线了有机化学课程完整的教学资源，获评安徽省一流线上课程，供学生课前预习和课后巩固复习使用。教学资源涵盖有机化学所有章节，共21章，188个视频，总时长1938分钟；内容包含授课视频、视频弹窗题、章课件、章测试、章作业、章思维导图和期末考题等，这些教学资源在中国大学MOOC平台上已完成至少3个完整的教学周期，受到学员们的一致好评，修课学员数量目前已突破33000人。笔者通过慕课堂小程序有效衔接线上MOOC资源和线下课堂，创建有机化学课程QQ群，为线下学生提供便利的实时讨论平台，在QQ群中及时进行各种重要信息通知、开展线上讨论、提供电子参No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202205040 67考书、电子课件、线下作业布置以及线上课前测试、课后章测试、章作业和期末考试等重要截止日期的及时提醒等，防止学生会忘记这些重要日期。笔者指导学生使用网上免费的谱库资源(Spectral Database for Organic Compounds，SDBS谱库)，提升学生利用谱学数据进行有机物结构表征的能力；指导学生使用我校丰富的图书馆资源，如SciFinder、Reaxys和Web of Science等数据库和多种原始文献，进行课程拓展学习和自由探索，提升学生的科研兴趣和探索创新能力，为学生进入科研实验室打下坚实的基础。2.2 有机化学线上线下混合“五式”教学法的设计理念有机化学线上线下混合“五式”教学法的设计理念 为让学生充分利用中国大学MOOC平台上的教学资源，培养学生学习的主动性，笔者基于课程目标、OBE教育理念和学习效果金字塔，将有机化学教学过程的线上和线下，课前、课中和课后有机融合：课前，教师引导学生在线上进行预习，要求学生在规定时间内完成预习测试题；课中，教师根据预习测试结果，进行精准授课；课后，学生通过线上和线下进行分组讨论、互助学习；分组讨论学习的共性问题再回归课堂，由教师引导全班同学一起讨论，并进行总结和示范点评；学生参与的每个教学环节所留下的线上线下记录，则作为有机化学整个教学过程的考核依据。因此“以学生学为中心”的引导式预习、精准式授课、互助式讨论、示范式点评和全程式考核，即为有机化学线上线下混合“五式”教学法，如图1所示。图图1 “五式”教学法示意图“五式”教学法示意图 2.3 有机化学线上线下混合“五式”教学法的教学实践有机化学线上线下混合“五式”教学法的教学实践 以引导式预习、精准式授课、互助式讨论、示范式点评和全程式考核为主线的线上线下混合“五式”教学法，已经在我们的线下课堂进行了三轮教学实践，取得优良的教学效果，具体实施过程如下，笔者在每学期第一次线下课，将本课程的章节架构、总体设计、课程内容、授课方式、成绩评定、课程要求以及慕课和慕课堂的使用方法等告诉学生，让学生首先全面了解本课程的教学安排和要求。“五式”教学法的第一个环节首先是引导式预习：课程每章学习都安排有线上自学和线下讲授，我们以上述丰富的线上资源为依托，引导学生在课前规定时间内完成慕课堂线上课前预习测试，学生根据个人情况，自由选择是否观看视频，根据前述学生分类，一类学生可以不看视频，直接进行预习测试，二类三类学生需要观看视频才能完成测试。其二是精准式讲授：学生完成线上课前预习测试后，慕课堂会立即进行批改和统计，教师在课前通过统计数据了解学生对各知识点的掌握情况以及学生的薄弱知识点，在线下课堂精准讲解重难点和薄弱点，加深学生对重难点内容的理解和掌握；同时，教师带领学生根据章思维导图梳理每章内容框架，以弥补MOOC学习碎片化的可能缺陷。其三是互助式讨论：在课后，每章结束组织学生进行分组讨论和线下作业，学生按照五人一组进行分组，每组中基础好的学生1个、中等3个、薄弱的1个。每次讨论和作业前，每位学生需准备1道与本章内容相关的综合性习题，鼓励学生从文献、参考书或竞赛题中寻找，拓宽学生的视野，题68 大 学 化 学 Vol.38目交由教师和助教进行汇总和筛选，题目分为A(基础题)、B(提高题)、C(高阶题)三级，布置给各小组完成。学生可以自主选择完成A+B(约70%80%学生选择)或B+C(约20%30%)，要求学生首先独立完成，用黑色笔书写，然后小组内部讨论，形成优化后的解题思路，用蓝色笔修改，提交给助教批改。本课程考核难度与A+B的难度相当，学有余力的同学可以选择C组高阶题。通过互助式讨论，达到“以好带中、以中带差”共同进步的教学效果，同时也给学有余力的学生留下充足的进步空间。其四是示范式点评：助教用红笔批改作业后，反馈给学生，同时将学生的共性问题汇总后，汇报给授课教师。教师在下一次线下课堂，组织全班同学集体讨论，达成共识，形成全班优化的解题思路，最后教师进行示范点评，学生对照点评，查找不足，并再次用绿笔进行修改，“黑蓝红绿”四色法清晰记录学生的认知过程，从而逐步提高学生运用所学知识解决复杂问题的能力。对于学术界目前没有形成定论的问题(例如一些实验现象的机理解释)，教师会指导学生查阅图书馆数据库(如Rexays、Scifinder和Web of Science等)和原始文献进行自由探索和思考，获取学术界对该问题的研究现状和争论焦点，培养学生的科研探索和创新能力。最后是全程式考核：在学生参与的全过程中，我们设置有多个考核环节，分为线上考核(40%)和线下考核(60%)两部分，线上考核包括预习测试、章测试、章作业和期末考试四个环节，每个环节各占10%，线上考核成绩由中国大学MOOC平台记录；线下考核包括小组讨论与作业(10%)、平行班统一月测试(10%)、期中考试(20%)、期末考试(20%)，线下考核成绩由教师和助教记录，如图2所示。图图2 全程式考核示意图全程式考核示意图 2.4 有机化学线上线下混合“五式”教学法的教学效果有机化学线上线下混合“五式”教学法的教学效果 混合“五式”教学法实施以来，受到督导同行的认可和同学们的喜爱和好评。学生认为，授课教师采用线上线下相互融合的教学方式，在丰富教学资源的支撑下，可以有效进行因材施教，不同基础的同学有自主选择的权力，教师课上精准讲授重难点和薄弱点，讲课生动有趣，用贴近生活的例子进行有针对性的授课，效果非常好。他们认为，这种教学方式，既能充分调动学生学习的积极性和主动性，又能让学生在课程学习中发现有机化学的魅力，引导他们对有机化学内容进行深入的研究和探索。少创班19级一位同学还自建网页，展示他参与互助式讨论的收获和对有机化学内容的独特理解。此外，从我校教务处发布的学期教学质量报告中发现，学生对于笔者的授课评分和课程13个指标维度的对比(图3)明显高于院系以及全校同类课程的平均分。班级学生选课人数、期末考试成绩优秀率、班级平均分和不及格率在平行班中都具有明显优势。2.5 教学中深度融合课程思政，实现教学与育人的有机统一教学中深度融合课程思政，实现教学与育人的有机统一 课程思政的融入，是有机化学线上线下混合“五式”教学法中的一抹亮色，为提高该法的教学效果平添了很多助力。在介绍有机化学发展历史时，笔者将专业领域发展现状与爱国主义教育融合起来，实现思政进课堂；将科学家们的科研经历和家国情怀与核心价值观融合起来，培养学生树立正确的世界观、价值观和人生观；将课堂知识讲解与科学思维培养融合起来，实现教学与育人的有机统一。笔者在教学过程中融入有机化学大师们的故事，例如中国甾族激素药物工业奠基人黄鸣龙No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202205040 69先生、我国第一位获得诺贝尔生理学奖的科学家屠呦呦女士、现代有机合成之父Woodward教授、第二代有机合成大师Corey教授、当今世界天然产物全合成的领军人物Nicolaou教授等，他们的研究成果挽救了无数人的生命，引导学生树立正确的价值观，运用所学化学知识造福于全人类；其次介绍本学科优秀学长的成长经历，树立可触碰的榜样，引领学生珍惜青春、不负韶华；其三我们将有机化学理论知识联系实际生活点滴，并与同学们一起探讨学习有机化学的小技巧，提升课程的趣味性，这些具体举措都很好地提升了学生的学习兴趣和动力。3 结语结语 线上线下混合“五式教学法”已经经过三轮课程教学实践，取得了很好的教学效果，而且在实践过程中通过问卷调查，不断优化具体环节。学生根据个人基础可以自主选择是否观看课程资源，自主选择线下作业的难度，因材施教，满足学生个性化成长的需求；通过线上资源辅助的精准授课，解决课程学时少，内容多的难题；通过互助式讨论学生自备主题，先独立思考，再小组讨论优化，督促学生主动学习；评判别人思路，提出修改意见，进行同伴教学，通过以好带中，以中带差，达到班级同学整体提升的目标，提升团队合作能力。“四色”作业展示清晰记录学生学习的认知过程，有效帮助他们逐步提升科学思考能力和解决复杂问题的能力。学术界未形成定论的问题指导学生查阅文献，了解科研现状，进行自由探索，提升了学生追踪学科前沿热点、探索创新的能力。线上线下混合“五式教学法”的设计理念科学，教学实施过程切实可行，在培养学生学习的主动性、提升学生整体学习水平、提高学生自主运用所学知识解决实际问题能力、提升学生追踪学科前沿探索创新的能力等方面都取得了很好的教学效果，其教学理念和方法同样适用于其他理论课程的教学，具有很好的借鉴和推广价值。参参 考考 文文 献献 1 习近平总书记出席中央人才工作会议并发表重要讲话.2021-09-28.http:/ 2 Mitchell,D.E.;Spady,W.G.Educ.Res.1978,7,9.3 华盛顿协议.2021-10-10.https:/ 4 付尧.化工管理,2019,No.31,39.5 刘秀杰,薛松,梁茂,王秋生,孟祥太,辛春伟,刘旭光,安金霞.当代化工研究,2019,No.17,82.图图3 本课程本课程13个指标维度的对比图个指标维度的对比图(来自本校教务处教学质量报告来自本校教务处教学质量报告)70 大 学 化 学 Vol.386 赵艳娜.山东化工,2020,49(2),223.7 孙立波,管仁贵,苏慧娟,李家柱,何涛.山东化工,2020,49(18),211.8 张跃伟,成乐琴,于雪.吉林化工学院学报,2020,37(12),6.9 张建英,张延琪,刘学立.安徽化工,2021,47(2),163.10 王磊,孙燕,韩晓顶,杨华云,李伟东,费骥慧.广州化工,2021,49(13),178.11 卢金荣.山东化工,2021,50(20),214.12 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