劉賽文 張 勁
(湖南城市學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院,湖南 益陽(yáng) 413000)
成果導(dǎo)向教育理念(outcome-based education, OBE)的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施是以學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后所取得的學(xué)習(xí)成果為目標(biāo),重在培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)、適應(yīng)社會(huì)的綜合能力。這些成果是學(xué)生畢業(yè)后能“帶走”的實(shí)際能力。OBE理念強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)明確想讓學(xué)生取得什么樣的學(xué)習(xí)成果;為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果;如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果;如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些成果[1]。結(jié)合《波譜分析》課程的教學(xué)現(xiàn)狀,將OBE理念運(yùn)用到該課程的教學(xué)改革實(shí)踐中,以“反向設(shè)計(jì),正向?qū)嵤睘樵瓌t,確定該課程學(xué)習(xí)目標(biāo),并設(shè)計(jì)實(shí)施波譜分析教學(xué)改革方法及路徑,有效解決以往該課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力。
波譜分析方法在化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)論文環(huán)節(jié)和考研中是必不可少的。本課程主要包括紫外光譜、紅外光譜、核磁共振氫譜、核磁共振碳譜和質(zhì)譜五大部分。首先明確各部分內(nèi)容對(duì)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出的貢獻(xiàn)程度,精煉授課內(nèi)容。(1)由于紫外光譜和紅外光譜能夠提供的結(jié)構(gòu)信息有限,在教學(xué)過(guò)程中會(huì)適當(dāng)縮減這兩部分的課時(shí)數(shù),重點(diǎn)突出核磁共振光譜和質(zhì)譜的相關(guān)內(nèi)容。(2)在每一種波譜中可弱化基礎(chǔ)理論和公式推導(dǎo),詳授譜圖與化合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系和吸收波長(zhǎng)的影響因素,重點(diǎn)教會(huì)學(xué)生識(shí)譜和解譜,即能夠通過(guò)分析譜圖準(zhǔn)確推斷出化合物結(jié)構(gòu)。(3)增加常用化學(xué)軟件的相關(guān)知識(shí),使學(xué)生會(huì)處理相應(yīng)的紅外光譜和核磁共振譜等數(shù)據(jù)。例如,在講解紅外光譜內(nèi)容時(shí),介紹 Origin 軟件的使用方法,教會(huì)學(xué)生運(yùn)用原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖并識(shí)圖;在核磁共振譜部分演示ChemOffice軟件的操作,教會(huì)學(xué)生使用Chemdraw畫出化合物的結(jié)構(gòu)式,并利用其核磁預(yù)測(cè)功能來(lái)輔助解譜[2]。(4)引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,讓學(xué)生掌握譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索,與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行匹對(duì)。例如,在日本的SDBS數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站上輸入化合物的名稱、分子式或CAS號(hào),可以免費(fèi)獲取各類化合物的譜圖。
教學(xué)要以學(xué)生為主體,教師引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)識(shí)、發(fā)展、實(shí)踐和創(chuàng)新。學(xué)生在分析化學(xué)和有機(jī)化學(xué)課程中已經(jīng)學(xué)過(guò)紫外光譜和紅外光譜的基本原理,可以適當(dāng)運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂,給予學(xué)生在課堂上展示學(xué)習(xí)成果的時(shí)間。教師將課堂時(shí)間主要用于解決學(xué)生在“備課”過(guò)程中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題,給學(xué)生提供高效、有針對(duì)性的輔導(dǎo)建議,使學(xué)生不僅學(xué)了,而且會(huì)了。
把傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)和數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái),兩者互補(bǔ),才能獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。例如分子振動(dòng)形式、Larmor進(jìn)動(dòng)、屏蔽和去屏蔽效應(yīng)等枯燥的概念和原理,用Flash動(dòng)畫的形式展現(xiàn),便于學(xué)生理解。由于儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳統(tǒng)的圖片缺乏立體感,學(xué)生很難對(duì)儀器構(gòu)造有直觀的認(rèn)識(shí),利用網(wǎng)絡(luò)上制作精良的動(dòng)畫和模型,多角度、立體式地展示儀器的工作原理和過(guò)程,可以深入了解儀器[3]。利用微信、QQ可進(jìn)行在線討論和答疑;依托數(shù)字教育平臺(tái),可上傳課件、作業(yè)、學(xué)習(xí)資料,與學(xué)生進(jìn)行課堂互動(dòng)。
能否調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)習(xí)的興趣是教學(xué)能否取得成功的關(guān)鍵。波譜分析知識(shí)記憶內(nèi)容較多,在教學(xué)過(guò)程中編制口訣,可“化繁冗為簡(jiǎn)短,變凌亂為有序”,使難記的知識(shí)朗朗上口,容易引起學(xué)生興趣[4]。例如,烷烴紅外光譜的波數(shù)范圍口訣為:“識(shí)圖先學(xué)飽和烴,3000以下看峰形。2960、2870是甲基,2930、2850亞甲基。1470碳?xì)鋸潱?380甲基顯。兩個(gè)甲基同一碳,1380分二半。面內(nèi)搖擺720,長(zhǎng)鏈亞甲可現(xiàn)行?!?/p>
在教學(xué)中開(kāi)展一些游戲性質(zhì)的活動(dòng),能活躍氣氛,提高興趣,使教學(xué)收到良好的效果。在學(xué)習(xí)紅外光譜、核磁共振氫譜和核磁共振碳譜的吸收峰歸屬時(shí),設(shè)計(jì)如下游戲:班上同學(xué)分為8組,每一組同學(xué)記住一個(gè)或幾個(gè)官能團(tuán)的吸收峰范圍,請(qǐng)學(xué)生“對(duì)口令”,老師說(shuō)出官能團(tuán),相對(duì)應(yīng)得學(xué)生說(shuō)出峰值范圍。
在教學(xué)過(guò)程中引入典型案例,激發(fā)學(xué)生興趣。2015年屠呦呦因發(fā)現(xiàn)治療瘧疾的新藥物療法,為人類做出巨大貢獻(xiàn),被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。屠呦呦團(tuán)隊(duì)在1972年得到了抗瘧有效成分,通過(guò)波譜分析確定了青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu),它是一種含有過(guò)氧基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯,青蒿素從此走向全世界。在引入案例的同時(shí),講解怎么運(yùn)用波譜分析確定新化合物的結(jié)構(gòu),培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
本課程最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解析四大光譜的能力,為以后工作或科研打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。首先,教師講解結(jié)構(gòu)與譜圖的關(guān)系,并傳授解譜技巧。然后向有機(jī)化學(xué)老師收集科研課題中發(fā)現(xiàn)的未知化合物的相關(guān)譜圖,再讓學(xué)生以小組為單位通過(guò)查閱文獻(xiàn)和利用所學(xué)知識(shí)對(duì)新化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行最終確認(rèn)。最后,在課堂上對(duì)解譜過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)講解,并回答老師和同學(xué)提出的問(wèn)題。學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中可獲得成就感,調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性,提高邏輯思維能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。教師在與學(xué)生討論和交流的環(huán)節(jié),可發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的短板,從而及時(shí)調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容,使理論與實(shí)踐相輔相成。
OBE教學(xué)模式下,波譜分析課程從過(guò)程性考核和多元化考核兩方面入手,建立有效的評(píng)價(jià)體系。
過(guò)程性考核模式強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)波譜分析過(guò)程中的學(xué)習(xí)狀態(tài)和階段性學(xué)習(xí)成果的考核。每個(gè)單元學(xué)習(xí)結(jié)束后,設(shè)定與其對(duì)應(yīng)的試題進(jìn)行階段性測(cè)試,過(guò)程性考核的運(yùn)用旨在強(qiáng)化學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)知識(shí)的積累,促使學(xué)生及時(shí)掌握課程基礎(chǔ)知識(shí)。
多元化考核包括撰寫文獻(xiàn)綜述、實(shí)驗(yàn)測(cè)試及期末考試等多種形式。(1)學(xué)生結(jié)合授課內(nèi)容追蹤波譜學(xué)科研究前沿技術(shù)及應(yīng)用,通過(guò)查閱文獻(xiàn),選取自己所喜歡的方向,寫出兩千字左右的綜述性論文。旨在啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題的能力,同時(shí)了解該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。(2)學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中自己制備的化合物進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)并確定其結(jié)構(gòu),考查學(xué)生制樣和測(cè)樣的能力。(3)期末考試以開(kāi)卷形式考查學(xué)生綜合解譜能力,以結(jié)合所學(xué)知識(shí)分析譜圖獲取化合物結(jié)構(gòu)信息并正確推出化合物結(jié)構(gòu)為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。多元化的考核模式更加科學(xué)與合理,保證了學(xué)生對(duì)基本理論及知識(shí)的掌握,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和探索精神。
成果導(dǎo)向教育是一種適應(yīng)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的教育。波譜分析教學(xué)改革通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、積極探索教學(xué)方法和靈活運(yùn)用教學(xué)手段使學(xué)生獲得最大能力,能夠利用波譜分析方法對(duì)未知化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,在科學(xué)研究和生產(chǎn)工作中解決實(shí)際問(wèn)題,真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的課程目標(biāo)。