OBE理念与模拟实验相结合的教学改革探索

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  [摘要]将模拟实验与OBE相结合的教育理念引入到了《宝石学概论》的教学活动中,按照这种教学理念制定了反馈式教学大纲,采用多种方式收集了学生的学习效果,并将学习效果作为反馈信息输入到下一轮的教学计划中。在教学方法上,将模拟实验引进了课堂教学。通过分析给出的实际测量数据,学生对实验原理有了更深入的理解,提高了综合分析能力。两年多教学改革实践的结果表明,采用模拟实验与OBE相结合的教学理念,将传统的以教师为中心转向了以学生为中心,提高了学生学习的积极性与学习效果。
  [关键词]OBE教学理念;模拟实验;宝石学;教学改革
  [中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]10054634(2017)050085050引言
  OBE(outcomebased education)教育理念是基于學习产出的一种教育模式,也被称为成果导向教育。OBE模式以学生的预期学习成果即有效产出为目标,可以从学习产出的定义、实现、评估和使用4个步骤来实施,是设计、实施、组织、运行、评价教学活动的一种行之有效的教育范式。为了实现预期学习产出,教学计划、课程内容都需按照反馈式的模式进行设计[13]。
  1994年,美国学者斯拜迪(Spady W G)在《基于产出的教育模式,争议与答案》一书中把OBE定义为“基于结果的教育意味着教育系统中的每个环节都围绕着一个根本的目标,让所有学生在完成他们的学习经历后都能获得成功”。他认为,OBE实现了教育范式的转换,学生学到了什么和是否成功,远比怎样学习和什么时候学习更为重要[4]。此后,西澳大利亚州的教育部门和其他学者也纷纷给出了自己的定义[5]。虽然不同学者对定义的描述有所不同,但都有一个共同的特点:在OBE教育理念中,教育者必须对学生学习结束后应达到的能力及水平目标有清晰的构想,然后设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标。OBE教育理念把学习产出而非教科书或教师经验作为驱动教育系统运作的动力,这同传统的内容驱动和重视投入的教育理念形成了鲜明的对比。从这个意义上说,OBE教育模式可被认为是一种教育范式的革新。
  OBE教育的理念不仅适用于学院、学科、专业或课程群的系统设计和安排[69],也同样适用于单门课程的教学[1014]。笔者将OBE教育理念应用到了单门选修课程宝石学概论的教学当中。宝石学是一门实践性很强的工程类学科。学生在学习宝石学学科时,只有通过观察、分析大量的宝石标本,才能切实掌握宝石学的内容。要开设宝石学实验课,需要使用多种精密仪器和宝石标本。由于宝石标本体积小、价值高,容易损坏、遗落,因此,宝石学概论课程安排实验课很难实现。怎样来弥补缺少实验课的不足呢?作者通过两年多的教学实践,将模拟实验引入到了宝石学概论的课堂教学中,并与OBE教育理念相结合,取得了良好的教学效果。
  1OBE理念的引入
  将OBE理念引入到宝石学概论的教学中,首先要确定学生的学习产出,即成果目标,并将这一目标作为OBE教学方法的反馈输入信息[15]。如果是新开课或者开课较少,学生的学习成果需要根据教学大纲及教学经验预先确定。如果课程已经讲授过,则可以总结、收集前期学生的学习成果和学习效果,根据前期的学习成果,调整教学内容、教学方法。由于《宝石学概论》课程已经开设多年,往届学生的学习成果可以作为本届学生改进教学方法的输入,本届学生的学习成果则可以作为下一次开设本课程的反馈输入。这样持续下去,就能够使学生的学习成果不断地得到提高。
  根据往届学生本课程的学习成果及对教学内容掌握的情况,笔者于2014年首次将OBE理念引入到了宝石学概论教学中,并确定了三点学习成果目标。(1)知识目标:基本理解宝石学的基本理论和基础知识;(2)技能目标:理解常规研究方法的原理,了解其他研究方法;(3)能力目标:能够利用基本理论、基础知识和基本方法对未知的常见宝石进行简单分析。本课是选修课,因此对学生的要求比必修课有所降低,许多必修课中要求掌握的内容在选修课中被降为基本掌握、基本理解、基本了解。以其中一个具体目标——“珠宝玉石的常规检测方法”为例,在必修课中是要求掌握的内容。在选修课中,这一具体目标在未引入OBE教学理念和模拟实验方法时定为基本理解。在引入了OBE教学理念和模拟实验以后,由于加强了实践环节,学生对学习目标的掌握程度也得到逐步提高。
  2模拟实验引入课堂教学
  为实现这三点学习成果目标,笔者修改了本课程的教学大纲。为达到预定的教学成果目标,在修订后的教学大纲中,修改了教学内容与教学方法。其中,教学方法中改动较大的是在课堂教学中引入了模拟实验。在会计类和贸易类的课堂教学中,采用模拟实验相对较多[1619],但在工科教学中采用的很少[20]。宝石学开设实验课需要为学生准备宝石标本和仪器设备。由于宝石标本价格比较昂贵,容易遗落、损坏,检测仪器也比较精密娇贵,因此,尽管宝石学的实践性很强,在宝石学选修课中开设实验课还是很难实现。
  为了将模拟实验引入到课堂教学,教师需要在上课之前,将模拟实验的内容在实验室实际操作完成。将实验过程、设备环境和测试结果记录下来,让学生在课堂上结合实验过程,分析测试的数据,得出实验结论。比如,在进行宝石密度测试的模拟实验前,需要选出宝石样品,在实验室用天平分别称量出其在空气中和水中的质量,并记录下测试时的环境温度。学生在进行模拟实验时,根据测试的数据,计算出宝石的密度,并根据实验环境的记录温度,对所计算的密度进行修正。得到宝石样品的密度值之后,要求学生根据宝石的密度值,查阅宝石密度检索表,初步推断所测宝石的种属。
  将模拟实验引入到课堂教学的初期,模拟实验次数较少。比如,2014年第一次将模拟实验引入到课堂教学时,只进行了4次模拟实验。模拟实验引入课堂教学后,学生的学习兴趣得到了提升,缩短了理论和实际的距离,提高了学习效果。经过2014~2015年两年的实践与摸索,模拟实验的内容与次数得到了调整。2016年,本课程的模拟实验次数固定在了10次左右,穿插于课堂授课过程中。模拟实验的内容和所属章节具体如表1所示。   第一类模拟实验是在介绍实验方法后,给出实验数据,学生根据实验数据进行分析,得出实验结论。这类模拟实验能加深学生对知识目标和技能目标的理解,对能力目标的提高也有很大的促进作用。以模拟实验3为例,模拟实验3安排在介绍了折射率的测定原理和方法之后。测定宝石折射率时,不仅仅只测得了宝石的折射率和双折射率值,还要根据测得的折射率值来分析宝石的均非性、轴性和光性的正负,可以获得宝石很丰富的信息。如果没有实验,学生很难掌握折射率的测量和分析方法。在模拟实验3中,给出了转动宝石1周测得的8组折射率数据,每组数据包括两个折射率值。如果所有8组折射率值不变,可以确定宝石是均质体,否则为非均质体。如果各组的折射率值有变化,可以分别比较8组数据的大值和小值。如果大值和小值中有一组不变,可以确定宝石为中级晶族,其中大值变、小值不变者为正光性,小值变、大值不变者为负光性。如果大值和小值都变,则为低级晶族。要确定低级晶族宝石光性的正负,就要分析大值和小值变化的范围。如果大值变化范围大,为正光性,小值变化范围大则为负光性。在模拟实验中,虽然学生并没有实际操作折射仪测量宝石的折射率,但是得到了所有实测数据。学生体验了实验的关键过程,对折射率的测定和分析得到了很好的理解和掌握。在这10次模拟实验中,2、3、4是第一类模拟实验。在进行这类模拟实验时,学生的学习兴趣比没有进行模拟实验时有明显提高,对实验过程有了身临其境的感觉。通过对实验数据的分析,加深了对原理的理解。
  模拟实验1和实验5是第二类模拟实验,即综合模拟实验。实验时教师把各种测试结果提供给学生,学生通过综合分析判断,得出实验结论,从而提高了对技能目标和能力目标的掌握和理解。以模拟实验5为例。模拟实验5是在學生学完了宝石学基础和鉴定方法部分安排的一次模拟实验。模拟实验中给出了两种宝石的实际测量结果。这些测量结果有些是测量数据,有些是在实验过程中所观察到的实验现象的描述。比如,测量结果中折射率、质量、水中的质量等是使用仪器测得的数据,可见光谱、紫外荧光、均非性、多色性、摩氏硬度等是观测到的实验现象的描述。学生要根据这些实测结果,结合样品的照片,利用各种检索工具表,通过综合分析,得出这两种宝石的可能种属,并写出主要依据。综合分析这些实验数据,学生不仅大大提高了学习兴趣,也使学生对宝石测试过程有了比较深刻的体验。通过综合分析测试数据,提高了学生利用各种检索工具进行综合分析的能力。
  其余模拟实验为第三类,即应用模拟实验。这类模拟实验是将通论中介绍的理论与方法综合运用到具体宝石中,使学生更好地掌握知识目标、技能目标和能力目标。模拟实验6安排在钻石分级内容介绍完之后。实验中给出了16颗钻石的照片。学生观察这些照片可以获得钻石的切工种类、钻石的颜色等信息。模拟实验要求学生根据这16颗钻石的切工和颜色,判断哪些钻石适合进行4C分级,哪些钻石不适合,并说出理由。尽管此次模拟实验并不复杂,没有要求对钻石颜色和净度进行分级,但是结果并不理想。这次模拟实验让学生对钻石分级的条件有了更深刻的理解。
  教学内容的调整与教学方法的改进,对实现学习成果目标起到了促进与保证的作用。为实现本课程OBE教学理念的改革,教师在教学中实施了OBE的教改方案。为保证模拟实验的实施,在教学大纲中调整了教学学时的分配,减少了讲课学时数,增加了模拟实验时间与学生分析、解决问题的内容,使学生由被动学习更多地转化为主动学习,提高了学生学习的兴趣与热情。
  3学习成绩的评估
  学习成绩的评估是OBE教学改革中非常重要的环节。本次教学改革改变了传统的成绩评定方式,学生的学习成绩由以下三部分组成:(1)第一部分是学生的平时表现,占总成绩的5%,要求学生参与课程的所有环节并签到,不得缺勤;每缺勤一次扣1分;无故缺勤5次者,取消本门课程的考核资格。(2)第二部分是模拟实验成绩。计划进行10次模拟实验,每个学生有3次需要递交实验报告,每份模拟实验报告满分10分,3次模拟实验满分30分。模拟实验成绩占总成绩的30%。(3)第三部分为结课考试成绩,占总成绩的65%。由于增加了平时成绩和模拟实验成绩的比重,不再由一次考试定终身,使总成绩能更全面地反映出学生对学习成果目标的实现情况。
  4学习效果的调查
  OBE教育理念一个非常重要的特点是将学生学习成果和学习效果作为教师教学的输入信息,反馈到下一轮的教学输入中,以持续不断地提高学习效果。笔者采用了多种方法来收集学生学习本课程的效果,比如通过学生干部收集学生的反馈意见、通过主管学生工作的辅导员收集反馈意见、通过教务处了解学生的反馈意见等,其中使用较多的是以下三种方法。
  4.1教师课下与学生的直接交流
  通过与学生交谈,了解到学生学习的感受和体会。比如,在介绍宝石的颜色成因部分时,需要一些过渡元素电子dd跃迁的知识。通过课下与学生交谈,了解到部分文科学生由于高考时不考这部分内容,因此不具备这些知识。针对这种情况,教师及时调整了教学内容,也为下次教学内容的调整提供了依据。
  4.2网站和邮箱收集
  教师把网站和邮箱提供给学生,学生可以随时对课程提出意见和建议。学完了本课程的学生,包括已经毕业的学生,在工作中遇到各种实际问题时,对这门课程的学习成果会有更深刻的体会。比如,有的学生对宝石专业很感兴趣,打算毕业后报考宝石专业的研究生,为本课程的讲授内容和方法提出了很好的意见和建议。
  4.3通过微信和QQ群收集
  微信和QQ是很受广大学生喜爱的通讯手段。笔者建立了宝石学概论课程的QQ群和微信群,学生可以在群中自由发表意见和建议。
  5结束语
  本项教学改革已经进行了两年多,并且仍然在继续进行中。结果显示,将OBE教学理念和模拟实验引入到宝石学概论课程中,教学效果得到了明显提高,取得了显著的效果。   5.1提高了学习的主动性
  宝石学概论是一门选修课,教改之前,学生学习的主动性不强,很少主动提出问题,在讲课过程中互动较少。将OBE教学理念和模拟实验引入到教学之中以后,学生需要动脑筋思考问题才能完成模拟实验,提高了学习的主动性。课堂上互动增加,授课过程中学生经常提出问题,对教师提出的问题踊跃回答,课堂气氛更为活跃。
  5.2提高了学习效果
  开展教学改革之后,学生的学习兴趣与学习效果得到了明显的提高。以晶体对称要素的分析为例。对称要素的分析比较抽象,不易理解,教改之前对于晶体对称的分析只要求学生一般了解。实施教学改革后,安排了晶体对称的模拟实验。学生在模拟实验中必须对给出的模型和图片进行了全面地分析,才能得出实验结论。通过模拟实验,学生更好地理解了对称的概念,掌握了各种不同晶族晶体对称性的分析方法。
  每轮授课结束后,笔者通过对模拟实验、考试和课堂提问等教学环节的总结,发现并找出了影响学生学习效果的因素及问题,并将其作为下一轮教学的输入。通过调整模拟实验的内容、频次,调整教学内容和实例,逐渐提高了学生掌握知识目标、技能目标和能力目标的能力,从而提高了教学效果。比如,在教学改革初期的授课中,通过对考试成绩的分析,发现一些学生对天然宝石、优化宝石和处理宝石的命名方法掌握得不够理想。针对这一问题,在下一轮的教学中,对模拟实验进行了调整,在绪论中增加了宝石命名的模拟实验。调整后,学生很好地掌握了各种天然、优化和处理宝石的命名方法。
  经过几轮的实践,将OBE教学理念与模拟实验引入教学后,学生对目标知识掌握和运用的能力也有了提高。比如,在未进行教改之前,对“珠宝玉石的常规检测方法”的掌握要求是基本理解。引入模拟实验之后,多个模拟实验都与宝石的常规检测方法有关。学生在进行模拟实验时,与实体实验课程的差别只有未作实验观测這一步骤,其他步骤都与实体实验基本一致。模拟实验使学生对常规检测方法有了更深入的理解。课程结束后,教师在获得的信息反馈中,可以了解到学生对这一教学目标的掌握情况。根据学生对珠宝玉石常规检测方法的掌握情况,教师对下一轮教学目标进行了修订,将基本理解提高为基本掌握,其他教学目标也有类似的情况。
  笔者经过两年多的教学改革实践,将OBE教学理念引入到了宝石学概论课程的教学中,教学效果得到了明显的提升,但是这仅仅是教学改革所取得的初步成效。在今后的教学活动中,笔者还将进一步开展OBE教育理念的研究,继续进行模拟实验的探索,为进一步提高学生的学习效果而努力。
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