基于OBE 理念的“材料科學基礎”一流本科課程建設研究與實踐

劉 麗，趙相金，孫學勤

（1.煙臺大學環(huán)境與材料工程學院 山東 煙臺 264005；2.煙臺大學核裝備與核工程學院 山東 煙臺 264005）

OBE 理念是一種基于學習產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，縮寫為OBE），美國學者斯派帝把OBE 定義為“清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學生獲得在未來生活中獲得實質(zhì)性成功的經(jīng)驗。”O(jiān)BE強調(diào)教學內(nèi)容和教學設計、實施的目標是學生通過教育過程后所取得的學習成果。課程要從最終的學習成果出發(fā)，設計教學內(nèi)容和教學過程，通過各種考核方式評估學生是否能夠達到相應的要求，分析學生在學習過程中出現(xiàn)的問題，并提出改革措施。一流課程的建設和OBE 的教育理念是相融合的，一流課程的“道”就是“一切為了學生的成長與發(fā)展”，學生好，才是專業(yè)好；課程好，學生才能好。因此如何在教學過程中貫徹落實OBE 理念，成為課程改革和建設的重要工作。以煙臺大學”材料科學基礎”課程為例，淺談基于OBE 理念建設“材料科學基礎”線下一流本科課程的研究與實踐。

1 基于OBE 理念的”材料科學基礎”課程目標與課程設計

1.1 課程目標

“材料科學基礎”是材料科學與工程專業(yè)和金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)核心課，也是學生最先接觸的必修的學科基礎課和碩士研究生入學考試課程，是前期基礎知識學習和后期專業(yè)課學習的知識橋梁。通過本課程學習，學生將了解并掌握材料科學中的共性規(guī)律，為將來進行新材料設計及研發(fā)奠定必要的理論基礎。

該課程堅持以立德樹人為根本，遵循我校培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才的辦學定位，依據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標擬定知識探索、能力建設和人格養(yǎng)成三個課程目標。其中知識探索主要是使學生充分掌握材料科學的基礎理論、深入理解材料的組成、結構、工藝、性能間的關系和變化規(guī)律，能從材料組成-結構-加工工藝-性能相互聯(lián)系的角度理解、解釋材料制備、使用過程中的各種化學、物理現(xiàn)象和性能。能力建設方面是強化學生的高階思維方式，能夠運用專業(yè)知識解決材料生產(chǎn)應用中的復雜工程問題，能根據(jù)材料研究的需求查閱資料、開展實驗、分析數(shù)據(jù)，并得到正確結論。人格養(yǎng)成是指使學生具備一定的科學素養(yǎng)和社會責任感，具備理解職業(yè)道德、專業(yè)倫理與認識社會責任、堅定理想追求和信仰的能力，具備項目管理、有效溝通協(xié)調(diào)與團隊合作能力。

1.2 課程設計

該課程秉承“以學生為中心”，堅持立德樹人，將育人理念貫穿授課全過程，強化學生的工程倫理教育和精益求精的大國工匠精神；堅持產(chǎn)出導向，按照學生“需要什么，適合什么”重塑課程內(nèi)容，按照“以教師為主導，以學生為中心”，創(chuàng)新教學方法，引導學生分析問題、解決問題，提高學生的創(chuàng)新思維能力；堅持持續(xù)改進，通過建立多元化課程考核模式，動態(tài)監(jiān)測學生學習過程和學習反饋，分析考核結果、收集反饋信息，及時采取應對措施。

2 課程實施

2.1 重塑教學內(nèi)容，完善“知識傳授-能力培養(yǎng)-價值塑造”的三維內(nèi)容體系

整合教學內(nèi)容。以上海交通大學出版社出版的《材料科學與工程基礎》作為主教材，該教材側重于基本概念和基礎理論的論述，兼顧到不同材料的特點及知識體系內(nèi)各個環(huán)節(jié)之間的邏輯關系，我們對該教材的內(nèi)容進行了“揚棄”，突出教學內(nèi)容的問題導向性。通過材料科學四面體（成分-工藝-結構-性能）這一主線闡述“材料的成分、組織結構決定材料性能”這一材料科學核心問題，強調(diào)基本理論、基本概念和基本技能的教授，注重學生基本工程思維方式的培養(yǎng)。同時我們還大量引用Wiley 出版社出版的《Materials Science and Technology》中的內(nèi)容對教學內(nèi)容進行補充和詮釋。

科研成果和關鍵工程案例進課堂。以教學基本要求為出發(fā)點，在教學過程的各環(huán)節(jié)上將與“材科”密切相關的理論、技術及研究成果通過適當?shù)男问饺诤系绞谡n內(nèi)容中去以增大教學內(nèi)容的信息量，增強教學內(nèi)容的新穎性和時代性，以提高教學效果。例如在講解柯肯達爾效應時，首先由標記面遷移后產(chǎn)生的空洞引發(fā)學生思考空洞對材料會產(chǎn)生哪些不利影響，再通過介紹西安交通大學單智偉教授在Nature Communication 上發(fā)表的一篇利用柯肯達爾效應制備性能優(yōu)異的空心納米晶體的文章將辯證唯物主義思想、方法論貫穿到課堂教學中去，一方面幫助學生加深對自然科學知識的理解，另一方面潛移默化地幫助學生樹立正確的世界觀，掌握科學的方法論。在介紹材料表面時，結合自己的科研項目—非晶合金疏水表面的制備來給同學們介紹超疏水表面的特點、制備及應用。通過把前沿研究成果和基本知識結合起來，一方面培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣，另一方面引導學生深入思考所學知識會用在什么地方，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和工程能力。

全程貫穿課程思政理念。注重強化學生工程倫理教育，將道德、人文關懷、價值觀念有機融入課程的思政教學目標。”材料科學基礎”課程學習中需要刻苦的鉆研精神和分析、解決復雜問題的能力，這與當前所提倡的“工匠精神”，創(chuàng)新開拓精神是緊密結合的。在課程講述中通過介紹材料科學的發(fā)展幫助學生樹立專業(yè)自信心，通過專業(yè)典型人物幫助學生樹立社會責任感，通過新材料的開發(fā)應用激勵學生奮發(fā)圖強，為國家振興而努力學習。例如通過介紹F-R 位錯源的命名故事告知學生學術交流的重要性，對于國家發(fā)展也是如此，正如習近平總書記所說“我們的事業(yè)是向世界開放學習的事業(yè)。關起門來搞建設不可能成功。我們要堅持對外開放的基本國策不動搖，不封閉，不僵化，打開大門搞建設、辦事業(yè)。”在講解晶體結構時通過介紹2018 年的“傷芯”之痛，讓學生認識到，處于信息時代而不擁有芯片制造技術是多么可怕的一件事。芯片的制造需要高質(zhì)量的晶體，而高質(zhì)量晶體的生長及其后的器件制備，是需要有懂晶體學的科學家和工程師的，以此來激發(fā)學生努力學習、科技報國的家國情懷和使命擔當。

2.2 改革教學方式，轉變教學角色，突出產(chǎn)出導向，建立以OBE 為導向的互動式教學模式

通過線上知識學習和線下能力鍛煉有機結合，突出學生學習主體。建立線上課程資源，課程基本信息，使學生明確課程學習的目的、內(nèi)容、方法和學習要求；課件、微視頻、學科前沿等可以方便學生課前預習課堂內(nèi)容；練習題、自測題、試卷、在線討論等可以幫助學生課下鞏固學習內(nèi)容。

線下課堂教學采取問題探究和興趣啟發(fā)教學策略，實施“課前預習、課中討論講授、課后拓展答疑”三位一體的教學過程。課前，教師通過在線平臺將部分簡單易于理解的內(nèi)容、學科前沿內(nèi)容以文本、視頻和音頻形式供學生課下自學完成；同時發(fā)放學習任務，學生根據(jù)預習課件，查閱資料，小組討論，通過檢測了解學生反饋，并設計課堂教學環(huán)節(jié)。課中，采用引入問題、梳理知識、拓展應用進行課堂講授，在理論講解中融匯哲學思維，精選學科前沿和例題作為知識拓展，并開展隨機提問和小組討論，通過學生代表上臺講授、同學間辯論、老師點評等教學方法增加學生投入。課后，針對課堂上的知識點，結合教師承擔的科研任務和工程實際中可能遇到的一些問題專門設計一些課題，以小組形式要求學生課后通過查找相關文獻資料，小組討論后完成小論文，每天安排老師負責答疑。

例如在介紹合金相結構時，首先讓學生通過在線平臺觀看《國家寶藏》越王勾踐劍專題片，并在線討論“越王勾踐劍”寶劍雖然是由青銅鑄成的，但劍刃卻如此鋒利，其原因何在？從而將合金相概念初步引入，課中通過講解告訴學生可通過調(diào)控成分、相等改變材料的性能。接著從學生熟知的鋼鐵材料入手，引導學生思考鋼和鐵二者有何區(qū)別，性能有何不同，從而加強學生對成分-結構-性能的認知。高強度鋁合金是重要的輕質(zhì)高強結構材料,在航天、航空、船舶、核工業(yè)及兵器工業(yè)等有著廣泛的應用前景及不可替代的地位，課后讓學生通過查閱文獻、小組討論后總結通過什么手段可以既提高鋁合金的強度同時不降低其塑性，其原理和具體的工藝是什么，不僅使學生加深對理論知識的理解，又鍛煉了學生解決問題的能力。

2.3 建立多元考核評價方法，關注學生學習過程和學習反饋，教學效果評價具有個性化和可探究性

根據(jù)教學目標采用終結性評價和過程性評價相結合的評價機制，既能讓學生了解自己每個階段的學習情況，又能在最后有個全面細致的總結，能夠對其整個學習情況有更加全面、真實、準確的評價。終結性評價和過程性評價，所占比例各為50%。過程性評價包括四部分內(nèi)容，課前預習檢測成績10%，各小組討論成績15%，各小組討論自評成績15% ，書面作業(yè)成績10% 。課前預習檢測成績主要是學生課前在線學習情況包括在線預習、觀看在線視頻、完成在線測試、在線討論等；各小組討論成績是課堂小組討論的結果，由小組組長代表本小組在全班發(fā)言，根據(jù)發(fā)言次數(shù)，發(fā)言內(nèi)容的準確度等進行評分；各小組討論自評成績是小組內(nèi)每位學生先自評，再對小組其他成員進行評分，所有小組成員的分數(shù)相加，再進行平均，就是這一位同學的最終得分；書面作業(yè)主要是指學生完成自編輔助學習教材《材料科學基礎學習輔導與習題》的情況，根據(jù)學生完成的數(shù)量和準確度進行評分。終結性評價以期末考試為主，考試題目設置多樣化，適當加入工程實際案例分析題，除了檢驗學生對基本理論、基礎知識的理解和掌握外，還綜合考查學生利用基礎知識分析解決實際問題及綜合應用等能力。

3 結語

煙臺大學“材料科學基礎”課程組基于OBE 教學理念對課程的教學內(nèi)容、教學方式和考核評價進行了嘗試與改革，并取得了明顯的效果。課程建設質(zhì)量的提高是一個永恒的主題，課程團隊將結合高等教育理念的發(fā)展持續(xù)進行課程改革。