新工科背景下以OBE 為導向的無機非金屬材料工程專業課教學探索

周艷艷 劉麗娜 曾繁明

0 前言

隨著我國經濟社會快速發展和產業升級，用人單位對人才綜合素質與實踐創新能力也提出了更高要求。在此背景下提出了強調產出（Outcomes- BasedEducation，OBE）和“新工科”改革以適應新需求，課程作為人才培養的基本單元，是完成新工科建設目標的最關鍵環節之一[1-2]。本文結合我校無機非金屬材料工程專業人才培養實際，以國家級一類特色專業無機非金屬材料工程專業的專業課程為實驗對象，以提高學生的課程學習效果和工程實踐創新能力為目標，以OBE 理念所強調的教學產出為導向，突出“以學生為中心”的理念，采用互動式課堂教學模式、基于PBL（Problem- BasedLearning）的“學思交融”學習模式[3-4]，以及強調過程性學習的課程考核激勵模式等進行綜合改革與建設，加強新工科背景下人才培養質量的過程化形成機制探索與實踐。

1 以O B E 為導向的課程改進嘗試

OBE 是指，教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。基于OBE 強調的核心問題，在講授無機非金屬材料專業課程時進行了如下的課程教學改革的嘗試。

1.1 讓學生了解該課程要取得的學習成果和專業背景

首先在課程講授之前，告知學生課程教學要使學生取得什么成果，學生明確了通過這門課的學習應該有那些收獲，在專業基礎和技能上獲得哪方面的提高，避免了以往學生被動和茫然地完成了學習過程和考試過程，卻不知道為什么開設和學習這門課的弊端。

然后讓學生了解要達成這樣一個成果的背景。從無機非金屬材料工程專業特色背景看，長春理工大學是吉林省、國家國防科技工業局、長春市共建院校，“中西部高校基礎能力建設工程”院校，吉林省重點大學，享有“中國光學英才搖籃”的美譽，材料科學與工程學科歷史久遠，早在1958年建校初期，設置了國內唯一的以光學玻璃為主的光學材料專業。從社會需求看，光學玻璃特色方向以光學技術和光電子技術發展為需求背景，面向科學技術和國民經濟發展和國防應用，立足于新品種開發和工藝研究。使學生能夠站在大的學科背景和社會需求背景下，對學習內容及要求有了更明確清晰的認識，學生明確了學習的目的，提高了學生學習的熱情和主動性。

1.2 探索幫助學生有效地取得這些學習成果的途徑

1.2.1 采用以目標為導向的課程教學思路

設定以課程目標為導向的課程教學思路。以《玻璃化學》課程為例，學生了解了課程將要學習哪些主要內容和每部分重點要掌握的知識后，結合實際科研內容讓學生清楚這門課完成后可以具備什么樣的能力，比如把研究玻璃組成對稀土發光影響的過程中得到了一系列組成現象分享給學生，大部分學生都能從圖中看出B2O3的含量變化影響了稀土離子的發光強度，但是為什么會有這樣的變化，就涉及本課程的核心內容即玻璃的結構組成發生了變化從而使玻璃的性能發生變化，那么隨B2O3含量變化玻璃結構發生了怎樣的變化，基于什么原理，學習完課程就會找到答案，這樣就激發了學生的好奇心和求知欲。

同時精選了幾篇與本課程的知識點關聯度較大的前沿學術研究文獻，布置了貫穿整個教學過程所涉及課程知識點的綜合作業，作業的設計包括幾個主要組成部分，一、找出課程中每個章節的知識點在文獻中的應用之處，二、指出該應用所涉及的玻璃化學原理；三、提出自己對該文獻所研究的玻璃在組成或性能上的改進建議。以光子學報這篇《BaO 或La2O3替代Al2O3對Ce3+摻雜SiO2- B2O3- Al2O3- Gd2O3玻璃光譜性能的影響》文獻為例，課程學習之前，同學們基本上都看不懂文獻研究的內容是什么、出現的現象是什么、為什么這樣，課程結束時不少同學不但能讀懂文獻，還能有自己的分析與判斷，有的學生還能提出自己對問題的見解。

比如文中這句話“隨著BaO 取代Al2O3量的增加，玻璃的發光強度和吸收邊在取代量為摩爾分數10%左右時出現極值，產生這種現象的原因可能是由于BaO 作為一種堿土金屬，堿土金屬摻入硼硅酸鹽玻璃中會導致B 的周圍的配位數發生變化，當BaO 取代Al2O3后，低取代量時導致玻璃中的BO3轉變為BO4，減少玻璃中的非橋氧，高取代量時導致玻璃中的BO4轉變為BO3，增加玻璃中的非橋氧，由此使得Ce3+的次近鄰環境產生了變化”。即有玻璃組成變化對性質影響描述，又有涉及了組成對結構的影響原理。學完課程后，學生們不但讀懂了，而且還做了非常深入的解讀“一方面BaO 屬于網絡外體氧化物，取代Al2O3后，其中的氧離子會擺脫Ba2+的束縛，變為游離氧，低取代量時使得BO3轉變為BO4，高取代量時又轉變回去，由于堿土金屬氧化物繼續增加后，BaO 所提供的游離氧不足，玻璃網絡中的BO4轉變為BO3。這一現象的產生造成的影響就是玻璃體中的非橋氧與橋氧含量變化，這一變化影響了發光活化劑Ce3+的周邊環境基質，從而影響了Ce3+的4f- 5d 能級躍遷，最終表現出來就是玻璃的發光強度和吸收邊出現了一個極值。這主要也是由于玻璃中含有B3+的緣故，這就是我們常說的硼反常現象”，這說明這種教學改革嘗試不但使學生能掌握和運用課程的基本原理去分析問題，還初步形成了創新思維模式。

1.2.2 提升課堂上的學習效率

構建起基于PBL（問題導向）的學習模式，授課過程中通過與學生交流互動的方式引發學生對知識難點關注與興趣，課后的學習拓展與探究式研討和課后作業等途徑，現在的大學高年級學生處于考研與就業的雙重焦慮期，普遍對上課缺乏熱情，存在著教師講課和學生聽課的投入不對等的情況，針對此現象，采用了課前的提問環節對前次課程的主要內容進行回顧和對即將講授的新知識進行問題導引，授課過程中通過與學生交流互動的方式引發學生對知識難點關注與興趣，課后的學習拓展與探究式研討和課后作業等途徑，幾次課下來，絕大部分學生都能對上一次課的主要內容有較好得理解與記憶，每堂課學生都能把精力集中在課堂上，課堂提問也能出現難得的爭搶發言。

1.2.3 強化過程考核的方式提升課堂上的學習效率

在考核環節強調課程學習過程中的考核激勵模式，基于對課堂教學環節和質量影響要素的分解，從考勤、聽課狀態、課堂師生互動表現、文獻綜述報告、課后作業、期末考試等環節綜合評價，形成強調過程的課程學習考核激勵模式，調動學生對學習過程的參與熱情，改變了一些學生不重視平時課堂學習，單純依靠期末突擊式復習應付考試的不良習慣，進而提升了學習質量。

1.3 教學效果學生信息反饋

從學生反饋回來的信息看，通過以上教學環節的改革嘗試，開闊了學生的眼界，把課程與科學研究和實際應用之間聯系在一起，通過科技文獻的閱讀也對玻璃性質分析和結構的探究提供了比較好的思路。一方面拓寬了思路，另一方面，也有助于了解玻璃行業的最新技術和思想，培養了創新思維。

2 結論

為了適應國家新工科發展戰略，遵循立足于自身的光學材料特色專業的優勢，堅持應對變化、塑造未來的發展理念，遵循繼承與創新、交叉與融合、協調與共享的原則。培養新興產業和新經濟需要工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才，使其具有較強的自主學習自主創新能力、引領新經濟發展能力等能力，教育教學改革的路還很長。通過以上的教學實踐證明在新工科的建設中無機非金屬材料工程專業，專業課程采用以OBE 理念所強調的教學產出導向，突出“以學生為中心”的理念，在基于PBL 的“學思交融”學習模式下進行教學改革，能夠有效提升課程教學效果，為保障和提升人才培養質量尋求到一條可行的途徑。