基于OBE理念的材料類專業基礎課教學改革與實踐

劉敬肖 史非 姜淑文 張晶晶 劉素花

摘? 要：在工程教育專業認證背景下，基于成果導向（OBE）理念的課程教學改革勢在必行。文章針對材料類專業基礎課，以無機材料科學基礎課程為例，基于OBE理念對材料類專業基礎課的教學內容和教學模式進行了研究及探索，通過在課堂教學中引入科研案例和思政元素，提高學生對專業的學習興趣和學習動力，建立了以科研案例為引導的研討式教學及線上線下混合式教學模式，為培養學生成為綜合素質高、工程實踐和創新能力強的應用型人才提供了指導。

關鍵詞：材料類專業;無機材料科學基礎;OBE理念;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）11-0110-05

Abstract： Under the background of engineering education professional certification， the curriculum teaching reform based on the idea of OBE is imperative. In this paper， aiming at theprofessional basic courses of materials， taking the course Fundamentals of Inorganic Materials Science as an example， the teaching content and teaching mode of basic courses of materials specialty based on OBE concept are studied and explored. Through introducing scientific research cases and ideological and political elements intoclassroom teaching， improve students' interest in learning and learning motivation. The research/discussion and online/offline hybrid teaching mode guided by scientific research cases are established， which provides guidance for students to become applied talents with high comprehensive quality， strong engineering practice and innovation ability.

Keywords： materials specialty; fundamental of inorganic materials science; OBE concept; teaching reform

前言

在工程教育專業認證背景下，成果導向教育（Outcome based education，簡稱OBE）的理念和要求為高等學校工科專業建設指明了方向。工程教育專業認證遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心和持續改進。其中，成果導向教育（Outcome based education，簡稱OBE）理念強調4個方面的問題：想讓學生取得的學習成果是什么？為什么要讓學生取得這樣的學習成果？如何有效地幫助學生取得這些學習成果？如何知道學生已經取得了這些學習成果？《材料類專業工程認證標準》提出，無機非金屬材料工程專業學科基礎課程應包含：材料科學基礎，材料工程基礎，材料研究方法與測試技術，無機材料性能，無機非金屬材料工藝學，無機非金屬材料生產設備等知識領域。

“無機材料科學基礎”作為無機非金屬材料工程專業的主干課程和專業核心基礎課，在無機非金屬材料工程領域創新和應用型人才培養過程中起著舉足輕重的作用，因此，在工程教育專業認證背景下，基于OBE理念，對“無機材料科學基礎”課程教學內容和教學模式進行改革和探索研究具有重要意義。

一、以工程實踐案例為引領、滲透思政意識的課堂教學內容改革

首先，基于OBE理念，重新審視課程教學大綱和課堂教學內容，力爭在課堂教學中引入工程實踐案例，滲透思政信息，激發學生學習興趣和學習動力，促進學生思考，提高其分析問題能力和為祖國繁榮富強努力學習的強大決心。無機材料科學基礎教學內容可歸納為三個大的模塊：1. 無機材料微觀結構模塊：主要內容為晶體結構、結構缺陷、固溶體等;2. 無機材料表面界面模塊：主要內容為固體表面與界面、膠體化學原理;3. 無機材料熱力學和動力學模塊：主要內容為熔體、相平衡、擴散、相變、固相反應和燒結等基礎理論。三個模塊的相關基礎理論知識相互融合，在無機功能材料的組分設計、結構調控和制備過程中發揮著重要作用。通過學習，學生應在掌握三個大模塊的內在和相互之間關系理論基礎上，在無機非金屬材料的生產、研究和開發中能夠發揮較強的分析問題和解決工程實際問題的能力。

在以前的傳統教學中，教學內容通常以教材為中心，教學內容和教學活動容易受到教材和教學大綱的束縛，且教學內容與工程實踐案例結合很少，缺乏創新性。早些年畢業的大學生在回顧起“無機材料科學基礎”（原名無機材料物理化學）課程的學習時，普遍認為該課程具有理論強、抽象難懂、不易理解的特點。如果課堂教學不能充分體現出課程內容在指導實際生產、科研實踐中的重要性，那么就會在很大程度上影響學生的學習積極性，甚至造成部分學生感覺課程枯燥、不愿學、學不進去或為了考試死記硬背知識點的現象。

在工程教育專業認證背景下，OBE理念促使課組教師重新思考和改革課程教學內容，重要舉措之一就是將科研實踐案例引入到課堂教學內容中，使原來抽象難懂、枯燥的理論教學轉變為生動具體的理論/實踐高度融合的以工程實踐案例為引領的案例式教學;并且，通過滲透思政信息，培養學生的愛國情懷、學習興趣和學習動力。教師通過幻燈片和視頻展示科研成果，介紹相關材料制備基本原理、關鍵技術及其在各行業應用的典型案例，激發學生科研興趣。實踐表明，通過引入生動具體的工程實踐案例，把生產和科研實踐中的實際問題帶到教學中，容易吸引學生的注意力，激起學生聽課過程中的思考和分析，使教學中原本枯燥的理論和原理進入學生頭腦，并使學生了解無機材料的最新進展，了解完成高水平科研項目所需要的綜合理論知識結構和工程實踐能力，促使學生產生很強的學習欲望。在課堂教學中，教師針對現實工程問題與學生一起討論、分析，探討解決問題的對策，并通過介紹國內外著名專家、學者和對比國內外相關領域發展現狀，間接滲透思政意識，不僅會讓學生感覺課程理論知識如此重要，產生必須要學好課程的強烈愿望，而且，還會促使學生思考，提高學生在愛國熱情驅動下的分析問題能力和學習動力。例如，在講到相變章節中的“二級相變”及“居里溫度”等相關理論知識時，引入教師在有關“熱敏陶瓷”的科研項目研究過程中遇到的問題和事例，并通過介紹“居里夫人”和“居里”科學家的科學實驗事例和追求科學的獻身精神，使學生對二級相變的內涵、“居里溫度”含義和科學鉆研精神有了更深層次的理解。在講到相變章節中析晶過程相關理論時，引入教師在科研項目“牙齒修復用二硅酸鋰玻璃陶瓷”的研究成果，用以幫助學生理解“析晶過程中成核、晶體生長過程”相關理論及其在指導特種功能微晶玻璃實際生產科研中的重要作用;當介紹到當前國內牙齒修復材料市場被國外進口的二硅酸鋰產品所壟斷、急需國人研發出具有自主知識產權的二硅酸鋰修復材料時，同學們表現出強大的學習動力和趕超國外技術的強大決心。

在教學改革與實踐中，將科研案例引入到課程每個章節的課堂教學中，并適當滲透思政意識，會在極大程度上提高學生的學習興趣和學習動力。目前，“無機材料科學基礎”已針對每個章節的理論知識準備了對應的相關科研案例和思政信息，表1列舉了無機材料科學基礎三大模塊、基礎理論知識點及其對應的科研案例和思政信息元素匯總表。在高度融合科研案例、滲透思政意識的教學過程中，教師對課程理論知識的講解會更加生動和深刻，這不僅會促使學生的學習積極性和學習動力提高，而且，還會幫助學生掌握了解一些材料領域的前沿課題和著名專家學者在科學上所做出的重要貢獻，從而使學生更加深刻地理解課程基礎理論知識，并認識到專業基礎理論知識在科技發展前沿領域——無機功能新材料研究和開發中的重要支撐作用。

二、以學生為中心的研討式教學模式

工程教育專業認證特別強調以學生為中心的教學模式，注重學生學到了什么，強調研究型教學模式而不是灌輸型教學模式。

“無機材料科學基礎”圍繞無機材料“制備——結構——性能和使用效能”之間的相互關系，主要講授無機非金屬材料工程專業領域內各種物理化學過程的變化及共性規律，目標是讓學生在深入理解無機非金屬材料“組成、結構、制備和性能”之間的相互關系和變化規律基礎上，培養學生分析問題和解決實際工程問題的能力，為學生畢業后從事無機非金屬材料等工科領域的研究和生產奠定理論基礎，使學生具備解決工程實踐問題的能力和素養品質。

在工程教育專業認證背景下，“無機材料科學基礎”課程以“學生學什么、怎么學和學得怎么樣”為導向，在教學改革中始終把學生置于核心地位，不但在教學內容設置方面以學生為中心，而且在教學模式上更加注重把學生置于整個教學過程的核心地位，圍繞學生培養目標、學習過程和學習效果進行教學模式的探索和研究。在教學過程中，圍繞課程理論知識，堅持通過課堂討論加深學生對基礎理論知識的理解。在講授每個章節的關鍵知識點時，教師會布置相關的題目，讓學生課下去查閱相關資料，同時，老師會提供一些典型的科研案例作為示范，在老師的引領和指導下，學生逐漸學會自己去查閱和總結相關的工程實踐案例，并學會用課程理論知識去分析工程實踐案例中的相關問題，最后歸納出課程知識點在科研案例中的具體應用有哪些。課堂上采取學生分組匯報和討論方式讓同學們對每一個科研案例進行研討，研討過程中鼓勵小組之間和組內同學互相提問題，同學之間相互對科研案例內容、案例講解和研討質量給予評價和評分，通過這種分組研討的方式，極大地調動了學生的學習主動性，有的學生甚至在研討后，會向老師提出想去實驗室做點與所討論的科研案例相關的實驗;還有的同學甚至在科研案例基礎上會受到啟發，想出一個新的大學生創新創業項目，或在正在進行的大學生創新創業項目基礎上產生新的實驗思路和創新思想。

以學生為中心的科研案例研討型教學模式，極大地調動了學生的學習積極性和科研熱情。由于每一個科研案例涉及的材料或產品研發過程中用到了多方面的專業理論知識，因此，科研案例研討式教學不僅會讓學生重新溫習“無機材料科學基礎”課程中的多個章節的理論知識，而且還會溫習一些基礎課（如無機與分析化學、物理化學等）中的理論知識，并起到與其它專業課程（如無機材料分析方法、材料制備原理、玻璃工藝學、陶瓷工藝學等）中的相關理論知識的銜接作用。在分組準備、課堂討論和科研案例研討過程中，學生不僅加深了課程理論知識的理解，學會了文獻檢索、文獻閱讀和總結、PPT制作技能;而且，學生的自學能力、分析問題、解決實踐問題的能力會得到大幅度提高;此外，還在極大程度上培養了學生的科學鉆研精神、創新意識和團隊合作能力。

圖1為科研案例“熱敏陶瓷研究課題”研究過程中用到的無機材料科學基礎課程中的相關理論知識以及與其它相關課程銜接的思維導圖。近年來，在工程教育專業認證背景下，基于OBE理念的科研案例研討式教學逐步成為“無機材料科學基礎”課程的主要教學方式之一，通過科研案例研討式教學，學生收獲了課程理論知識，學會了文獻檢索和閱讀、總結，提高了自學能力、表達能力和分析問題能力，培養了學生創新意識和團隊合作精神。多年的實踐表明，以學生為中心的案例研討式教學是提高學生學習效果和成果的有效教學模式。

三、利用網絡課程資源和線上輔助教學進一步提升學生學習效果

受疫情影響，2020年春季學期各高校不得不實行線上網絡教學模式，線上教學雖然是疫情期間的無奈之舉，但在很大程度上促進了網絡課程的建設。在疫情期間線上教學的大背景下，課組教師在學校教務處提供的各種教學資源和網絡教學平臺的支持下，對“無機材料科學基礎”網絡課程進行了進一步的建設，具體建設體現在以下幾個方面：1. 進一步完善了教學課件，充實了參考教材和相關的科研案例資料;2. 錄制了微課視頻，方便學生遠程學習課程;3. 通過課堂測驗、課下作業、線上討論、線上考試等多種形式促進學生對課程理論知識的理解;4. 通過布置作業和發布討論話題方式，引導學生課下查閱相關科研案例并發布到討論空間和作業中，培養其自學能力、文獻總結和分析問題的能力。

通過一個學期的網絡教學發現，網絡教學雖然不能與學生面對面進行教學和討論，但在培養學生自主學習能力和擴展學生知識領域方面具有其獨特的優點，具體表現在以下方面：

1. 豐富的網絡課程資源有助于拓展學生的知識面。教師在網絡課程中上傳了大量的教學資源，包括教學參考書、科研案例相關文獻、課件和其他高校的相關課程視頻資源，這些教學資源會在極大程度上提高學生的學習興趣和拓展學生的知識面。

2. 網絡課程有助于學生預習、自主學習和課后復習。網絡課程中教師錄制的視頻和課件能夠方便學生多次觀看和回放學習，對學生理解課程理論知識具有很大的幫助作用。

3. 線上測驗使學業考核評價更加公開、高效和激勵學生。每次網絡課堂中，教師均會規定觀看視頻和課件的學習時間，并在觀看視頻和學習課件即將結束時發放3-6個客觀題，進入課堂測驗環節，目的是通過一些選擇題或填空題等簡單的客觀評價題來檢驗學生的學習效果，教師在手機學習通或電腦端網絡課程界面能夠隨時查看每位學生對測驗題的答題情況，學生答完題后也能夠馬上知道答題結果是否正確，這種課堂線上測驗方式極大地促進了學生的自主學習，因為如果沒有仔細認真地觀看視頻和學習課件，題目是答不出來的，因而線上課堂小測驗環節大大提升了學生的學習效果。一般來說，課堂測驗題目多為選擇題或填空題型，題目表面上看似簡單，但均涉及到課程中比較重要和難懂的知識點，學生如果沒有仔細觀看視頻和學習課件是很難答題準確的。

4. 線上討論不受時間限制，隨時隨地可以進行，極大地促進了學生的自主學習興趣和動力，提升了學生學習效果。網絡教學中，教師發布和布置了若干個有關課程理論知識與實踐相結合的討論話題和作業，其中一個作業要求全體學生必須完成的題目為“根據課程中的擴散、相變、固相反應和燒結等相關基礎理論知識，查閱相關文獻資料，選擇代表性文獻和科研案例，進行總結，制作成PPT，作為作業提交到網絡課程中”。令老師感到驚喜的是，同學們對完成討論作業表現出了極大的熱情，每位同學都查閱了與課程理論知識非常相關的科研案例文獻，并對其進行了總結，且對課程知識點在該科研案例中的應用進行了總結。全體同學制作了清晰、生動的PPT，甚至個別同學錄制了講解視頻，老師也將學生錄制的視頻上傳到了網絡課程中，供全體同學學習，收到了很好的學習效果。

總之，“無機材料科學基礎”網絡課程建設對線上教學起到了極大的促進作用，與傳統的教學方式相比，網路教學在培養學生學習能力、拓展學生知識面和考核學生學習效果方面表現出其獨特的優越性。在教學內容改革基礎上，線上線下混合式教學模式將是無機材料科學基礎下一步重點建設和改革的內容。

四、結束語

在工程教育專業認證背景下，材料類專業基礎課應以“學生學什么、怎么學、學得怎么樣”為導向，基于OBE理念，把學生置于整個教學改革關注的核心地位。通過在課堂教學內容中引入科研案例和滲透思政信息，提高學生的學習興趣和學習動力，激發學生的學習熱情，調動學生的學習積極性、主動性、獨立性和鉆研精神，促使學生產生想學好的欲望和要學好的決心。通過與科研案例相結合的課堂研討式教學，培養學生自主查閱行業相關信息、自主總結、主動思考的學習態度和學習習慣，通過課堂研討，培養學生的創新意識和鉆研精神，提高學生的表達能力和分析問題解決問題能力，這是本課程的一大亮點。通過線上線下混合式教學，進一步擴展學生的知識領域，培養學生的自主學習能力;充分發揮線上線下混合式教學的優點，實現最優的教學模式，達到最大的學習成果輸出效率，為祖國繁榮富強培養出綜合能力強、實踐能力突出和創新意識強的優秀人才。

此外，基于OBE理念的無機材料科學基礎教學模式打破了課程之間的壁壘，強化了課程之間的聯系性。在課程教學過程中，時刻注意圍繞材料制備技術——微觀結構——性能和使用效能之間的主鏈關系，引導學生針對某一課題，以達到最優性能和使用效能為目標，將相關課程基礎理論知識進行鏈條總結，在串聯課程（縱向）和課程群（橫向）基礎上，掌握廣度更廣和深度更深的專業基礎理論知識，為畢業后走向工作崗位奠定堅實的專業基礎理論技術體系基礎。

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