基于OBE 理念在“納米材料及應用”教學中的作用體現＊

許成群，范東華，楊為家，梁 平，陳修文，劉曉露

（五邑大學應用物理與材料學院，廣東 江門 529020）

1 背景

納米材料作為材料研究的熱點，一直是教學和科研工作者廣泛關注的對象。人們甚至認為納米技術將引導第四次工業革命[1]。五邑大學應用物理與材料學院為材料科學與工程專業本科學生開設了“納米材料及應用”課程，旨在通過對納米材料及結構的理論學習和其應用的介紹，培養學生的科學思維模式和材料的綜合分析能力。然而在近來的教學中，逐漸發現傳統傳授式教學，學生興趣低下，知識及技能的接受效率較低，難以用所學到的納米材料方面的基本原理分析解決相關科學研究問題。

同時，結合當前學院該專業本科生畢業論文多涉及納米材料基本原理及其應用，但學生對材料特性了解不足，以及在課題研究中缺乏獨立思考和解決問題的能力。本文通過對“納米材料及應用”這門課程進行教學改革，使得學生們在知識積累的同時，培養其自主發現問題、解決問題的能力和思維模式，也可為學生畢業論文設計的順利完成和進一步深造學習打下基礎。

OBE（Outcome-based Education）教育理念由SPADY在1981 年提出[2]，當前已成為美國、加拿大、英國等國家的主流教育改革理念。該教學理念強調以學生為中心，成果產出為導向，持續改進[3-4]。注重學生通過課程學習后，能有效獲得知識和技能。而對于教師在整個的教學過程中，應對教學內容不斷進行優化，并借助各種教學手段和方法以達到激發學生自主學習的目的?；谠摻逃砟?，文章提出對“納米材料及應用”課程進行設計建設，主要從教學內容、形式及考核評價體系等方面，探討該課程的教學改革。

2 課程設計

2.1 合理安排教學內容

當前“納米材料及應用”主要授課內容包含：緒論（第一章）、納米微粒的基本理論與物理性能（第二章）、納米微粒的化學特性（第三章）、納米結構單元（第四章）和納米復合材料（第五章）。結合OBE 教學理念，將進行以下教學內容的優化。

第一章對納米材料的研究背景及意義進行了介紹，旨在引導學生在對納米材料及應用初步了解的同時，激發學生的學習興趣。然而就當前的教學課件來看，部分舉例內容過于陳舊，難以激發學生的興趣。應適當加大近年來納米材料的創新和發現舉例，甚至多引用一些與學生日常生活緊密相關的內容。這樣的課程設置，有助于調動學生的學習熱情，為本課程樹立一個良好的開端。此外，在授課的過程中，引入思政課程的內容，可逐漸提高學生的思想水平、文化素養和政治覺悟，落實立德樹人的根本任務，促進學生全面發展。

第二章和第三章內容主要涉及納米材料的基本理論原理及其物理、化學特性。由于該部分內容多為知識性記憶內容，較為枯燥。從往常的教學效果來看，學生學習興趣泛泛，效果低下。應在課堂講授過程中，引入與所授原理、物理和化學特性相關的且有代表性的日常生活案例或通過查詢文獻，引入近年來已發表的權威論文，詳細講解其中涉及的納米材料原理和性能部分。同時，考慮到本學院教師，絕大部分從事相關科學研究工作，教師可有意識地引入與自身相關的科學研究案例，使學生能夠更深層次、貼切地理解課堂所授內容。引導學生思考，達到理論知識與現實案例相結合和鍛煉學生科學研究思維的目的，為后期畢業設計論文的完成提供支撐。

第四章和第五章主要介紹了納米結構單元和納米復合材料的分類、常規制備方法以及應用。從往常的教學情況來看，學生對知識的接受程度，與學生對該知識點的精力投入和運用程度緊密相關。因而，在教學的同時，增設翻轉課堂。學生以小組形式，課下通過查詢相關本部分內容的科學研究學術論文。通過詳細閱讀、制作PPT、課堂講授和學生教師提問等方式，增加學生的課堂參與感和團隊協作能力，增強學生知識及技能的接受效率，進一步深化其科研邏輯思維，為畢業論文做準備。

考慮到開展畢業論文設計過程中，學生對材料制備、儀器測試、表征較陌生，動手能力較差的問題?？稍鲈O納米材料實驗合成及相關儀器表征內容。課堂講授當前實驗室所具備的科研條件，要求學生通過簡單的水熱法制備形貌各異的納米材料，如納米線、納米球、納米棒、納米片等。學生以小組形式，通過查詢文獻，確定方案，提交教師審核并給出意見，最終開展實驗。部分實驗儀器常有專人負責材料測試表征，可由教師介紹講解該測試表征的原理、用途。綜合上述部分，學生可最終寫出實驗總結報告。

2.2 優化教學方式和評價體系

針對當前傳授式教學方式，難以激發學生學習興趣的特點，授課方式可多樣化。根據授課內容，授課方式可采用教師課堂PPT 講授，設置翻轉課堂，增加實驗實踐課。同時結合提問式、討論式、研究式等多種教學模式，引導學生積極地參與到課程的學習中，以學生自己為中心，自主學習、主動思考?？紤]到當前的信息化時代，學生通過互聯網可以簡單快捷獲取專業信息。因此，可以介紹部分網站（如學術論文查詢網站：熊貓學術、web of science、sci-hub 等）和公眾平臺（納米人、小木蟲等），方便學生課下查詢資料。此外，各種慕課、云課堂也可以成為學生課下較好的學習資源。對于課程考核來說，建立有效的教學評價體系，對教學過程實施有著積極的推動作用。然而傳統的教學評價常采用試卷或課程論文，評價形式過于單一，忽略了教學過程中各階段的評價和學生個體的能力差異。根據OBE 以學習成果為導向的教學理念，應采用多元化的評價體系。對于本課程學生掌握的知識、技能以及養成的科學素養的考核，可通過以下方式：①課堂隨機的提問，了解學生對基本原理掌握的情況；②翻轉課堂上，學生以小組形式，查詢文獻資料，演講PPT和對所提問題應答的表現；③實驗實踐課中，學生通過查詢文獻資料，設計實驗方案，展示實驗結果以及最終得出實驗報告內容。最后的期末成績將采取平時成績30%+翻轉課堂PPT 展示表現30%+實驗課過程表現及實驗報告情況40%。使得教學評價貫穿于整個教學過程中。在這樣的評價模式下，學生很難畢其功于某次考試，而忽視了平時的課堂積累。轉而需要把精力放在每次的課程安排上，確實讓學生在整個的教學過程中，感受到自身知識、技能和科學素養的提升。

3 效果與思考

本教學改革已試行一年。經過一年的引導實施，學生課堂表現積極、思維活躍。其他任課教師也反映學生的動手能力和科研思維能力有所提升。此外，學生參與教師科研項目、科研競賽人數顯著提升。可以預期學生以后完成畢業設計的能力將顯著提升。后期將對該部分學生進行問卷調查報告，收集其對該門課程的意見和建議，進而進一步規劃改革，持續推進該門課程的發展，為學生的學習以及畢業論文的順利完成服務。

4 結論

掌握納米材料的基本原理及能將基本原理運用到相關簡單的科學研究中，是該門課程最重要的目標。OBE 是當今世界廣泛認可的先進教育理念。在該理念的指導下，本文通過合理安排課程內容，優化教學方式和課程評價體系。在教學的過程中，極大地激發了學生的學習熱情，培養學生自主查閱文獻，善于發現問題，努力解決問題的科學研究的思維能力，將為將來畢業設計論文順利完成打下基礎。