OBE 理念在“計算機在材料科學中的應用”中的教學實踐與探索＊

楊為家，何 鑫，陳 梅，張 弛，梁 萍，邱振平，辛 月，范東華

（五邑大學應用物理與材料學院，廣東 江門 529020）

1 背景

在教育部推進“新工科”建設的時代背景下，為滿足國家以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟人才需求，開展傳統工科專業選修課程創新改革，培養動手能力強、具有創新思維和能力的大學生意義重大。成果導向教育（Outcome based education，以下簡稱“OBE”）提出了以成果為導向、以學生為中心、持續改進的工程教育認證三大核心理念[1-2]。OBE 理念貫穿教學的設計、實施和評價三個關鍵環節，始終堅持以成果為導向、以學生為中心和持續改進[3]。應用OBE 理念，探索新時期下高素質人才的培養模式已經成為當前高等教育的一個重要發展趨勢[4]。

五邑大學是由廣東省人民政府于1985 年設立的以工科為主的多科性大學，現為廣東省高水平理工科大學建設高校。學校積極培養思想品德高尚、基礎知識扎實，具有國際化視野、較強實踐能力和創新創業能力，適應地方經濟社會發展需求的高素質應用型人才。五邑大學應用物理與材料學院的材料科學與工程專業以新能源材料與器件為主要培養方向，積極為大灣區建設輸送新能源方向的高素質應用型人才。然而，從往屆的畢業論文調研中發現，學生的論文普遍存在科技繪圖不規范、引文格式錯誤百出、實驗結果分析有待進一步提高等問題。也就是說，學生的計算機專業應用能力和信息綜合能力相對薄弱，有待進一步提高。由往屆畢業生的工作應用能力需求調查統計可知，計算機專業應用能力和信息綜合能力在學生未來的實際工作中扮演了十分重要的角色。因此，有必要針對性地培養學生的計算機專業應用能力和信息綜合能力。“計算機在材料科學中的應用”作為材料科學與工程專業的一門專業選修課，是培養學生的計算機專業應用能力和信息綜合能力的一個良好途徑。

結合當前教育發展形勢和本校及本院的實際情況，筆者積極開展教改工作，探索OBE 理念在“計算機在材料科學中的應用”中的實踐應用。

2 課程設計

項目式教學法是實踐OBE 理念的一種良好方式。針對本院本科學生在畢業論文中暴露的問題，本課程擬分為四個項目：科技繪圖（Origin 軟件）的入門教學、文獻管理軟件（Endnote 或者Note Express）的熟練應用、XRD 分析軟件的入門教學以及三種軟件的簡單綜合訓練。

項目一：科技繪圖（Origin 軟件）的入門教學。以經典案例給學生講解科技作圖的規范和要求；其按常用的科技繪圖需求，分為多數據二維圖、柱形圖、數據擬合、三維圖（簡介）四個小項目進行教學。

項目二：文獻管理軟件（Endnote 或者Note Express）的熟練應用。按文獻的導入、文獻的分組管理、文獻的引用、文獻格式的編制、文獻的導入幾個部分進行教學和分組練習。為了提高學習效果，進行分組教學，鼓勵學生之間相互幫助，共同進步。

項目三：XRD 分析軟件的入門教學。根據材料科學與工程專業的需求，學生能夠利用XRD 對材料進行鑒定。教學內容主要包括數據的導入與導出、尋峰（半高寬）、成分鑒定、晶格常數的確定、晶粒尺寸與殘余應力及位錯密度之間的關系、尋峰報告的導出、PDF 卡片的查找、導出及繪圖。

項目四：三種軟件的簡單綜合訓練。以ZnO 薄膜的XRD測試結果為素材，首先要求學生利用XRD 分析軟件對測試結果進行分析，要求得出的結果包括衍射峰（峰位）、半高寬、晶格常數、晶粒尺寸、殘余應力、位錯密度（做成表格）；利用Origin 將ZnO 的XRD 測試結果繪制成符合規范的數據圖；最后，要求學生對ZnO 的XRD 測試結果進行合理分析與討論，并撰寫成一個簡單的實驗報告，并利用文獻管理軟件按照指定的格式插入恰當的6～10 篇參考文獻，培養學生綜合文獻的能力。

3 實踐與探索

本課程的教學內容都是著重于實際應用的，而且產出成果是比較明確、可以量化的。因而，本課程在OBE 理念的實踐上，具有先天優勢。基于OBE 的理念和本課程的實際情況，筆者提出了如下教學步驟：①明確教學目標——提出項目的具體目標；②素質能力培養——教師演練完成目標所需的技巧；③模仿訓練——學生參照步驟②的技巧，練習完成與教學目標類似的作品或者案例；④成果產出——完成具體的作品（項目），并記錄好完成作品的詳細步驟，以備后面繼續學習和使用；⑤持續改進——教師對學生的作品進行點評，學生完善自己的技巧和作品；⑥同時根據教學效果，優化整個教學環節。

在實際教學過程中，部分學生所采用的軟件版本是最新版，與筆者所采用的存在差異。采用最新版軟件的這部分學生在教師演練環節需要更多的時間去尋找操作圖標，有時候會錯過教師的部分操作環節，因而有少量的學生難以完成作品。針對這一問題，筆者提出了兩種解決方案：以成果產出為導向，要求這部分學生安裝和教師相同版本的軟件，保證教學效果；以學生為中心，引導學生積極參與教學活動——鼓勵已經能夠應用新版本軟件的學生分享自己的成功經驗，通過實操演示或者共享詳細操作流程等方式，幫助有困難的學生完成作品。

4 總結

由問卷調查可知，大部分學生對本課程是比較認可，認為學習本課程后，基本能夠應用所需知識進行科技繪圖、XRD 數據分析和文獻管理；大部分學生的成績在良好及以上。參加課外科技活動的學生感覺收獲很大，處理和分析科研數據的能力得到了較大提高。部分學生反映，課堂練習時間不夠，案例偏少。此外，還發現部分學生對本課程的興趣不高。針對實踐中發現的問題，筆者提出以下改進建議。

課程的開課時間安排在第七學期為宜。畢業論文一般在該學期開始。根據學以致用和利益驅動原則，一旦學生清楚地知道本課程所學內容全部都是對畢業論文有用的“干貨”內容，可以有效提高畢業論文的質量，那么學生的努力程度和積極性就會得到極大提高，與其他學期形成鮮明的對比。

必修課與選修課同時進行。本科生積極參與課外科技活動是本院的一大特色。很多學生從大一就開始從事科研活動。這部分學生急需科研繪圖、XRD 分析以及文獻管理的技巧。允許這部分學生以選修的形式加入必修的班級，提前選修本課程，這樣可以幫助這部分學生更好地發展和成長，促進學院人才培養工作的開展。

積極開展科技繪圖競賽。通過舉辦科技繪圖競賽（除了最后的作品，參賽人員還需要提供詳細的制圖步驟以及視頻），提高學生的學習熱情。同時可以收集更多的教學素材，促進本課程教學質量的提高。