基于課程目標的無機材料工藝實驗課程教學模式改革

唐鑫垚，李曉生，林蔚，王超會，張永

基于課程目標的無機材料工藝實驗課程教學模式改革

唐鑫垚，李曉生，林蔚，王超會，張永

（齊齊哈爾大學 材料科學與工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

為有效支撐工程教育認證通用標準中提出的畢業要求指標觀測點，無機材料工藝實驗課程基于對學生知識、能力和情感方面的培養目標設立了新的課程目標．為有效達成課程目標，針對改革前實驗教學模式中存在的問題，設計、建立并實踐了基于課程目標的實驗教學模式．相比于改革前實驗教學模式，改革后實驗教學模式可有效提高學生的自主學習能力、創新能力、團隊協作能力，以及解決工程技術問題的能力．

無機材料工藝；工程教育；課程目標；教學模式

隨著我國“一帶一路”“中國制造2025”等重大項目的不斷推進，對于工程技術人才的需求不斷增加，同時也對工程技術人才的實踐能力、創新能力和國際競爭能力提出了更高的要求[1-2]．為促進我國高校畢業生學歷學位和工程師資質與國際高校之間的互認，中國工程教育認證協會構建了我國工程教育專業認證體系，制定了工程教育認證通用標準，并不斷加快工程認證工作的推進速度[3-5]．工程教育認證通用標準中明確提出了12條畢業要求指標觀測點，畢業要求指標觀測點的達成需由課程目標來支持[6]．

無機材料工藝實驗課程是無機非金屬材料專業最重要的實驗必修課之一，是提高學生深入理解無機材料工藝學知識，提高實際動手能力，學會分析實驗現象和解決實際問題的主要課程之一．開展基于課程目標的教學模式的改革與實踐可以促進課程目標達成，實現對畢業要求的有效支撐．

1　無機材料工藝實驗課程目標

無機材料工藝實驗課程需支撐畢業要求第4條“研究”中的部分分解指標點和畢業要求第9條“個人與團隊”中的部分分解指標點[7-8]．課程目標中有關的知識目標、能力目標和情感目標[9]見表1．

表1　無機材料工藝實驗課程目標

以坯體燒結性能的測定實驗為例，需要通過實驗課教學活動使學生掌握燒結溫度與燒結溫度范圍的測定原理和測定方法，達成知識目標；通過設計坯體配方、計算理論燒結溫度、測試并分析燒結過程的溫度數據，使學生了解影響燒結溫度與燒結溫度范圍的復雜因素，達成能力目標；通過對實驗結果進行討論，使學生明確燒結溫度與燒結溫度范圍對陶瓷生產的實際意義，達成能力目標和情感目標；在教學過程中強調如實記錄實驗數據的重要性，通過數據分析使學生理解實驗結果對節能降耗的影響，達成課程思政目標．

2　基于課程目標的教學模式建立

2.1　改革前的教學模式

改革前的實驗課教學模式，需要學生課前預習實驗并提交預習報告．課堂上教師講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、數據記錄及注意事項，然后由學生分組合作完成實驗操作并記錄實驗數據．課后學生完成數據處理與分析，并上交實驗報告．而考核方式主要由實驗指導教師通過評價學生預習報告情況、實驗表現情況和實驗報告撰寫情況給出學生的實驗成績．這種教學模式可能會存在以下問題．

2.1.1預習階段學生主動思考不足學生在預習過程存在抄襲實驗指導書的現象，預習報告缺少個性化，雷同現象突出，學生主動思考不足，不利于培養學生選擇和設計實驗方案的能力，并且教師在課前無法評判學生的預習效果和學習態度．完成實驗預習報告的目的在于培養學生設計實驗，擬定實驗研究路線和實驗方案的能力，因此需要加強預習環節的教學設計．

2.1.2實驗操作階段以學生為中心設計不足實驗階段采用教師講解，學生按要求操作，觀察實驗現象并收集實驗數據的方式進行．在此教學過程中，學生只要認真聽講就可以完成實驗操作內容，很難調動學生的學習熱情與積極性．實驗操作的教學過程不但要讓學生了解實驗原理和實驗步驟，更重要的是使學生具有獨立開展實驗工作的能力，因此需要在教學過程中以學生為中心設計案例和問題，啟發學生積極主動思考，充分調動學生的積極性．

2.1.3實驗報告撰寫階段個性化設計不足由于一些綜合性、設計性實驗缺乏個性化設計，因此導致各組學生的實驗數據與實驗現象相差不大，實驗結果的相似性使學生在分析時比較容易獲得結論，不利于培養學生的獨立思考與創新思維能力．

通過對改革前教學模式的分析可知，需要尋求實驗教學模式的創新，實現課程目標的達成，滿足工程教育認證通用標準中對學生提出的畢業要求．

2.2　基于課程目標教學模式的建立與實踐

基于課程目標的教學模式，教師只講授實驗原理、實驗步驟、實驗數據和結果的影響因素是不能實現全部課程目標的，針對改革前教學模式的問題分析，以課程目標為導向，設計基于課程目標的無機材料工藝實驗課程教學模式（見圖1）．

圖1　基于課程目標的教學模式及課程目標主要達成途徑

改革后的實驗教學模式對教師提出了更多和更高的要求，教師需要在教學內容、教學過程、教學管理等多方面加以設計和改進，保證課程目標的達成，充分體現了以學生為中心的教學理念．

首先，教師對實驗內容的設計應融入工程案例[10-13]．以材料制備的工程案例出發提出問題，引出實驗方案設計，同時講授有關專業知識，這有助于引發學生思考，可以調動學生學習的積極性和主動性，學生只有克服一定的困難才能完成實驗任務，有利于培養學生勤奮學習的素質和責任擔當的素質．

其次，為了提高實驗課堂的學習效率，需要提高學生的預習質量，教師在實驗課前需要錄制微課視頻，高質量的微課視頻可以使學生更直觀、更具體地了解實驗目的、實驗內容、實驗步驟和實驗設備，這對進一步開展實驗方案的設計是有利的．學生設計的實驗方案可能存在一定的不可預測性，所以實驗現象和結果也可能變得相對多樣化，教師需對學生的實驗方案進行分析和點評，并提出改進建議，這一過程的教學教師可通過言傳身教、科學嚴謹的作風影響學生，鼓勵學生用于探索．在實驗課堂上，同組學生需要分別闡述自己確定的實驗方案的依據是什么，討論之后確定最終的實驗方案．在討論過程中，不可避免地會出現不同的意見，如何妥善解決團隊內部分歧就要求學生具有較好的團隊合作意識．實驗課教學完成后，教師需指導學生將實驗數據和結論上傳到課程平臺上，供其他組學生分析討論使用，這一環節跟實驗操作一樣，可以培養學生的團結協作和勇于擔當的素質[14]．

最后，對學生成績的考核應全面，需對學生參與實驗課程的全部環節進行過程考核．記錄學生預習的情況、實驗方案的設計質量、實驗操作的規范性、數據記錄的真實性和完整性、數據處理的科學性、實驗結論表述的合理性、參與討論的積極性等．過程性考核可以科學地評價出學生在知識目標、能力目標、情感目標以及課程思政目標等方面的達成情況[15]．

改革后的教學模式可促進學生轉變學習方式，相比于傳統實驗教學模式，基于課程目標的實驗教學模式對學生獨立思考、設計實驗方案和團隊合作能力的訓練加強了，這可以促進學生更好地達成課程目標，實現畢業要求，有利于培養學生成為解決工程問題的工程師、實驗方案的制定者和驗證者，培養學生的工程技術人員思維方式．

以無機材料工藝實驗課程中坯體的燒結性能實驗為例，實驗預習借助網絡課程平臺，指導教師錄制坯體燒結性能實驗的微課視頻并上傳到課程平臺，微課視頻從陶瓷燒結過程中遇到的開裂和變形等實際問題出發講解原料、工藝參數、工藝流程等對產品質量的影響．給出學生預習過程需要完成的具體任務，如某公司工藝工程師以鉀長石、碳酸鈉和高嶺土為主要原料設計了一種新型坯料，其中鉀長石、碳酸鈉和高嶺土的質量比為4∶1∶1，發現坯體燒結溫度較高，燒結后的坯體中存在大量的閉合性氣孔，且坯體表面凹凸不平，強度降低．學生需適當調整坯料中原料的比例，應用實驗室現有的輔助原料二氧化硅、三氧化二鋁、高嶺土、氧化鎂、碳酸鈉、碳酸鈣等，擬定合理的實驗方案來降低坯體的燒結溫度，減少坯體的氣孔率，使坯體強度提高．學生在明確需解決的工程問題的前提下，可以有目的地學習微課視頻內容，給出不同的實驗方案．預習時需要說明方案中坯料的原料比例應如何調整及原因，坯料中應新加入何種原料及其解決的問題，新配方的坯料可能會存在什么問題，完成實驗預習報告．

實驗課堂上，著重讓學生闡述自己的實驗方案，分析并討論各實驗方案的合理性，指導教師分析點評學生的實驗方案及注意事項，學生按照討論后改進的方案進行實驗，在討論過程中可以培養學生之間的團隊意識和團隊工作能力．實驗操作結束后，學生根據實驗現象、數據和結果，小組討論改進方案是否達成了預定的目標．如達成目標，學生需給出材料制備過程的正確途徑，給出實驗結論．如未達成目標，學生需結合本次實驗分析失敗的原因，寫出反思及改進措施．在這一過程中，可以有效提高學生的分析和總結工程問題能力．

為了加強不同小組之間的學習交流，每組實驗結束后都需將實驗結果上傳到課程平臺，各組學生的實驗數據與結果可以共享，這樣可以提高實驗效率，讓學生可以有更多的數據進行分析，可以獲得更加完善的改進方案，可以讓學生深刻理解工程問題的復雜性，拓展解決工程問題的思路與方法．

3　結語

在“工程教育”背景下，通過基于課程目標的實驗教學模式的建立與實踐，優選工程案例，提出實驗學習目標，可以更好地調動學生學習的主動性．通過實驗方案的設計與討論，可以培養學生分析問題、解決問題及創新的能力．采用網絡課程平臺的微課視頻加強學生的預習指導，可以更好地培養學生自主學習的能力．分組設計不同的實驗方案，各組之間數據交流討論，可以更好地培養學生的團隊協作能力．新的實驗教學模式下，實驗指導教師需要不斷優化教學內容、教學過程和考核方式，只有這樣才能更好地發揮課程目標的導向作用，真正實現課程育人，通過專業課程教學過程培養出可以與國際高校之間互認和競爭的優秀工程技術人才．

[1] 賈保敏，孔維賓．“新工科”背景下應用型本科高校實驗教學探索[J]．福建電腦，2017，33（6）：81，85．

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Reform of inorganic material technology experiment teaching mode based on curriculum objective

TANG Xinyao，LI Xiaosheng，LIN Wei，WANG Chaohui，ZHANG Yong

（School of Materials Science and Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

In order to effectively support the observation points of graduation requirements in the general standards of engineering education certification，the inorganic material technology experiment course has set up new curriculum objectives based on the cultivation objectives of students′ knowledge，ability and emotion．In order to effectively achieve the curriculum objectives，aiming at the problems existing in the experimental teaching mode before the reform，the experimental teaching mode based on curriculum objectives was designed，established and practiced．Compared with the experimental teaching mode before reform，the experimental teaching mode after reform can effectively improve students′ independent learning ability，innovation ability，teamwork ability，and the ability to solve engineering problems．

inorganic material technology；engineering education；curriculum objective；teaching mode

1007-9831（2022）03-0098-04

O613∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.03.021

2021-12-10

齊齊哈爾大學教育科學研究項目（GJZRZX202001）；齊齊哈爾大學2021年校級“課程思政”示范課程建設項目

唐鑫垚（1990-），男，黑龍江齊齊哈爾人，助教，碩士，從事無機非金屬材料研究．E-mail：tangxinyao0105@126.com