基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》教學(xué)探索

王輔，吳浪，李秀云，李鴻波，代波

（西南科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽）

一 引言

功能材料有幾十大類，十多萬種，且國內(nèi)外每年都有大量新型功能材料問世，發(fā)展非常迅速，新工藝也層出不窮[1]。在國家新興產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下，高校除了與材料相關(guān)的專業(yè)有開設(shè)《功能材料》課程外，功能材料專業(yè)也應(yīng)運(yùn)而生，是國家特設(shè)專業(yè)，也是多學(xué)科領(lǐng)域的跨學(xué)科專業(yè)[2-4]。西南科技大學(xué)于2012 年將材料科學(xué)與工程專業(yè)下的電子信息材料方向發(fā)展為功能材料專業(yè)，并以獨(dú)立專業(yè)的方式招生至今。其專業(yè)特色為以電子信息材料及元器件為特色，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用新材料技術(shù)原理進(jìn)行電子材料與元器件生產(chǎn)、應(yīng)用研發(fā)的能力。開設(shè)該專業(yè)的最初的培養(yǎng)目標(biāo)是：以國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對材料的需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)具有良好的思想品德與人文社會科學(xué)素養(yǎng)，具有堅實的自然科學(xué)基礎(chǔ)和功能材料專業(yè)基礎(chǔ)知識，具備功能材料設(shè)計、制備、性能、應(yīng)用開發(fā)等方面的基本理論和基本技能，具有較強(qiáng)的工程素質(zhì)、實踐能力、溝通交流能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，德智體美勞全面發(fā)展的復(fù)合型高級技術(shù)人才。為了適應(yīng)社會的發(fā)展，根據(jù)基于成果導(dǎo)向教育模式（OBE）理念和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求[5]，功能材料專業(yè)培養(yǎng)方案及課程體系較成立之初有較大的持續(xù)改進(jìn)。其中一個重要方面就是加大培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。鑒于此，近幾年，各高校功能材料專業(yè)在課程體系中增加了《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》這門實踐類課程[4]。

在教學(xué)過程中，課程設(shè)計與工程應(yīng)用結(jié)合最緊密，其課程內(nèi)容和教學(xué)方法就尤為重要[6-7]。在傳統(tǒng)意義上，課程設(shè)計是在一定目標(biāo)要求下，將專業(yè)課程的理論知識內(nèi)容應(yīng)用在具體的工業(yè)實踐中，是高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的重要課程[8-10]。課程設(shè)計的內(nèi)容豐富[7，10，11]，作為一個“年輕”的專業(yè)，各高校在這門課的課程內(nèi)容上各自都有自己的特色和重點，教學(xué)方法和手段也不盡相同，目前還無比較一致的看法。截至2021年，我校功能材料專業(yè)的該課程的課程內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段已經(jīng)歷了兩學(xué)年的實踐探索。本文系統(tǒng)的總結(jié)并探討了該課程在這兩學(xué)年的實踐探索方面的經(jīng)驗和積累，以期能為國內(nèi)開設(shè)功能材料專業(yè)的院校有啟迪與借鑒作用。

二 課程簡介

我校《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》是一門專業(yè)必修實踐類課程，與認(rèn)識實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、課程實驗、綜合實驗和畢業(yè)設(shè)計（論文）共同構(gòu)成專業(yè)教育平臺下的集中實踐環(huán)節(jié)類課程。課程的設(shè)置學(xué)分為1學(xué)分，全部16 學(xué)時均為實踐學(xué)時。其課程目標(biāo)為：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備下列能力：（1） 能夠自主查閱科技論文和相關(guān)資料，綜合運(yùn)用功能材料相關(guān)基礎(chǔ)知識，優(yōu)化設(shè)計制備某種功能材料的方案或優(yōu)化設(shè)計某種功能器件；（2）能夠規(guī)范地編寫設(shè)計說明書，正確分析設(shè)計的可行性，并具有團(tuán)結(jié)協(xié)作意識，分析、總結(jié)問題的能力，具備一定的科學(xué)思維。兩個課程目標(biāo)分別支撐的兩個培養(yǎng)方案指標(biāo)點（知識與能力要求）為：（1）能夠根據(jù)器件應(yīng)用和工程要求進(jìn)行材料優(yōu)化設(shè)計和工藝設(shè)計等，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；（2）能運(yùn)用合適的軟件或理論模擬和預(yù)測材料設(shè)計、制備、生產(chǎn)中的相關(guān)參數(shù)，并能理解模擬和預(yù)測的局限性。對兩個指標(biāo)點的支撐權(quán)重值各為0.2。課程以增強(qiáng)工程意識為出發(fā)點，強(qiáng)化課程思政教育，有效融入課程思政元素，提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，初步能夠設(shè)計滿足特定需求的功能材料及工藝流程，并在設(shè)計過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

三 課程主要內(nèi)容及基本要求

（一） 課程設(shè)計題目的選擇

學(xué)生可以從大綱規(guī)定的題目中選擇一題作為課程設(shè)計的題目；題目也可以自擬，經(jīng)指導(dǎo)教師審核同意后作為課程設(shè)計的題目，一人一題。

在教學(xué)大綱中供學(xué)生選擇的題目有：×××電介質(zhì)陶瓷材料的制備；××× 半導(dǎo)體材料的制備；××× 磁性材料的制備；××× 絕緣材料的制備；××× 導(dǎo)電材料的制備；××× 光電材料的制備；×××陶瓷電容器材料的制備；×××電阻器材料的制備；×××電感器材料的制備和×××電池材料的制備等。以上“×××”代表某類功能材料體系，由學(xué)生結(jié)合大學(xué)階段所學(xué)的專業(yè)知識，根據(jù)自己的興趣自擬，同時企業(yè)導(dǎo)師和本科生導(dǎo)師參與題目的擬定，并全過程指導(dǎo)課程設(shè)計。所有擬定的題目需由指導(dǎo)教師審核和討論后確定。

（二） 課程設(shè)計內(nèi)容

所有課程設(shè)計須包含以下內(nèi)容：所選題目涉及領(lǐng)域的應(yīng)用背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；本課程設(shè)計擬解決的問題及預(yù)期達(dá)到的目的；設(shè)計的方案和總結(jié)。設(shè)計方案需包含以下幾點：（1）選用的原材料及其性狀說明；（2）需運(yùn)用儀器設(shè)備及說明；（3）工藝流程及說明；（4）需采用的成分及微結(jié)構(gòu)分析手段（儀器）及說明；（5）需測試的物理化學(xué)性質(zhì)及測試方法說明。

（三） 課程設(shè)計基本要求

課程設(shè)計采取以學(xué)生自學(xué)、自行查閱資料和設(shè)計方案為主，教師輔導(dǎo)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，完成課程設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的內(nèi)容，并規(guī)范地編寫出課程設(shè)計說明書。課程設(shè)計的基本要求為：（1）查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料、學(xué)位論文及書籍，詳細(xì)了解所選功能材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展方向等；（2）設(shè)計滿足某性能指標(biāo)的該功能材料的制備方案，并畫出設(shè)計制備方案的工藝流程圖；（3）所選材料、工藝參數(shù)要有合理的論證、比較和說明；（4）撰寫《課程設(shè)計》設(shè)計說明書。課程設(shè)計的其他要求為：（1）在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上，確定具體設(shè)計或制備方案要有依據(jù)；（2）繪圖規(guī)范、清晰、整潔、正確；（3）要求與課程設(shè)計有關(guān)的主要參考文獻(xiàn)閱讀數(shù)量不少于10 篇；（4）嚴(yán)格遵守作息時間，按時完成畢業(yè)設(shè)計階段各項工作；（5）按課程設(shè)計撰寫規(guī)范撰寫出完整的課程設(shè)計說明書、并打印提交。

課程設(shè)計說明書的內(nèi)容包括：設(shè)計說明書封面（題目）、任務(wù)書、學(xué)生日志與師生見面情況表、課程設(shè)計考勤表和評語表、成績評分表、摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、總結(jié)和心得體會、致謝和參考文獻(xiàn)。其中正文內(nèi)容至少包括四個章節(jié)（不強(qiáng)制要求章節(jié)按四章劃分，但應(yīng)至少包含以下四章的內(nèi)容）。第一章為緒論，描述所選功能材料的背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、材料結(jié)構(gòu)和性能等基本物理化學(xué)性質(zhì)等以及設(shè)計依據(jù)；第二章為滿足某性能指標(biāo)的功能材料的制備方案設(shè)計，學(xué)生根據(jù)所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，設(shè)計所選功能材料的制備方案，使其能達(dá)到任務(wù)書規(guī)定的性能指標(biāo)，且設(shè)計的制備方案所選原材料、設(shè)備、工藝參數(shù)等都要有合理的論證、比較和說明，有依有據(jù)；第三章為設(shè)計的制備方案的工藝流程圖，要求繪圖規(guī)范、清晰、整潔、正確。第四章為預(yù)期結(jié)果和可行性分析，要求學(xué)生合理分析設(shè)計方案所達(dá)到的預(yù)期結(jié)果，并根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識詳細(xì)地分析其可行性。

四 教學(xué)方法

（一） 教學(xué)過程

教學(xué)采取線上線下結(jié)合的方式進(jìn)行。首先集中為學(xué)生講解課程的基本信息、題目選擇、主要內(nèi)容、基本要求和成績評定方式等，并建立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺（如釘釘班級群），給予學(xué)生一周左右的時間選題，確定好題目后，通過學(xué)習(xí)平臺發(fā)給指導(dǎo)教師審核，審核通過后企業(yè)導(dǎo)師、本科生導(dǎo)師和指導(dǎo)教師共同下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，任務(wù)書的內(nèi)容至少包括：（1）查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，詳細(xì)了解所選功能材料的背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀；（2）介紹所選功能材料的研究背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀，并詳細(xì)比較幾種制備該功能材料的原料選擇、制備方法、配方改進(jìn)或性能優(yōu)化方法的優(yōu)缺點，確定達(dá)到的性能指標(biāo)；（3）設(shè)計出合理的滿足規(guī)定性能指標(biāo)的該功能材料的制備方案；（4）畫出制備的詳細(xì)的設(shè)計工藝流程圖；（5）分析設(shè)計方案的可行性，并寫出總結(jié)及心得體會。任務(wù)書確定后，開始計算課程設(shè)計的課時，進(jìn)入課程設(shè)計內(nèi)容。在學(xué)生做課程設(shè)計的整個過程中，要求企業(yè)導(dǎo)師和本科生導(dǎo)師全程參與。此外，指導(dǎo)教師選定一個場所，作為答疑地點。學(xué)生遇到任何問題，可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺或者到答疑地點請指導(dǎo)教師解答。教師也通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，實時監(jiān)督并指導(dǎo)學(xué)生的進(jìn)展情況，掌握并把握好課程設(shè)計進(jìn)程，并及時糾偏。學(xué)生課程設(shè)計說明書初稿編寫完成后，同學(xué)之間必須相互討論、互改，然后提交給指導(dǎo)教師進(jìn)行一對一修改指導(dǎo)，最后定稿、打印、簽字并同時提交紙質(zhì)版和電子版說明書。所有課程設(shè)計及指導(dǎo)過程均需做好記錄，寫入課程設(shè)計說明書中的師生見面情況記錄頁。

（二） 課程思政

在教學(xué)過程中，該課程充分融入課程思政內(nèi)容，思政元素和思政目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)的對應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

表1 《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》課程思政

（三） 成績評定

綜合學(xué)生在課程設(shè)計中的表現(xiàn)和提交的課程設(shè)計說明書質(zhì)量評定學(xué)生的考核成績。考核成績實行結(jié)構(gòu)評分，按百分制給出最終成績，其最終成績評定方法如表2 所示。

表2 《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》學(xué)生成績評定標(biāo)準(zhǔn)表

五 教學(xué)效果

（一） 課程目標(biāo)達(dá)成情況

總體上，學(xué)生提交的課程設(shè)計說明書比較規(guī)范，達(dá)到了指導(dǎo)教師的預(yù)期效果。在內(nèi)容上，學(xué)生能夠在自己查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，了解和掌握所選功能材料的背景、現(xiàn)狀及基本性質(zhì)，然后結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，通過原材料選擇、制備方法優(yōu)劣、配方改進(jìn)或性能優(yōu)化方法的比較和論證，設(shè)計出了滿足一定性能要求的該功能材料的合理制備方案，畫出了工藝流程圖，預(yù)測達(dá)到的效果，并進(jìn)行合理的可行性分析，且所選原材料、工藝參數(shù)有相關(guān)的合理論證、比較和說明。根據(jù)課程2020 年的考核情況，課程目標(biāo)1 的達(dá)成度為87.7%，課程目標(biāo)2 的達(dá)成度為83.8%，課程總體達(dá)成度85.7%，完成了課程目標(biāo)的達(dá)成，達(dá)到畢業(yè)要求規(guī)定的指標(biāo)值。

（二） 教學(xué)反饋

按所設(shè)計的教學(xué)方法，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后，通過問卷星對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了調(diào)查。問卷設(shè)置了三個單選題，分別為：（1）您對本課程的教學(xué)目標(biāo)與知識、能力培養(yǎng)要求了解的程度；（2）通過本課程的學(xué)習(xí)，您的收獲情況；（3）您認(rèn)為學(xué)習(xí)《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》對畢業(yè)后工作或繼續(xù)學(xué)習(xí)的幫助情況。2017 級我校本專業(yè)學(xué)生共41 人，參與調(diào)查的學(xué)生有35 人，調(diào)查結(jié)果如圖1 所示。結(jié)果顯示，通過本課程的學(xué)習(xí)，77% 左右的學(xué)生對課程的教學(xué)目標(biāo)與知識、能力培養(yǎng)要求的了解程度達(dá)90%以上，其余學(xué)生也能達(dá)75～89%。這說明，所設(shè)計的教學(xué)方法可以讓學(xué)生很好地了解和掌握課程目標(biāo)及培養(yǎng)要求。另外，97% 的學(xué)生認(rèn)為通過該課程的學(xué)習(xí)，可以為本科畢業(yè)設(shè)計（論文）打下堅實的基礎(chǔ)，且97% 左右的學(xué)生認(rèn)為該課程的學(xué)習(xí)對畢業(yè)后工作或繼續(xù)深造的幫助很大或較大（分別為65.71%和31.43%）。其原因主要為課程設(shè)計的說明書編寫參照了《西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》，通過學(xué)生自己查閱資料，讓學(xué)生結(jié)合大學(xué)期間所學(xué)的所有知識，以學(xué)生為中心，指導(dǎo)教師為輔的教學(xué)方式，解決設(shè)計過程中遇到的各種問題，設(shè)計滿足性能要求的某種功能材料的制備方案，不僅鍛煉了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，還規(guī)范和提高了學(xué)生的寫作能力。

圖1 《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》問卷調(diào)查結(jié)果

此外，調(diào)查還設(shè)置了兩個主觀問題，以調(diào)查學(xué)生對本課程學(xué)習(xí)的總體評價（包括學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果等）和建議/ 意見。在總體評價方面，調(diào)查顯示，學(xué)生認(rèn)為課程的學(xué)習(xí)目的明確，態(tài)度良好，效果較佳；輔導(dǎo)模式較好；通過課程設(shè)計，從文獻(xiàn)查閱、作圖、到論文格式的修改，都有了很大的提升，對格式規(guī)范性有更強(qiáng)的意識，對畢業(yè)設(shè)計（論文）寫作有較大用處；提前了解到了相關(guān)的工藝流程，產(chǎn)品性能，裝置使用和注意事項等；掌握了論文書寫格式和敘述順序。通過過程監(jiān)控，學(xué)習(xí)態(tài)度變好，學(xué)習(xí)目的變強(qiáng)。但也部分學(xué)生認(rèn)為自己的學(xué)習(xí)態(tài)度可以更積極些。在建議/ 意見方面，學(xué)生認(rèn)為課程設(shè)計的時間較為緊張，導(dǎo)致設(shè)計方案未能充分周全考慮；在細(xì)節(jié)上，認(rèn)為可以在專業(yè)課程開設(shè)作圖軟件的訓(xùn)練課程，避免畫工藝流程圖吃力且作圖不規(guī)范；適當(dāng)延長課程設(shè)計時間，在剛開始的時候給往屆學(xué)生的課程設(shè)計說明書樣文做參考，有利于具體地了解課程內(nèi)容和說明書規(guī)范；加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)或平臺過程監(jiān)控。

（三） 教學(xué)反思

經(jīng)過查閱資料、討論、編寫說明書、畫工藝流程圖等環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)到了不少以前理論課程中未涉及到的知識，提高了學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)工具和數(shù)據(jù)庫查閱、分析和總結(jié)學(xué)術(shù)資料的能力，提升了學(xué)生綜合分析問題能力和實踐能力，學(xué)生基本能綜合運(yùn)用功能材料相關(guān)基礎(chǔ)知識和查閱資料，設(shè)計某種功能材料制備方案。通過編寫說明書，提高學(xué)生的技術(shù)文件整理、寫作及語言表達(dá)能力。通過兩年的實踐，仍然后諸多不足，總結(jié)如下：（1）課程時間緊迫，僅有一周的時間，而設(shè)計需要學(xué)生綜合應(yīng)用《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《材料合成與制備》等多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的相關(guān)知識，這些知識通常貫穿了大學(xué)所學(xué)的大多數(shù)課程，需加以融會貫通才能順利進(jìn)行；（2）指導(dǎo)教師需加強(qiáng)在課程設(shè)計進(jìn)程中利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行過程監(jiān)控；（3）課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)加強(qiáng)與工程應(yīng)用方面聯(lián)系，以提高學(xué)生的工程意識。大多數(shù)學(xué)生的設(shè)計方案只從理論上進(jìn)行了設(shè)計，且局限于實驗室小批量的制備方案，學(xué)生的實際操作和工程制備考慮較少；（4）需進(jìn)一步加強(qiáng)工藝流程圖的規(guī)范性和合理性、制備方案的可行性分析的指導(dǎo)；（5）雖然企業(yè)導(dǎo)師和本科生導(dǎo)師也參與了課程設(shè)計的指導(dǎo)，但具有豐富工程經(jīng)驗的企業(yè)指導(dǎo)教師的參與度還應(yīng)加強(qiáng)。

六 結(jié)語

本文闡述了基于OBE 理念的《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》的課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和過程的探索，以及課程目標(biāo)達(dá)成情況、教學(xué)反饋和教學(xué)改進(jìn)意見。我校《功能材料專業(yè)課程設(shè)計》包括選題、任務(wù)書的下發(fā)、文獻(xiàn)調(diào)研、比較論證、制備方案設(shè)計、工藝流程圖的繪制、預(yù)期結(jié)果和方案的可行性的分析、課程設(shè)計說明書的編寫等內(nèi)容，根據(jù)課程考核和學(xué)生反饋情況，本課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法能很好的支撐課程目標(biāo)，達(dá)到畢業(yè)要求規(guī)定的指標(biāo)值。本課程的教學(xué)理念，強(qiáng)化了學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，有效地融入了思政元素，滿足了基于OBE 理念和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，有利于培養(yǎng)出競爭力強(qiáng)的應(yīng)用型和創(chuàng)新型技術(shù)人才，更好地為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。