基于OBE教育理念的“金屬凝固原理”課程教學(xué)改革*

龍文元

（南昌航空大學(xué) 航空制造工程學(xué)院 江西南昌 330063）

成果導(dǎo)向教育（OBE）最早是在上個世紀八十年代美國教授William提出，他指出OBE教學(xué)是基于學(xué)生的培養(yǎng)目標和學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，進行課程體系的構(gòu)建，完善教育教學(xué)的方式，進行人才培養(yǎng)的一種方法[1]。目前，美、英和日本等國已經(jīng)在教育實踐中充分應(yīng)用OBE理念，特別是在工程教育專業(yè)認證和醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。面對第四次產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)和國家工業(yè)4.0發(fā)展的歷史機遇，2017年2月以來教育部積極組織研討會，先后形成了 “新工科”建設(shè)的“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，全力推進工程教育改革，促進我國建設(shè)高等教育強國。李志義在等通過對成果導(dǎo)向教育的思想、特點和原則等進行了深入剖析，并提出了我國高等教育基于成果導(dǎo)向教育理念的教育教學(xué)改革思路[2]。目前，OBE理論在我國本科教育教學(xué)中的推廣應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，通過近幾年的探索與實踐已經(jīng)形成了具有中國特色的理論模式和實踐經(jīng)驗[3-5]，但是該教育理念在研究生培養(yǎng)模式和課程建設(shè)等方面目前仍處于探索階段[6-10]。

“金屬凝固原理”是材料加工工程專業(yè)碩士研究生的核心學(xué)位課程。該課程主要是學(xué)習(xí)金屬凝固過程的傳熱特性，凝固的熱力學(xué)和動力學(xué)理論，單相和多相合金的凝固規(guī)律，為分析和有效控制金屬凝固形成的組織結(jié)構(gòu)、性能和缺陷等奠定相應(yīng)用的知識基礎(chǔ)。課程傳授的知識以理論為主，存在大量的數(shù)學(xué)公式、煩瑣推導(dǎo)過程，從而顯得較枯燥、乏味。課程知識點涉及晶體學(xué)、物理化學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)等方面的理論基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以取得良好的教學(xué)效果，而且相關(guān)的理論知識不斷在完善更新，應(yīng)用領(lǐng)域界限不清晰，易混淆，讓學(xué)生理解困難，難以把握重點[11]。在實際教學(xué)過程中，面對新形勢研究生培養(yǎng)的新目標、新要求，基于OBE教學(xué)模式，對“金屬凝固原理”課程的教學(xué)進行了改革，強化課程建設(shè)，提高教學(xué)效果和質(zhì)量，以滿足新材料領(lǐng)域?qū)ΥT士研究生人才的需要。

一、課程教學(xué)存在的問題

從成果導(dǎo)向教育角度看，“金屬凝固原理”課程教學(xué)目前存在如下問題。

（1）課程教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性和前沿性。研究生的培養(yǎng)應(yīng)該是要求針對專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)問題或工程問題開展深入研究，以促進新理論和新方法的發(fā)展、獲得新知識、拓展新應(yīng)用為目標，要在現(xiàn)有的知識體系上進行創(chuàng)新。因此，研究生課程的知識理論體系應(yīng)該緊盯國際前沿研究領(lǐng)域，引導(dǎo)學(xué)生將相關(guān)的研究方法及手段與自己的研究課題相結(jié)合，拓寬解決問題的視野，放大課程知識的應(yīng)用范圍。在海外的著名高校，一般研究生課程的學(xué)時較飽滿，需要學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)。教師一般會根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，給出主要知識領(lǐng)域的一些相關(guān)參考資料，包括該課程涉及領(lǐng)域的形成到最新的發(fā)展趨勢，結(jié)合每周一定量的課外作業(yè)，研究生需要認真閱讀大量資料，并深刻理解和凝練。而國內(nèi)碩士生的課程教學(xué)，大多數(shù)還是指定相關(guān)教材進行教學(xué)活動，課本上的理論知識相對較陳舊，而且還會存在一些與本科期間學(xué)習(xí)的知識和內(nèi)容重復(fù)，這樣會導(dǎo)致學(xué)生課程學(xué)習(xí)的積極性不高、效果不佳，學(xué)術(shù)視野不開闊等問題。

（2）學(xué)生實際應(yīng)用理論分析和解決問題的能力弱。目前課堂上教學(xué)所傳授的內(nèi)容主要偏重理論而實踐與應(yīng)用少，理論與實踐的結(jié)合度相對較低，缺少相關(guān)理論的工程應(yīng)用實例；理論知識與實踐內(nèi)容缺乏銜接，使學(xué)生運用理論知識分析和解決工程問題的能力培養(yǎng)不足，課堂教學(xué)顯單調(diào)，學(xué)生的主動性不足，學(xué)生的學(xué)科興趣和素養(yǎng)得不到良好的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新思維不足。

（3）課堂教學(xué)以教師為主導(dǎo)，方法手段較單一。金屬凝固原理理論非常強，內(nèi)容抽象而枯燥無味。傳統(tǒng)授課方式通常是以敘述式、集中注入式等為主，教師起主導(dǎo)作用，注重的是“老師教什么”，學(xué)生基本屬于一種被灌輸知識的狀態(tài)，教學(xué)過程中，學(xué)生沒有主動參與，還存在填鴨式的教育模式，這樣教學(xué)過程索然無味，使學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)缺少熱情，同時也不積極，而以應(yīng)付了事的學(xué)習(xí)態(tài)度。因此，這樣教學(xué)方式不僅不利于學(xué)生對課程相關(guān)內(nèi)容的掌握，難以滿足培養(yǎng)目標的需要，而且更不可能通過課堂教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生對實際工程實踐中的問題進行分析和解決的能力。課程教學(xué)達不到目標，最終將會對碩士研究生的培養(yǎng)質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的不良影響。

（4）考核評價機制單一，考試方式不合理。傳統(tǒng)的學(xué)位課程總評成績由平時、期末考核兩部分組成，其中平時大概占比30%～40%，主要包括學(xué)生上課考勤、課堂提問、課外作業(yè)等幾個方面。期末考試多以試卷考試或考查等兩種方式，考試內(nèi)容主要以課程教學(xué)大綱中的理論知識內(nèi)容為主，成績占比約為70%～60%。以這種傳統(tǒng)的考核評價模式來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力，已經(jīng)不符合時代發(fā)展的需要，也不利于提高學(xué)生綜合素質(zhì)，充分挖掘其潛能。同時，這種機制的弊端還在于其重結(jié)果輕過程，最后的分數(shù)成為主要的關(guān)注點，而學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和各項能力的提升，培養(yǎng)目標的達到度卻被忽略了。占大比重的考試大多是在課程結(jié)束時進行，此時的考試結(jié)果只用于評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而反映出的問題卻無法反饋給學(xué)生，這樣既對學(xué)生在課堂教學(xué)過程學(xué)習(xí)興趣的提升產(chǎn)生作用，也不能讓教師在教學(xué)過程及時發(fā)現(xiàn)問題，從而有效地分析和解決問題，提高教學(xué)效果。

二、課程的建設(shè)與改革

1.貫徹OBE教學(xué)理念，調(diào)整課程教學(xué)目標

在OBE教學(xué)理念的指導(dǎo)下，對課程教學(xué)目標進行調(diào)整。在課堂教學(xué)中，充分體現(xiàn)學(xué)生為中心、以提升學(xué)生凝固理論的應(yīng)用能力為目標的 OBE 教學(xué)理念。根據(jù)材料加工工程專業(yè)學(xué)術(shù)型碩士生的培養(yǎng)計劃，該課程是專業(yè)學(xué)位課程，是提高學(xué)生科研工作能力的核心課程，也是提高其分析、解決工程 實際問題能力以及溝通、交流和團隊合作能力的重要課程之一。因此，基于 OBE 教學(xué)理念，將教學(xué)目標確定為知識、能力和素質(zhì)等三維一體的教學(xué)目標：

知識目標：了解金屬凝固理論的發(fā)展與應(yīng)用，熟練掌握金屬凝固的理論基礎(chǔ)、單相合金凝固規(guī)律、多相合金凝固規(guī)律和金屬凝固組織的控制等相關(guān)基礎(chǔ)知識。

能力目標：掌握金屬凝固組織的控制技術(shù)，具備分析和解決簡單凝固技術(shù)問題的能力。

素養(yǎng)目標：具備溝通、交流和團隊合作能力，養(yǎng)成嚴謹、認真的專業(yè)素養(yǎng)及自主學(xué)習(xí)意識，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力。

2.依據(jù)教學(xué)目標，更新教學(xué)內(nèi)容

“金屬凝固原理”課程涉及的知識覆蓋面較廣，理論性強，比較晦澀難懂，煩瑣的理論公式推導(dǎo)，抽象而又枯燥無味，如果碩士生在本科期間沒有打下相關(guān)理論知識的堅實基礎(chǔ)，是難以在時間將所學(xué)知識融會貫通。二十一世紀以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，凝固理論和技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)生了一些新的凝固理論和技術(shù)。OBE 教育理念強調(diào)是以學(xué)生為中心，教師要從讓研究生被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)樽屟芯可鲃訉W(xué)習(xí)知識，實現(xiàn)教師以教授知識為主的模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅嘏囵B(yǎng)研究生能力為主的模式。因此，金屬凝固原理這門課需要根據(jù)凝固技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，讓學(xué)生鞏固金屬凝固技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識，掌握基本的金屬凝固理論以提高專業(yè)素養(yǎng)，掌握金屬凝固先進技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，幫助學(xué)生結(jié)合自身的研究課題加強該課程理論知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生獨立開展科研和學(xué)習(xí)的能力。

3.豐富教學(xué)方法，提高教學(xué)效果

鑒于OBE教育理念強調(diào)學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能滿足要求，因此課程的教學(xué)需要有新方法和新思路。在堅持以過程教學(xué)為重點的原則指導(dǎo)下，在采用較傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)基礎(chǔ)下，與PBL項目教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、案例驅(qū)動法和討論式教學(xué)法等先進教學(xué)方法和手段進行融合，提高課堂設(shè)計的趣味性和目的性，以及教學(xué)活動的實用性和互動性，協(xié)同作用提升課堂教學(xué)的效果。

在實際教學(xué)實施中，教師應(yīng)該充分做好課前的準備，根據(jù)教學(xué)大綱，整合教材中的理論知識基礎(chǔ)上，充分了凝固理論的最新研究成果，將凝固理論的前沿知識、新的凝固技術(shù)與課堂教學(xué)有機結(jié)合起來，使學(xué)生在掌握金屬凝固理論知識的基礎(chǔ)上，進一步了解凝固理論和技術(shù)研究的發(fā)展現(xiàn)狀和前沿?zé)狳c領(lǐng)域。通過利用工程實際問題的分析和解決、分組討論來深化學(xué)生對金屬凝固過程相關(guān)理論知識的理解，同時將抽象的知識點、各種凝固理論中的一些現(xiàn)象通過多媒體技術(shù)（如圖片、動畫和視頻等）向?qū)W生展示，讓授課的內(nèi)容更加生動而形象。而課程中如凝固熱力學(xué)、動力學(xué)和成分過冷等重點難點知識，則采用項目化教學(xué)手段。在這些內(nèi)容開始傳授之前，老師先制定一個項目主題，學(xué)生自主分組、幾人協(xié)同合作進行項目的討論和設(shè)計實施計劃，將學(xué)生的主動性充分調(diào)動起來，加深其對知識的記憶和理解，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣與熱情。同時，采用啟發(fā)式和“單向凝固技術(shù)”“快速凝固技術(shù)”等多種案例驅(qū)動和分析的方法來實現(xiàn)金屬凝固原理課程的綜合能力訓(xùn)練和學(xué)術(shù)研討的實踐，讓學(xué)生掌握的凝固理論基礎(chǔ)知識和技術(shù)得到進一步的夯實，基本掌握應(yīng)用凝固理論來分析和解決工程實際中凝固組織的形成與控制問題的能力，從而讓學(xué)生分析和解決問題的能力得到提升。

三、課程改革的成效

基于OBE教學(xué)模式，明確了教學(xué)的目標，更新了教學(xué)的內(nèi)容，豐富了教學(xué)手段，對課程的教學(xué)進行了充分的改革和建設(shè)，使金屬凝固原理課程的教學(xué)也有了顯著的成效，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣得到 充分激發(fā)，課程教學(xué)得到學(xué)生的認同。改革后學(xué)生的綜合成績與前幾屆相比也較明顯的提升，其中高分數(shù)的人數(shù)越來越多，低分數(shù)的人數(shù)減少，總體的平均成績也有較大的提高。從圖1所示的課程改革前、后學(xué)生綜合成績分布圖可以看出，在課程改革前，即2017和2018級碩士生中分數(shù)90以上的人數(shù)占比較低，約分別為29%、22%；而分數(shù)80-90之間占比最高，約分別為64.5%和74.1%；通過課程教學(xué)改革后，2019和2020級碩士生的綜合成績得到較明顯的提高，其分數(shù)在90以上占比分別提高到了50%和63.6%，而80-90分之間占比分別降為47.7%和27.3%，平均分也從86.4提高到89.5。

圖1 課程改革前、后學(xué)生成績分布統(tǒng)計

結(jié)語

隨著我國工業(yè)4.0和“制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的不斷推進，力爭實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標，對高等院校的研究生培養(yǎng)也提出新的要求。因此，碩士研究生課程體系、培養(yǎng)目標和教學(xué)內(nèi)容要順應(yīng)時代的需，不斷革新，與時俱進，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略對高層次專業(yè)人才的需要。本文通過將OBE教育理論應(yīng)用于金屬凝固原理課程教學(xué)中，以科教融合為紐帶，逐步實現(xiàn)以教為主體向以學(xué)為主體、終結(jié)性評價向過程性評價、重知輕行向知行合一的三大轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮了OBE理論的優(yōu)勢，可以讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，不斷積累理論知識，并以社會所需、學(xué)生所想、問題所在為基本導(dǎo)向，提升學(xué)生能力與素質(zhì)，培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力，激發(fā)其關(guān)注行業(yè)發(fā)展的興趣。課程改革在研究生的教學(xué)實踐中取得了良好的效果，為探索研究生綜合實踐能力、自主科研能力和創(chuàng)新意識培養(yǎng)提供了有益參考。