基于OBE理念的“耐火材料”課程教學改革與實踐

郭正啟，楊聰聰，朱德慶，潘 建

（中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083）

耐火材料工業是冶金及其他高溫工業的支撐和先行工業，其產品廣泛應用于鋼鐵冶金、有色冶金、建筑材料、石油化工、電力等國民經濟各領域的高溫工業生產過程，對促進上述行業健康穩定發展具有重要作用。隨著我國國民經濟的發展和工業水平的提高，社會對于耐火材料相關專業人才的需求數量逐漸攀升，對專業人才的專業技能要求日益提高。“耐火材料”課程作為材料學的一個重要分支，是學習高溫專業的基礎，是培養學生專業素養和動手能力的關鍵學科，其教學質量直接關系到耐火材料專業人才的培養。近些年，隨著我國高等教育改革的深入推進，傳統的教學模式已經難以適應當前工程教育專業認證和新工科人才培養的要求。為了解決目前“耐火材料”課程教學過程中存在的教學目標不清晰，重教師、輕學生，重理論、輕實踐，教學方式單一，考核方式不客觀、不全面等問題，積極引進基于OBE（Outcom-Based Education）理念的教育模式，建立以學生為中心的教學體系，拓展教學思路，革新教學方法，豐富教學方式，改革評價方式，推動新工科背景下“耐火材料”專業課程的改革與創新，提高教育教學和人才培養的質量，以滿足新工科建設對人才的需求［1-3］。

一、“耐火材料”課程教學現狀及存在的問題

前期，教學團隊根據OBE教學理念及教學改革相關內容，結合雨課堂設計問卷，并對近三年選修過“耐火材料”課程的學生（共計155名）進行問卷調查。然后，根據調查統計結果、教學團隊的教學經驗及與一線教學老師的交流，總結了“耐火材料”課程教學存在的主要問題。

（一）教學目標不清晰

雖然在“耐火材料”課程教學過程中，嚴格遵循擬定的教學大綱，按照教學計劃開展教學，但是忽視以成果為導向的教學目標。本門課程的教學目標是通過該課程的學習，掌握耐火材料制備的原理及基本工藝，熟悉耐火材料的結構與性能，理解耐火材料的組成、結構、性能與制備工藝之間的聯系；能夠運用無機材料結構化學的基礎知識和基本原理，對耐火材料加工過程中的工程性問題進行解析，通過比較和綜合，優選方案，解決耐火材料設計或生產過程中的復雜工程問題。但在實際教學過程中，由于教學目標不明確，教學效果并不理想，學生不但沒有有效掌握其基本概念、理論和方法，更缺乏解決復雜的耐火材料工程問題的能力。

（二）重教師、輕學生

目前，在“耐火材料”課程教學過程中，多以教師為中心，學生參與度低，即重視知識的傳授，忽視能力的培養。這種教學主體的錯位和以注入式為主的教學，嚴重制約了學生獨立學習能力以及發現問題、分析問題和解決問題的能力，難以達到較好的教學效果，這顯然違背了OBE的教育理念。在教學過程中，應該從重“教”轉變為重“學”，以學生為主體，把教學過程的重心由“教師教什么”轉為“學生學什么”；著重關注學生全面能力的構建與培養。

（三）重理論、輕實踐

目前的教學普遍存在重理論和輕實踐的問題。由于過多偏重理論教學而輕視實踐教學，片面地強調理論教學的重要性而忽視實踐教學的作用，使得學生動手能力沒有得到明顯的提高。因此，在教學過程中，需要理論結合實際，引導學生在“干中學”。

（四）教學方式單一

在傳統“耐火材料”課程教學過程中，主要采用教師口頭講解輔以黑板板書或者PPT演示的教學方式，內容較為枯燥，部分學生出現睡覺或玩手機等現象，課堂學習興趣不強，積極性不高，導致教學質量和效率達不到預期的要求。毫無疑問，這些教學方式不符合OBE理念，人才培養質量難以達到新工科的發展要求。

（五）考核方式不客觀、不全面

“耐火材料”課程考核形式過于單一，多采用期末考試（60%）與平時成績（40%）相結合的形式，難以實現對學生學習成果的客觀評價。新工科背景下，OBE理念重視學生學習成果的達成及個人發展，因此，應構建“以學生能力為中心”的多元化形成性評價體系，重視學生的能力的培養。

二、秉承OBE理念，構建“耐火材料”課程教學改革框架

OBE的基本理念是以學生為中心，以學習成果為導向，持續改進。高等學校的核心任務是培養符合行業認可的既定質量標準要求的畢業生，其評價標準以培養目標和畢業要求為導向［4-6］。作為冶金工程、材料工程等專業重要的基礎課，“耐火材料”課程具有實踐性強、工藝流程長、設備眾多等特點，教學內容主要分為理論知識和實踐操作兩大部分，課程具有基礎性、實踐性及與專業課緊密銜接等特點。

以教師為中心的“填鴨式”的傳統教學已經難以培養出新工科時代所需的人才，為提升教學質量，“耐火材料”課程教學應從革新教學理念、優化教學模式、豐富教學內容和制訂合理的考核評價方式等方面著手，秉承“以學生為中心，以產出為導向”的工程教育理念，教學內容應契合當今耐火材料發展趨勢，教學模式要緊密結合現代教學技術，除了理論知識外，更應培養學生的工程實踐能力，塑造新時代背景下的復合型人才。

基于此，在教學改革的實施過程中，需改進的三個主要方面為：以學習成果導向反向設計課程目標、以學生為中心的教學實施和學生學習成果考核評價。其課程教學改革思路如圖1所示。

圖1 “耐火材料”課程教學改革思路

三、基于OBE理念的“耐火材料”課程教學改革探索

根據新工科提出的培養多元化、創新型卓越工程人才的要求，對“耐火材料”課程教學內容、教學方法、評價機制等進行改革與優化。引入OBE新教學理念，豐富教學內容；以學生為中心，建立小組合作學習、實踐教學、項目主題教學、學生互動課堂教學、線上線下混合教學等相結合的立體化教學模式；實行過程性的多元化（課題討論、發表觀點和隨堂考核、論文作業、主題PPT報告、實踐評價、期末考試）評價方式，全面評判學生學習效果，確保學生對課程知識的掌握達到預期目標，以期通過教學改革，提高學生自主學習的能力及跨學科綜合考慮問題的能力，增強學生的專業技能，提高學生在新工科背景下適應社會的能力，為新工科建設培養應用型專業人才奠定堅實的基礎。

（一）基于OBE理念，明確教學目標

基于OBE理念，對教學目標進行“逆向設計”，根據內部和外部的需要明確本專業的培養目標，根據專業的培養目標決定畢業要求，并在特定的課程中逐一實施［5-6］。同時，畢業要求要符合教學內容，并能為教學內容、課時等提供一定的參考。因此，在教學實踐過程中，應體現學生通過本課程的學習能夠達到的能力要求。

基于該理念，“耐火材料”課程教學的目標設計可分為知識體系、理論應用和工程創新三個層面（圖2）。首先是知識層面，通過該課程的教學使學生掌握耐火材料制備的原理及工藝基礎、耐火材料的結構與性能，理解耐火材料的組成、結構、性能與制備工藝之間的關系。其次是理論應用層面，能夠運用無機材料結構化學的基礎知識和基本原理，對耐火材料加工過程中的工程性問題進行解析，通過比較和綜合，優選方案，解決耐火材料設計或生產過程中的復雜工程問題。最后是工程創新層面，積極引導學生自主學習、發現問題，能夠利用掌握的基礎理論和應用，對耐火材料制備各工程涉及的單元或工藝流程進行改進、改造，具備研究和改進耐火材料性能，開發新材料、新產品、新工藝的基本能力。

圖2 “耐火材料”課程教學目標

（二）改革課堂教學模式

1.擴展教學內容，重構課程體系。在傳統“耐火材料”課程教學過程中，教師一般對生產實踐、耐材制備原理和工藝流程的講解比較透徹，主要精力放在了工藝選擇、反應影響因素及制備物理化學變化的總結，而對耐火材料制備新技術及其應用場景介紹較少，且目前使用的《耐火材料》教材內容更新較慢，對現有的新技術和新理論介紹不多。

針對上述問題，在教學內容上要強調“新”。在課堂上引入新技術，把專業知識融入解決問題的過程中，以提高學生的學習興趣，并讓他們把注意力集中在科技的發展上。通過調研、檢索等方法，了解耐火材料制備工藝、設備的最新發展趨勢掌握。同時，利用高校共享資源或計算機手段，采用仿真技術對耐材制備工藝過程的實現進行模擬仿真，鞏固和強化學生所學知識。

另外，將“耐火材料”課程相關的優秀教學成果、科研前沿案例、學科前沿動態、創新大賽成果、典型工業生產案例等有機地融入本課程的授課內容中，增加課程教學的趣味性、靈活性和先進性，達到拓寬學生的知識面及提高學生學習興趣的目的。

2.重視實驗環節，實踐和理論并重。傳統“耐火材料”課程難以做到為學生營造良好的實驗環境，因此，學生難以理論聯系實際，其實踐能力培養環節缺乏。在基于OBE理念的“耐火材料”課程教學改革中，應重視實驗環節對學生實踐能力的培養，實踐與理論并舉并進行有機結合。比如，將耐火材料的性能表征部分通過重組設置為實驗環境，并進行單獨授課。通過實踐，加強學生對耐火材料性能檢測的認識，加深對耐火材料制備的理解，提高其對該課程的興趣。此外，將鎂質耐火材料作為案例，在實驗中，要求小組成員一起完成不同鎂質耐火材料的制備過程，包括原料準備、混料、困料、預壓成型、干燥、燒結和性能檢測等環節，通過專題討論舉一反三，讓學生在學習和掌握鎂質耐火材料的制備基礎上，自我完成堿性耐火材料、硅鋁質耐火材料等多種耐火材料相關內容的學習和制備。這不僅可以提高課堂的生動性和趣味，而且可以加強課外實踐教學與理論教學的銜接，從而提高教學效果和學生能力。

3.以學生為中心，改革“耐火材料”課程教學方式。耐火材料工藝原理、工藝流程與設備的展現越直觀動態，學生的學習效果越顯著。但傳統的教學模式過于單一，基本為教師講授，學生的參與感較低，容易出現睡覺或者玩手機現象，因此，亟待提升教學過程中學生的參與度，確保學生取得應有的學習成果。

針對“耐火材料”課程開放性強、專業應用范圍廣及學科交叉的特點，改變傳統單一的教學模式，采用翻轉課堂、慕課、小組合作學習、項目主題教學、互動教學、實踐教學、線上線下混合教學模式等多手段相互有機融合的形式，以此激發學生的學習興趣，改善教學效果，降低教師授課的難度。

在翻轉課堂教學模式中，教師選定教學目標和教學內容，并在互聯網平臺上傳資料、下達任務，也就是所謂的“先學后教、以學定教”的模式，這樣降低了教師的講課難度，也能激發學生的自我學習能力。同時，學生自主或者在教師的引導下分組，以小組的形式參與耐火材料研究進展的論文寫作，或者耐火材料制備方法及性能表征的專題研討，且以PPT的形式進行展示。在這種教學模式下，學生不僅在課堂上能夠用PPT展示專業知識，表達自己的觀點，而且可以培養團隊意識。此外，在論文寫作或者PPT制作過程中，小組同學可以分工協作，分別參與檢索和查閱文獻、總結關鍵問題與解決方法、流程文字表達、制作PPT和課堂展示等環節。此外，項目教學方法、雨課堂、實踐教學等模式也值得借鑒［7-8］。

通過以學生為中心，優化教學方法，可激發學生的學習興趣，提高其課程參與度，增強學習的主動性和積極性，提高教學效果和質量。

（三）完善課程教學評價體系

考核是“耐火材料”課程教學中的重要環節，對檢驗教學效果和指導教學過程具有重要的作用。通過課程考核對學生學習效果進行多維度的檢驗，根據學生在理論學習、實踐環節和實訓中的表現進行評價，建立強調過程的課程學習考核激勵模式，提高學生參與度，凸顯以學生為主體的教學模式。同時，通過多維度考核，根據考核結果進行分析，能夠讓教師更好地把握學生的學習情況，找出其薄弱的共性環節，為后續的課程教學設計提供指導。

為改變過去依據期末考試成績評價學生學習效果的單一方式，以學生平時參與課題討論、發表觀點、隨堂考核、平時作業、實驗報告、論文寫作、主題PPT匯報、期末考試等為依據評價學生綜合學習效果，強調過程評價［9-10］。根據課程目標，設置每一環節所占的比值，具體情況如表1所示。以過程性的多元化評價全面評判學習效果，引導學生重視過程學習與能力提升，并根據考核效果和反饋，針對學生的薄弱環節，及時改進教育教學方法，做到教學效果的持續改進，不斷提高工程人才的培養質量。例如，在隨堂考核中，可以針對每節課的重點內容，設置3～5個核心問題，每堂課預留5分鐘左右，邀請學生進行回答，以及時了解學生掌握知識的情況，有助于教師進行針對性的改進教學。論文寫作環節可以設置一些開放性題目，比如世界耐火材料的發展現狀、在“雙碳”背景下耐火材料行業的發展思路等，從而培養學生的發散性思維。在主題PPT匯報環節，可設置高溫隔熱耐火材料應用廣泛，用所學知識設計一種耐火度高于1200度的高溫隔熱材料實踐性較強的課題，將3～5名學生分為一組，通過分工和合作，完成文獻查詢、PPT制作和匯報，在提高學生參與度的同時，能夠培養其運用知識和解決復雜問題的能力。期末理論考試試題從題庫隨機抽取，主要考查學生對理論知識的掌握情況及應用理論知識解決實際問題的能力。

表1 “耐火材料”課程考核方式及比例分配

綜上所述，本論文針對“耐火材料”課程傳統教學存在的問題，開展新工科背景下基于OBE理念的“耐火材料”課程教學改革研究，建立以學生為中心的教學理念，在教學實踐中，優化教學模式，運用多種教學方法和手段，以師生互動課堂教學為驅動，注重理論結合實際，提高學生的參與度，引導學生在“干中學”；同時，構建操作性強的多元化過程評價方式和手段，根據評價結果對教學進行持續改進。通過教學改革，以期進一步明確課程目標，創新教學方式，建立評價體系，提高教學質量，改善教學效果，引導和調動學生學習積極性，從而全面培養和提高學生的綜合能力。