基于OBE教育理念下新能源科學與工程專業“固體物理”課程的教學思考

摘要：“固體物理”是新能源科學與工程專業的一門專業必修課，該課程對本專業學生后續專業課程學習具有重要的理論支撐作用。該課程包含了晦澀難懂的概念和大量的公式推導，學習難度大，在現有的教學方式下，學生的學習達成度一般，因此不能滿足新工科建設的要求。基于此，將OBE的教育理念融入“固體物理”的教學實踐中，通過對“固體物理”課程的預期目標，課程實施及評價體系進行改進思考，期望提升“固體物理”課程的教學質量，培養學生的自主學習能力、創新能力及應用固體物理理論分析和處理實際問題的能力。

關鍵詞：OBE；固體物理；新能源科學與工程；教學思考

“固體物理”是新能源科學與工程專業的重要基礎專業課程，是半導體物理與器件、發光二極管材料與器件和太陽能電池材料與器件等課程的理論基礎課程，承載了新能源科學與工程專業理論與實踐的橋梁作用［13］。該課程研究固體材料的微觀晶體結構及其組成物質的粒子之間相互作用與運動規律的學科，講述微觀粒子運動、晶體結合與化學鍵、晶格振動理論、能帶理論等內容，從微觀上解釋固體材料的宏觀物理性質，其目的是研究固體的物理性質、微觀結構、固體中各種粒子運動形態和規律及它們的相互關系。固體物理的發展對半導體材料、光電材料、太陽能電池等方向的影響日益增長，對相關前沿技術的出現起到了至關重要的推動作用，是重要的基礎學科［13］。新能源科學與工程專業的學生通過本課程的學習，可以掌握固體物質的相關理論知識，提高學生的物理邏輯思維能力，增強創新能力，可為畢業后從事新能源等相關工作提供理論支持。然而，“固體物理”課程相較于新能源科學與工程專業的其他專業課程來說，理論性非常強，包含了晦澀難懂的物理概念和大量的公式推導。當前，在OBE教育理念下，現有的“以教學內容為中心”的教學模式已經不能滿足當前人才培養的需求［45］，需要探索新的教育模式。

OBE（OutcomebasedEducation）教育理念是指成果導向教育，其核心是“以學生為中心”，是以培養學生的綜合素養和實際應用能力為目標，使他們具備適應不斷變化的社會和工作環境的能力。這一理念最早是20世紀50年代美國學者提出，90年代在西方發達國家興起的教育改革主流理念［6］。中國工程教育專業認證協會在歷年頒布的《工程教育認證標準》中充分體現了OBE教育理念，意味著當前高校的培養方案和課程教學需要結合OBE教育理念，推動工程教育的教學改革。該理念將教育的重點聚焦在學生在學習期間需要具備什么能力，并取得的目標能力，在教學設計、教學活動、教學評價三個方面進行閉環管理，在此基礎上進行持續改進，最終達到以學生學習成果為教育目標的目的。這突破了傳統的教師講授、內容為本的模式，在提高教育成效上具有非常明顯的優勢［7］。

本文以“固體物理”課程為例，充分結合OBE教育理念，考慮課程的內容和實際教學實踐的現狀，圍繞畢業目標達成度指標，提出有利于創新型人才培養的教學設計理念，對新能源科學與工程專業的“固體物理”課程進行教學思考，并提出可能的改革方向和措施，建設好課程，提高“固體物理”課程的教學成效，以期為新能源科學與工程專業的建設和認證等教育改革提供部分支撐。

1OBE教育理念

1.1OBE教育理念的發展歷程

OBE教育理念是一種以學生為中心的教育模式，以學習結果為導向的教育。在20世紀50年代，美國教育心理學家初步提出了OBE教育理念觀點，他認為教育應該是以目標或學習成果為導向，強調教育最終目的不是僅僅掌握一點知識，而是讓學生學會一定的能力。60年代末到70年代初，教育學家和學者們認為OBE教育理念能夠提高教學效果，培養學生的實踐技能和學習能力，在他們對OBE教育理念的發展和推廣下，在美國的教育改革中吸收了OBE教育理念。然而，在20世紀80年代OBE理念受到了一些挑戰，有學者批評OBE過于注重標準化和測試評估，忽略了學生的興趣和發展需求，擔心理念的實施會導致學校進行強制性教育，而忽略學生的多樣性，剝奪了學生的自我決定權［610］。

20世紀90年代后，在對美國教育的實用性和教育成果的重要性進行評估和反思后，人們對OBE教育理念進行改進和調整，OBE教育理念逐漸成為在美國、英國等國家的教育改革主流理念［6，10］。現如今，OBE教育理念逐漸從以前的以成果為中心轉變為更加注重學生自主學習和探究性學習，推崇多元評價模式、基于項目學習和實踐學習等教學方法。2013年，我國成為《華盛頓協議》的正式會員，這種理念逐步應用于我國的工程領域學科，正成為我國現代教育的重要組成部分。

1.2OBE教育理念的特點和原則

OBE教育理念是一種以學生為中心的教育模式，意為以學習結果為導向的教育，是以培養學生的綜合素養和實際應用能力為目標，使他們具備適應不斷變化的社會和工作環境的能力［1112］。

OBE教育理念強調學生學習目標的設定，并將學生的學習成果作為評估和課程設計的核心，教師們需要明確課程的預期結果，幫助學生達到這些目標。OBE教育理念鼓勵針對不同學生的不同需求和能力，教師需要進行個性化的指導和支持，使每個學生都能在自己的學習階段得到發展和成長。OBE教育注重將知識和技能應用到具體實際情境中，通過實踐和解決問題的教學活動來培養學生解決問題的能力和創造力。OBE教育重視學生的學習過程和發展，通過持續改進，關注他們在學習中的努力和進步，而傳統教育只有標準化考試成績。OBE教育致力于培養學生的學習能力和自主學習的習慣，使他們具備終身學習的能力和意愿。

OBE教育理念鼓勵學生積極參與學習過程，并主動承擔自己學習的責任。學生在目標設定、學習計劃的制訂和學習成果的評估過程中都應該積極發揮主動角色。OBE教育理念鼓勵學生之間的合作和互動，通過小組項目和集體討論等互動形式來促進學生之間的合作和共享知識。OBE教育強調多種評價方法的使用，包括考試、作業、項目、演示、實踐操作等不同形式的評估方式，這樣可以更全面地評估學生的學習成果和能力。OBE教育注重將學習與現實世界聯系起來，提供實際的問題和情境給學生解決，激發學生的興趣和動機。OBE教育倡導教師和學生之間的持續反饋和交流，以及針對學生的學習成果和表現進行及時調整和改進教學。

總之，OBE教育模式強調學生的全面發展，注重學生的學習成果、能力和解決問題的能力，鼓勵學生積極參與學習過程，培養自主學習和終身學習的能力。同時，它也要求教師更多地從學生的需求出發，關注學生的學習過程和個體發展，以提供更有效的教育支持和指導。

2“固體物理”課程教學現狀

對于新能源科學與工程的“固體物理”課程而言，主要的困難表現在如下三個方面。（1）課程的理論難度大。“固體物理”課程起著連接基礎理論和專業技術課程的橋梁作用，包含了大量的公式推導和晦澀的物理概念，通過研究微觀粒子及其運動規律來闡明固體宏觀的物理性質，對于沒有較強物理知識背景和數學能力的新能源科學與工程專業學生，往往覺得固體物理課程理解起來困難［1314］。（2）課程學時少。“固體物理”作為新能源科學與工程專業的核心課程，理論學時只有48學時，需要講述晶體結構、分析晶體結構的實驗方法、晶格振動和晶體的性質、金屬電子論、固體的能帶等內容，還需補充先行支撐課程知識，如統計物理與量子力學，使得教師只能匆忙完成教學大綱所規定內容，教學效果不理想［14］。（3）課程教學方式不靈活。“固體物理”是一門理論性強的課程，一般教師使用傳統的教學方式按照大綱和書本知識點進行理論講解教學，缺乏形象而容易接受的事例，讓學生無法將所學的固體物理知識與新能源科學與工程專業中的實際應用聯系起來，容易導致課堂氣氛不活躍，學生缺乏學習的興趣而學不懂，導致學生相應的工程應用能力沒有得到培養，不利于人才的綜合能力培養［15］。

3OBE理念在“固體物理”課程教學中的思考

針對新能源科學與工程專業“固體物理”課程存在的問題，可以結合OBE教育理念，對該課程的相關目標、教學實施及評價體系進行了思考，幫助學生更好地理解和應用物理概念，培養他們解決問題的能力和實踐技能。

（1）設定明確的課程目標，支撐培養目標，匹配學生實際需求。OBE理念注重培養目標的達成，要求畢業的達成度能夠支撐培養目標的達成，課程教學要求的達成度也能支撐畢業要求的達成，這需要保證教育目標與成果保持一致。因此，明確“固體物理”課程的培養目標包括：通過本課程的學習，使學生能夠了解固體物理學發展的基本情況，以及固體物理學對于近代物理和近代科技發展的作用，了解固體物理所研究的基本內容和固體物理研究前沿領域的概況；學生能夠掌握固體物理學的基本概念和基本規律，掌握晶體宏觀物理性質及其組成粒子之間相互作用與運動規律；學生能解釋晶體基本物理性質的微觀機理，具備自主學習的能力，并能培養應用固體物理學理論分析和處理問題的能力。這些目標與課程內容和學生的實際需求相匹配，以便評估學生的學習成果。

（2）優化教學內容，改變教學方式，提升學生的主體地位。固體物理課程不僅應該注重理論知識的學習，還應該培養學生的實踐技能，將固體物理的概念與實際情境相聯系，幫助學生將所學知識應用于解決實際問題。例如，通過制作金剛石的模型、使用計算機模擬工具等方式學習計算金剛石聲子譜和能帶結構，掌握原胞、倒格子、布里淵區等基本概念，形象掌握晶體色散關系和能帶理論。鼓勵學生在學習過程中積極參與，采用互動式的教學方法，激發學生的興趣和主動學習的態度。例如，設計鋰電池正極材料的探索性學習活動，讓學生通過鋰電池正極材料的結構，以及調研文獻數據體驗和探索固體物理的概念和現象。通過這些活動，學生可以自主發現和理解固體物理的相關原理，組織問題解決活動或項目驅動學習，鼓勵學生運用固體物理知識和理論來解決實際問題。例如，可以分組探索不同種類材料（單晶硅、石墨烯等）的晶體結構和能帶結構，提供這些真實材料的案例和挑戰，讓學生通過合作、調研、實驗等方式解決問題，并在過程中不斷反思和改進，鼓勵學生共同合作、討論和分享自己的觀點和理解，通過與他人的互動，學生可以相互學習、交流和促進彼此的思維發展。

（3）多元評價方式，提供反饋指導，客觀公正評估成果。除了傳統的考試評估，可以采用其他的評估方式來了解學生的學習成果和能力。例如，通過項目作業、合作項目報告等形式對學生的學習進行評估，作為最后總評分的一部分，以更全面地了解他們的知識和技能。及時提供學生的小組學習反饋，幫助他們在項目推進過程中糾正錯誤和改進學習策略。教師可以通過小組討論、個人反思、一對一輔導等方式與學生互動，提供個性化的指導和支持。鼓勵學生進行反思，讓他們思考自己在學習過程中的成長、遇到的困難以及解決問題的策略。同時，教師也可以透過學生的項目成果、展示和口頭表達等方式，對學生的學習成果進行評估和反饋。

結語

總之，新能源科學與工程專業的固體物理課程主要是為后面的半導體材料、光電材料、太陽能電池等應用器件作一個理論基礎的培養。一方面，我們要注意把基礎概念和理論講清楚，尤其注意在教學過程中培養理科解決問題的思維方式。要將所講述的固體物理內容和專業方向的應用聯系起來，讓學生能夠在學習的過程中感受到所講述的內容不是海市蜃樓，而是和專業和生活密切相關的具體實踐。另一方面，將OBE教育理念融入固體物理課程可以使學生更加主動地參與學習，培養實踐和解決問題的能力，并將所學知識應用于實際情境中，有助于激發學生的學習動機，提高他們在固體物理領域的發展和應用能力，促進他們的主動學習和終身學習能力的發展。

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作者簡介：陳長材（1991—），男，漢族，江西贛州人，博士，講師，研究方向：稀土磁性材料及其相關物理效應研究。