基于OBE理念的金屬材料綜合實驗課程教學實踐

文章編號：1671-489X（2025）06-0122-04""DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.06.122

0 引言

實踐教學在高層次創新型工程人才培養過程中發揮著重要作用。對工科專業的學生來說，實踐是根本，理論認知、能力提升、創新思維、品德養成等都離不開實踐教學[1]。實驗教學作為高等教育中實踐教學的重要組成部分，對培育學生的創新思維、實踐動手能力、綜合運用所學理論和實驗知識解決工程領域復雜問題的能力有著至關重要的作用[2-4]。

合肥工業大學金屬材料工程專業始建于1973年，2012年申請并通過工程教育專業認證，2018年通過工程教育專業認證復評，2019年獲批準為首批國家級一流本科專業建設點（“雙萬計劃”）。金屬材料工程專業是一個知識面涉及較廣且理論知識與工程實踐并重的應用型專業[5]，以培養具備扎實的專業知識，具有優良的綜合素質和創新精神、強烈的社會責任感、開闊的國際視野，能在金屬材料、材料表面工程、復合材料等領域從事新材料產品研發、工程設計等工作的科研與工程應用并重型高級專門人才為目標。在這一目標實現的過程中，金屬材料綜合實驗課程作為金屬材料工程專業重要的專業綜合實踐課，發揮著重要作用。

目前金屬材料綜合實驗課程存在三點問題：1）在實驗內容設置上，只是將幾個基礎實驗簡單糅合，并沒有體現出綜合性特點，創新性不夠，沒有起到基礎實驗和畢業論文之間的橋梁作用，達不到課程設定的培養目標；2）實驗教學過程中，不少學生缺乏學習熱情，學習效果不理想，跟不上新工科交叉融合、多元化人才培養的步伐；3）實驗考核比較片面，大多只關注實驗操作和實驗報告，不僅無法考查學生對本專業理論知識和實驗技能的掌握情況，也在一定程度上削弱了學生學習的積極性和主動性。究其原因：1）重教輕學，傳統的教育模式以教師為中心，教什么、如何教由教師決定，學生只是被動接受教師的安排完成實驗，主體意識不強，學習的主動性和積極性較差；2）學生對實驗課程的重要性認識不足，實驗興趣不高，自我要求低，依賴心理嚴重，對實驗內容沒有進行深入思考，只是按部就班地完成實驗，學習效果不好。因此，傳統的以教師為中心的人才培養理念難以適應高素質工程技術人才培養的要求，亟須改變。

1 OBE理念

成果導向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）是美國學者Spady等提出的[7]，基本理念是“以學生為中心、學生成果為導向、持續改進為重點”，被認為是實現卓越工程師教育的最佳途徑。OBE理念是一種先進且實用的教育理念，在促進專業建設和人才培養模式改革、保障和提高工程教育人才培養質量等方面具有重要意義，已被中國工程教育專業認證協會接受，并將其貫穿于工程教育認證標準中。目前，OBE理念在我國高等教育中已經有了較多的研究和實踐[8-10]

OBE模式主張以學生為中心，注重基于學習成果的教育成效評價，強調人才培養目標的明確和達成，要求緊緊圍繞促進學生達到培養目標（學習成果）來進行教學設計與實施，清楚聚焦學生學什么和怎么學，提供適切的教育環境，引導學生開展有意義學習，并制定適切的考核評價體系以科學全面地掌握學生的學習成效，引導學生“樂學、會學、學會”[1]。OBE 模式為解決重知輕行、重教輕學、學生主動性差等傳統教學模式的弊端提供了解決方案。筆者在金屬材料綜合實驗課程教學中引入OBE理念。在課堂上，教什么、如何教、何時教、如何評均由學生的具體情況決定；提高對學生的期待，給予學生更多的機會和挑戰，加強對學生學習策略和自主性的培養；鼓勵學生主動發現問題、制定解決方案，鍛煉其自主解決問題的能力，讓學生養成“會自己學、會做中學、會思中學”的良好習慣，激發學生學習的積極性和創造性，引導他們思考自我學習的意義，為就業和終身學習打下堅實基礎，從而培養出適應社會和市場需求的實用型與技術型并重的高素質人才。

2OBE理念在金屬材料綜合實驗課程教學中的應用

OBE理念強調以學生為中心，注重能力培養，而非知識灌輸，同時注重教學的系統化和持續改進。基于OBE理念和金屬材料工程專業的特征，立足現有的實驗教學環境，探索適切的教學模式，旨在培育學生解決復雜工程問題的能力、科學精神和創新意識，提升學生的綜合素質和工程實踐能力。

2.1 教學設計：反向設計

根據金屬材料工程專業的培養目標和畢業要求，結合金屬材料綜合實驗在專業中的定位，制定本課程的目標。課程目標與畢業要求的對應關系如表1所示。

基于OBE理念，根據課程目標反向設計教學內容。在傳統的教學設計中，如綜合實驗項目“鋼的熱處理及其結構、性能檢測”，在課程內容設置上往往是按照流程“標準試樣（20鋼、45鋼、60鋼、T8鋼等） $$ 熱處理 $$ 制備金相→觀察金相→性能檢測（硬度、拉伸、沖擊等）”開展。學生已經對熱處理工藝、金相的磨制、常見儀器設備（馬弗爐、磨拋機、硬度計等）的使用非常熟悉，但是對傳統標準鋼種的學習積極性不高，這很容易導致學生只是機械地完成實驗內容，解決實際問題的能力比較弱，難以激發創新精神，很難達到課程目標。因此，在實驗項目設置上，依據本課程的教學目標，專業綜合實驗的設計應有利于培養學生的創新思維和科學精神等綜合素質，提高學生解決工程領域復雜問題的能力。那么，實驗項目應設置為設計型的創新實驗，打開學生的思維，可以依據學科發展前沿設置具體實驗內容，激發學生的好奇心和探索科學實踐的興趣。該實驗項目內容的設置可從處理當前工程領域的實際典型鋼種出發，大到我國具有自主知識產權的大飛機C919所用鋼種鋁鋰合金，蛟龍號載人潛水器所用的高強度鋼、鋁合金和銅等，小到平時生活中的保溫杯、勺子、筷子等所使用的316L不銹鋼，讓學生自主選擇感興趣的鋼種，根據實際要求的性能制定相應的熱處理工藝，并對其組織結構和性能進行表征等，充分發揮學生的主體作用。選擇高端前沿或與生活息息相關的鋼種不僅能充分激發學生的學習興趣，還能提升學生解決實際工程問題的能力，增強學生對專業的認同感。在實驗教學過程中，還可以加入如何處理實驗室突發事故的內容，比如如何對馬弗爐短路引起的火災進行應急處理，這不僅可以培養學生處理實驗室事故的應急能力，還能增強他們的心理素質[12]。

由此，根據制定的課程目標反向進行課程設計，再采取適切的教學手段使課程設計支持課程目標的達成，課程目標和課程設計通過教學手段形成閉環。

2.2教學實施：以學生為中心

傳統的教學模式以教師為中心，在課堂中，教師是主角，一言堂、滿堂灌的現象很普遍，學生基本處在被動接受的狀態，缺乏獨立思考的空間，師生之間缺乏互動性[13]，學生的學習效果不夠理想。因此，亟須改變以教師為中心的教學模式。OBE理念特別強調教學過程中的輸出而不是輸入，也就是更關注學生學到了什么，而不是教師教了什么。在金屬材料綜合實驗課程教學中，將以學生為中心的理念貫穿全過程，教師擔任輔助角色，用示范、建設性介入、評價、診斷和反饋等策略，協助學生取得預期學習成果。實驗課程設置如下。

2.2.1 課前引導

在課前，教師介紹金屬材料綜合實驗課程在金屬材料工程專業課程體系中的地位、課程目標和學習此課程的意義等，并引導學生將學習目的聚焦在最終學習成果（課程目標）上。學生一旦意識到學習內容與目標有關，就觸發了有意義學習，能極大地激發學習潛能，取得高質高效的學習效果。

2.2.2 選題與設計

教師根據當前工程領域的實際案例提出多項實驗研究課題，召開選題會，介紹各個研究課題，供學生自主選擇。學生自由組建 4～5 人的實驗小組，推選一名組長，實行組長負責制，組長根據各組員意愿和特長對實驗項目的各個模塊進行明確分工，推動個人與團隊的有機結合和有效激勵[14]。在指導教師的協助下，學生自主查閱相關文獻，經團隊討論后，確定可行的實驗方案；經論證后，同一內容采用 2～3 種方案開展實驗研究，比較不同方案所得實驗結果，并分析不同方案的優劣勢。

2.2.3 實驗過程

學生按照經過論證的方案自主開展實驗研究，充分發揮主觀能動性；教師依據實驗方案、團隊特點等情況對每個團隊進行個性化指導，最終完成實驗項目。教師應明白學生不是標準化的產品，學習成果也不是統一的，因此，在指導過程中，應充分考慮學生的個體差異，尊重學生的基礎，做到有教無類，并不斷增加學習機會，保障每位學生都有取得學習成果的機會。當學生取得一定成果后，一定要適時給予鼓勵，讓學生看到自己的成長和變化，體會到學習帶來的成就感，進而激發其自發地全身心地投入學習，此種狀態下的學習效果持久且深刻；同時，教師根據實驗進展情況，適度提高對學生學習成果的期待，制定挑戰性更高的執行標準，以鼓勵學生深度學習，從而取得更好的學習成果。

2.2.4 考核評價

考核評價應根據學生在整個教學環節中展現出的多維狀態，對學生的學習成果進行系統的評估權衡，由原來的實驗操作和實驗報告成績為主調整為全過程多維度的考核評價模式。在實驗過程中，以學生自我評價為主，學生不斷地進行自我審視和反思總結，并在后續實驗中進行調整和改進，不斷挑戰自己，使自主性、獨立性和創造性得到發展。成績評定部分，對實驗預習（含文獻調研、實驗設計）、實驗操作（含實驗技能、原始數據、團隊合作、安全規范）、實驗報告（含數據處理、結果與討論、報告答辯）等方面進行達成度評價[15]。實驗報告部分要求學生提交實驗預習報告和綜合實驗總結報告，實驗預習報告需寫明本實驗的背景情況和開展本次實驗的必要性、該領域的研究進展和針對具體問題可能的解決方案；綜合實驗總結報告需闡明實驗方案的設計過程、明確最終的實驗方案和所用材料與設備，如實記錄實驗數據并總結實驗結果，相關數據需用圖表顯示，分析實驗結果的規律性，并作機理解釋。在最終成績中，實驗預習、實驗操作、實驗報告三部分的分配比例為 2：3：5 。整個實驗過程遵循“鼓勵創新、允許失敗”的原則，即使失敗，只要能對失敗的原因作出清晰有條理的分析，給出合理的解釋，同樣能取得好成績[16]。

在整個教學實施過程中，做到“兩性一度”（高階性、創新性、挑戰度），將動腦與動手、個人與團隊、知識與能力、科學與工程有機結合起來，培養學生的創新能力、團隊協作精神和解決金屬材料工程領域復雜問題的綜合能力與高階思維。

2.3教學評估：持續改進

持續改進是OBE理念的核心，想要持續改進，就必須全面掌握學生的情況。因此，在課前、課中和課后實時監測學情，在課程結束后科學合理地開展課程考核，并開展問卷調查。根據學情監測、考核成績和問卷調查等情況，按照課程目標與畢業要求的對應關系，評估課程目標的達成度。分析學生的學習效果，聽取他們對課程的建議與意見，縱向監測教學中存在的問題和學生的學習效果，反哺教學設計，持續改進教學內容和教學過程，形成閉環。

3 結束語

基于OBE理念，對金屬材料綜合實驗課程的教學模式進行改革，實現了從以教師為中心向以學生為中心的轉變、從重知輕行到知行合一的轉變，極大地調動了學生的積極性和學習熱情，激發了他們的個人潛能，提升了他們的高階能力，如創造性思維、分析和綜合信息的能力、策劃和組織能力、應急能力、團隊協作能力和解決復雜工程問題的能力等。

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