基于OBE 理念的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”一流本科課程建設(shè)研究與實(shí)踐

劉 麗，趙相金，孫學(xué)勤

（1.煙臺(tái)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264005；2.煙臺(tái)大學(xué)核裝備與核工程學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264005）

OBE 理念是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，縮寫為OBE），美國學(xué)者斯派帝把OBE 定義為“清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學(xué)生獲得在未來生活中獲得實(shí)質(zhì)性成功的經(jīng)驗(yàn)。”O(jiān)BE強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程后所取得的學(xué)習(xí)成果。課程要從最終的學(xué)習(xí)成果出發(fā)，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，通過各種考核方式評估學(xué)生是否能夠達(dá)到相應(yīng)的要求，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，并提出改革措施。一流課程的建設(shè)和OBE 的教育理念是相融合的，一流課程的“道”就是“一切為了學(xué)生的成長與發(fā)展”，學(xué)生好，才是專業(yè)好；課程好，學(xué)生才能好。因此如何在教學(xué)過程中貫徹落實(shí)OBE 理念，成為課程改革和建設(shè)的重要工作。以煙臺(tái)大學(xué)”材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程為例，淺談基于OBE 理念建設(shè)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”線下一流本科課程的研究與實(shí)踐。

1 基于OBE 理念的”材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程目標(biāo)與課程設(shè)計(jì)

1.1 課程目標(biāo)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料科學(xué)與工程專業(yè)和金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)核心課，也是學(xué)生最先接觸的必修的學(xué)科基礎(chǔ)課和碩士研究生入學(xué)考試課程，是前期基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)和后期專業(yè)課學(xué)習(xí)的知識橋梁。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解并掌握材料科學(xué)中的共性規(guī)律，為將來進(jìn)行新材料設(shè)計(jì)及研發(fā)奠定必要的理論基礎(chǔ)。

該課程堅(jiān)持以立德樹人為根本，遵循我校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的辦學(xué)定位，依據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)擬定知識探索、能力建設(shè)和人格養(yǎng)成三個(gè)課程目標(biāo)。其中知識探索主要是使學(xué)生充分掌握材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論、深入理解材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝、性能間的關(guān)系和變化規(guī)律，能從材料組成-結(jié)構(gòu)-加工工藝-性能相互聯(lián)系的角度理解、解釋材料制備、使用過程中的各種化學(xué)、物理現(xiàn)象和性能。能力建設(shè)方面是強(qiáng)化學(xué)生的高階思維方式，能夠運(yùn)用專業(yè)知識解決材料生產(chǎn)應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題，能根據(jù)材料研究的需求查閱資料、開展實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)，并得到正確結(jié)論。人格養(yǎng)成是指使學(xué)生具備一定的科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，具備理解職業(yè)道德、專業(yè)倫理與認(rèn)識社會(huì)責(zé)任、堅(jiān)定理想追求和信仰的能力，具備項(xiàng)目管理、有效溝通協(xié)調(diào)與團(tuán)隊(duì)合作能力。

1.2 課程設(shè)計(jì)

該課程秉承“以學(xué)生為中心”，堅(jiān)持立德樹人，將育人理念貫穿授課全過程，強(qiáng)化學(xué)生的工程倫理教育和精益求精的大國工匠精神；堅(jiān)持產(chǎn)出導(dǎo)向，按照學(xué)生“需要什么，適合什么”重塑課程內(nèi)容，按照“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心”，創(chuàng)新教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；堅(jiān)持持續(xù)改進(jìn)，通過建立多元化課程考核模式，動(dòng)態(tài)監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)反饋，分析考核結(jié)果、收集反饋信息，及時(shí)采取應(yīng)對措施。

2 課程實(shí)施

2.1 重塑教學(xué)內(nèi)容，完善“知識傳授-能力培養(yǎng)-價(jià)值塑造”的三維內(nèi)容體系

整合教學(xué)內(nèi)容。以上海交通大學(xué)出版社出版的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》作為主教材，該教材側(cè)重于基本概念和基礎(chǔ)理論的論述，兼顧到不同材料的特點(diǎn)及知識體系內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系，我們對該教材的內(nèi)容進(jìn)行了“揚(yáng)棄”，突出教學(xué)內(nèi)容的問題導(dǎo)向性。通過材料科學(xué)四面體（成分-工藝-結(jié)構(gòu)-性能）這一主線闡述“材料的成分、組織結(jié)構(gòu)決定材料性能”這一材料科學(xué)核心問題，強(qiáng)調(diào)基本理論、基本概念和基本技能的教授，注重學(xué)生基本工程思維方式的培養(yǎng)。同時(shí)我們還大量引用Wiley 出版社出版的《Materials Science and Technology》中的內(nèi)容對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和詮釋。

科研成果和關(guān)鍵工程案例進(jìn)課堂。以教學(xué)基本要求為出發(fā)點(diǎn)，在教學(xué)過程的各環(huán)節(jié)上將與“材科”密切相關(guān)的理論、技術(shù)及研究成果通過適當(dāng)?shù)男问饺诤系绞谡n內(nèi)容中去以增大教學(xué)內(nèi)容的信息量，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的新穎性和時(shí)代性，以提高教學(xué)效果。例如在講解柯肯達(dá)爾效應(yīng)時(shí)，首先由標(biāo)記面遷移后產(chǎn)生的空洞引發(fā)學(xué)生思考空洞對材料會(huì)產(chǎn)生哪些不利影響，再通過介紹西安交通大學(xué)單智偉教授在Nature Communication 上發(fā)表的一篇利用柯肯達(dá)爾效應(yīng)制備性能優(yōu)異的空心納米晶體的文章將辯證唯物主義思想、方法論貫穿到課堂教學(xué)中去，一方面幫助學(xué)生加深對自然科學(xué)知識的理解，另一方面潛移默化地幫助學(xué)生樹立正確的世界觀，掌握科學(xué)的方法論。在介紹材料表面時(shí)，結(jié)合自己的科研項(xiàng)目—非晶合金疏水表面的制備來給同學(xué)們介紹超疏水表面的特點(diǎn)、制備及應(yīng)用。通過把前沿研究成果和基本知識結(jié)合起來，一方面培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，另一方面引導(dǎo)學(xué)生深入思考所學(xué)知識會(huì)用在什么地方，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和工程能力。

全程貫穿課程思政理念。注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，將道德、人文關(guān)懷、價(jià)值觀念有機(jī)融入課程的思政教學(xué)目標(biāo)。”材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程學(xué)習(xí)中需要刻苦的鉆研精神和分析、解決復(fù)雜問題的能力，這與當(dāng)前所提倡的“工匠精神”，創(chuàng)新開拓精神是緊密結(jié)合的。在課程講述中通過介紹材料科學(xué)的發(fā)展幫助學(xué)生樹立專業(yè)自信心，通過專業(yè)典型人物幫助學(xué)生樹立社會(huì)責(zé)任感，通過新材料的開發(fā)應(yīng)用激勵(lì)學(xué)生奮發(fā)圖強(qiáng)，為國家振興而努力學(xué)習(xí)。例如通過介紹F-R 位錯(cuò)源的命名故事告知學(xué)生學(xué)術(shù)交流的重要性，對于國家發(fā)展也是如此，正如習(xí)近平總書記所說“我們的事業(yè)是向世界開放學(xué)習(xí)的事業(yè)。關(guān)起門來搞建設(shè)不可能成功。我們要堅(jiān)持對外開放的基本國策不動(dòng)搖，不封閉，不僵化，打開大門搞建設(shè)、辦事業(yè)?！痹谥v解晶體結(jié)構(gòu)時(shí)通過介紹2018 年的“傷芯”之痛，讓學(xué)生認(rèn)識到，處于信息時(shí)代而不擁有芯片制造技術(shù)是多么可怕的一件事。芯片的制造需要高質(zhì)量的晶體，而高質(zhì)量晶體的生長及其后的器件制備，是需要有懂晶體學(xué)的科學(xué)家和工程師的，以此來激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)、科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

2.2 改革教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變教學(xué)角色，突出產(chǎn)出導(dǎo)向，建立以O(shè)BE 為導(dǎo)向的互動(dòng)式教學(xué)模式

通過線上知識學(xué)習(xí)和線下能力鍛煉有機(jī)結(jié)合，突出學(xué)生學(xué)習(xí)主體。建立線上課程資源，課程基本信息，使學(xué)生明確課程學(xué)習(xí)的目的、內(nèi)容、方法和學(xué)習(xí)要求；課件、微視頻、學(xué)科前沿等可以方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)課堂內(nèi)容；練習(xí)題、自測題、試卷、在線討論等可以幫助學(xué)生課下鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。

線下課堂教學(xué)采取問題探究和興趣啟發(fā)教學(xué)策略，實(shí)施“課前預(yù)習(xí)、課中討論講授、課后拓展答疑”三位一體的教學(xué)過程。課前，教師通過在線平臺(tái)將部分簡單易于理解的內(nèi)容、學(xué)科前沿內(nèi)容以文本、視頻和音頻形式供學(xué)生課下自學(xué)完成；同時(shí)發(fā)放學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)課件，查閱資料，小組討論，通過檢測了解學(xué)生反饋，并設(shè)計(jì)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。課中，采用引入問題、梳理知識、拓展應(yīng)用進(jìn)行課堂講授，在理論講解中融匯哲學(xué)思維，精選學(xué)科前沿和例題作為知識拓展，并開展隨機(jī)提問和小組討論，通過學(xué)生代表上臺(tái)講授、同學(xué)間辯論、老師點(diǎn)評等教學(xué)方法增加學(xué)生投入。課后，針對課堂上的知識點(diǎn)，結(jié)合教師承擔(dān)的科研任務(wù)和工程實(shí)際中可能遇到的一些問題專門設(shè)計(jì)一些課題，以小組形式要求學(xué)生課后通過查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，小組討論后完成小論文，每天安排老師負(fù)責(zé)答疑。

例如在介紹合金相結(jié)構(gòu)時(shí)，首先讓學(xué)生通過在線平臺(tái)觀看《國家寶藏》越王勾踐劍專題片，并在線討論“越王勾踐劍”寶劍雖然是由青銅鑄成的，但劍刃卻如此鋒利，其原因何在？從而將合金相概念初步引入，課中通過講解告訴學(xué)生可通過調(diào)控成分、相等改變材料的性能。接著從學(xué)生熟知的鋼鐵材料入手，引導(dǎo)學(xué)生思考鋼和鐵二者有何區(qū)別，性能有何不同，從而加強(qiáng)學(xué)生對成分-結(jié)構(gòu)-性能的認(rèn)知。高強(qiáng)度鋁合金是重要的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料,在航天、航空、船舶、核工業(yè)及兵器工業(yè)等有著廣泛的應(yīng)用前景及不可替代的地位，課后讓學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、小組討論后總結(jié)通過什么手段可以既提高鋁合金的強(qiáng)度同時(shí)不降低其塑性，其原理和具體的工藝是什么，不僅使學(xué)生加深對理論知識的理解，又鍛煉了學(xué)生解決問題的能力。

2.3 建立多元考核評價(jià)方法，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)反饋，教學(xué)效果評價(jià)具有個(gè)性化和可探究性

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)采用終結(jié)性評價(jià)和過程性評價(jià)相結(jié)合的評價(jià)機(jī)制，既能讓學(xué)生了解自己每個(gè)階段的學(xué)習(xí)情況，又能在最后有個(gè)全面細(xì)致的總結(jié)，能夠?qū)ζ湔麄€(gè)學(xué)習(xí)情況有更加全面、真實(shí)、準(zhǔn)確的評價(jià)。終結(jié)性評價(jià)和過程性評價(jià)，所占比例各為50%。過程性評價(jià)包括四部分內(nèi)容，課前預(yù)習(xí)檢測成績10%，各小組討論成績15%，各小組討論自評成績15% ，書面作業(yè)成績10% 。課前預(yù)習(xí)檢測成績主要是學(xué)生課前在線學(xué)習(xí)情況包括在線預(yù)習(xí)、觀看在線視頻、完成在線測試、在線討論等；各小組討論成績是課堂小組討論的結(jié)果，由小組組長代表本小組在全班發(fā)言，根據(jù)發(fā)言次數(shù)，發(fā)言內(nèi)容的準(zhǔn)確度等進(jìn)行評分；各小組討論自評成績是小組內(nèi)每位學(xué)生先自評，再對小組其他成員進(jìn)行評分，所有小組成員的分?jǐn)?shù)相加，再進(jìn)行平均，就是這一位同學(xué)的最終得分；書面作業(yè)主要是指學(xué)生完成自編輔助學(xué)習(xí)教材《材料科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題》的情況，根據(jù)學(xué)生完成的數(shù)量和準(zhǔn)確度進(jìn)行評分。終結(jié)性評價(jià)以期末考試為主，考試題目設(shè)置多樣化，適當(dāng)加入工程實(shí)際案例分析題，除了檢驗(yàn)學(xué)生對基本理論、基礎(chǔ)知識的理解和掌握外，還綜合考查學(xué)生利用基礎(chǔ)知識分析解決實(shí)際問題及綜合應(yīng)用等能力。

3 結(jié)語

煙臺(tái)大學(xué)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程組基于OBE 教學(xué)理念對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核評價(jià)進(jìn)行了嘗試與改革，并取得了明顯的效果。課程建設(shè)質(zhì)量的提高是一個(gè)永恒的主題，課程團(tuán)隊(duì)將結(jié)合高等教育理念的發(fā)展持續(xù)進(jìn)行課程改革。