基于成果導(dǎo)向的“材料研究方法”課程教學(xué)設(shè)計(jì)

唐正霞 王威 管航敏 汪園園 趙毅杰 孫孿鴻

摘?要：“材料研究方法”是材料類重要的專業(yè)核心課程，其課程質(zhì)量對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量起著重要作用。本文基于以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向教育理念，提出適用于應(yīng)用型本科院校的“材料研究方法”課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的設(shè)計(jì)思路，主要特點(diǎn)是輕儀器結(jié)構(gòu)原理重分析原理和方法、科研案例教學(xué)、虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真教學(xué)和課程思政價(jià)值引領(lǐng)作用。通過本文討論，以期對(duì)促進(jìn)成果導(dǎo)向的“材料研究方法”課程設(shè)計(jì)和課程質(zhì)量提高有一定的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向；材料研究方法；課程；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

成果導(dǎo)向（outcome-based education，OBE）是工程教育認(rèn)證的核心理念［1］，以學(xué)生為中心的工程教育認(rèn)證更加關(guān)注教育的結(jié)果和產(chǎn)出，根據(jù)教育產(chǎn)出要求制定人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量［2］。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，課程質(zhì)量和課程目標(biāo)是專業(yè)畢業(yè)要求達(dá)成度的決定因素。成果導(dǎo)向課程改革需要以學(xué)生為中心進(jìn)行課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和課程教學(xué)手段設(shè)計(jì)。國內(nèi)成果導(dǎo)向的課程教育理念引入時(shí)間較短，仍需要不斷探索。

“材料研究方法”是本校江蘇省一流本科專業(yè)材料科學(xué)與工程的專業(yè)核心課程。本課程是進(jìn)行材料科學(xué)研究和工程技術(shù)開發(fā)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，是了解材料微觀結(jié)構(gòu)和改進(jìn)性能不可缺少的工具，課程著重講授運(yùn)用重要儀器分析方法研究材料結(jié)構(gòu)成分等內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容針對(duì)我校本科學(xué)生的生源及就業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合我校材料學(xué)科在材料研究方面的優(yōu)勢(shì)，突出材料科學(xué)與工程專業(yè)的特色，旨在使學(xué)生具備材料結(jié)構(gòu)分析表征所需的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。主要內(nèi)容包括粉末X射線衍射、電子顯微、熱分析、紅外光譜和拉曼光譜等分析方法原理、測(cè)試方法、樣品制備方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析處理。目前《材料研究方法》教材內(nèi)容滯后，更新慢，依據(jù)現(xiàn)代應(yīng)用型本科教育教學(xué)要求，本專業(yè)老師自編并出版了《材料研究方法》教材1部（已獲得校級(jí)重點(diǎn)教材），同時(shí)，也為本課程教學(xué)內(nèi)容的開展提供重要支撐。本課程依托材料科學(xué)與工程校級(jí)“課程思政”示范專業(yè)，前期已開展了成體系的專業(yè)“課程思政”教育。通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等多方面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“課程思政”的融入，達(dá)到了較好的思政教育效果。

“材料研究方法”課程目前普遍存在的問題有：（1）材料研究的測(cè)試方法種類繁多，內(nèi)容涉及測(cè)試方法原理和測(cè)試儀器原理，理論復(fù)雜且深?yuàn)W，學(xué)生消化吸收困難，因此需要根據(jù)不同的需求進(jìn)行內(nèi)容的取舍選擇。（2）由于課程涉及的儀器價(jià)格昂貴，難以讓學(xué)生動(dòng)手操作，因此實(shí)驗(yàn)實(shí)踐訓(xùn)練不足［3］。本文基于成果導(dǎo)向，針對(duì)“材料研究方法”課程存在的主要問題，探討該課程的課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和教學(xué)手段設(shè)計(jì)思路。

2 課程教學(xué)設(shè)計(jì)總體思路

“材料研究方法”在線開放課程的設(shè)計(jì)理念以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)。課程設(shè)計(jì)主要包括教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)手段設(shè)計(jì)。依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和本課程在專業(yè)中的定位，設(shè)計(jì)了具體的課程目標(biāo)，而每個(gè)課程目標(biāo)又對(duì)應(yīng)專業(yè)人才培養(yǎng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。根據(jù)課程目標(biāo)確定課程內(nèi)容，反過來，進(jìn)行合適的教學(xué)手段設(shè)計(jì)使課程內(nèi)容支撐課程目標(biāo)達(dá)成，課程目標(biāo)和課程內(nèi)容通過教學(xué)手段形成閉環(huán)。

3 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

如引言中所述，材料研究的測(cè)試方法繁多，每種方法測(cè)試內(nèi)容涉及儀器結(jié)構(gòu)原理、測(cè)試方法原理、樣品制備方法、測(cè)試結(jié)果分析方法。材料專業(yè)學(xué)習(xí)本課程的主要目的是進(jìn)行材料的成分和結(jié)構(gòu)研究，而所涉及的測(cè)試儀器價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生難以有機(jī)會(huì)動(dòng)手操作，儀器結(jié)構(gòu)原理的掌握與否并不影響測(cè)試方法用于材料研究的目的。因此，本課程制定課程目標(biāo)時(shí)對(duì)儀器結(jié)構(gòu)理解不做要求。另一方面，由于本課程在材料類專業(yè)本科和研究生均是專業(yè)核心課程，因此在本科階段，尤其作為應(yīng)用型本科院校，對(duì)測(cè)試方法只要求掌握最基礎(chǔ)的應(yīng)用及原理，更高階知識(shí)在研究生階段繼續(xù)學(xué)習(xí)。基于以上分析，本課程以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為導(dǎo)向，從知識(shí)要求、能力要求和價(jià)值引領(lǐng)三方面制定本課程的教學(xué)目標(biāo)——闡明材料科學(xué)領(lǐng)域主要研究方法，使學(xué)生掌握常用研究方法的基本原理、適用范圍、樣品制備方法和數(shù)據(jù)處理分析方法，具備利用主要的測(cè)試方法對(duì)材料進(jìn)行初步研究的基本能力，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量安全意識(shí)和持續(xù)改進(jìn)的職業(yè)素養(yǎng)。

具體的有如下三個(gè)目標(biāo)，每個(gè)目標(biāo)均考慮知識(shí)要求、能力要求和價(jià)值引領(lǐng)三方面，如表1。

4 線上教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)課程目標(biāo)要求，選擇X射線衍射法、電子顯微分析法、熱分析方法和光譜分析法四個(gè)知識(shí)模塊，將其建設(shè)成在線開放課程。對(duì)照教學(xué)目標(biāo)要求，對(duì)教學(xué)任務(wù)進(jìn)行分解重構(gòu)，將教學(xué)內(nèi)容拆解細(xì)分為短小精悍的知識(shí)點(diǎn)模塊，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)到畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)連貫，形成有機(jī)的整體。為了知識(shí)點(diǎn)連貫，就相關(guān)知識(shí)點(diǎn)提出能夠促進(jìn)學(xué)生深入思考的討論題和思考題，并借助拓展資料，引導(dǎo)學(xué)生在討論和思考的過程中自然過渡到下一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，討論題要起到價(jià)值引領(lǐng)的作用，引導(dǎo)學(xué)生在討論中樹立質(zhì)量安全意識(shí)，養(yǎng)成持續(xù)改進(jìn)的職業(yè)素養(yǎng)。

5 教學(xué)手段設(shè)計(jì)

教學(xué)手段是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的紐帶，分為課程目標(biāo)達(dá)成教學(xué)手段和課程目標(biāo)達(dá)成度檢測(cè)教學(xué)手段兩方面。課程目標(biāo)達(dá)成教學(xué)手段設(shè)計(jì)目的是促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化吸收，達(dá)到本課程的能力要求，養(yǎng)成本課程要求的職業(yè)素養(yǎng)，達(dá)成課程對(duì)知識(shí)、能力和價(jià)值引領(lǐng)的目標(biāo)。課程目標(biāo)達(dá)成度檢測(cè)教學(xué)手段設(shè)計(jì)主要是檢測(cè)本課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度。

5.1 課程目標(biāo)達(dá)成教學(xué)手段設(shè)計(jì)

成果導(dǎo)向教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，課程教學(xué)過程要促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化吸收，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，在主動(dòng)學(xué)習(xí)過程中深入思考，提高學(xué)習(xí)能力。主要的教學(xué)手段有：微視頻、作業(yè)、案例分析、討論、拓展資料、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。微視頻制作要兼顧知識(shí)性和趣味性，選擇適合學(xué)生年齡特點(diǎn)的風(fēng)格特點(diǎn)，制作盡可能精美，對(duì)學(xué)生有吸引力。作業(yè)是促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化吸收的重要途經(jīng)，作業(yè)題目要精心挑選，難度適合，內(nèi)容有代表性，控制好合適的作業(yè)量，過少起不到鞏固知識(shí)的目的，過多又會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。討論題對(duì)學(xué)生加深理論知識(shí)理解十分關(guān)鍵，因此教師需要編制高質(zhì)量的、有代表性、能夠促進(jìn)學(xué)生深入思考的討論題。例如，讓學(xué)生討論同一晶體以不同的陽極靶材產(chǎn)生的X射線測(cè)試的XRD譜圖截然不同的原因，加深布拉格方程體現(xiàn)的入射線波長、晶體的晶面間距和衍射角的關(guān)系。

5.1.1 科研案例教學(xué)，導(dǎo)師制培養(yǎng)

材料研究方法極具理論性和前沿性，對(duì)教師的理論水平和創(chuàng)新能力要求高。需要教師不僅有深厚的理論基礎(chǔ)，而且要時(shí)刻關(guān)注最新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)教師均為材料學(xué)博士，在自身從事材料研究時(shí)，必須對(duì)材料進(jìn)行測(cè)試表征，教師必須掌握常規(guī)的材料測(cè)試研究方法。每位團(tuán)隊(duì)成員發(fā)揮自身特長，負(fù)責(zé)一種測(cè)試方法，能夠做到精耕細(xì)作，發(fā)揮更好的作用。應(yīng)用型本科教育要求我們重視基礎(chǔ)理論的教學(xué)，同時(shí)需要增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力?！安牧涎芯糠椒ā闭n程以“理論與實(shí)踐相結(jié)合”為主要策略。通過專業(yè)老師帶領(lǐng)學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題研究，以實(shí)際科研項(xiàng)目作為教學(xué)案例，并以其原始真實(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行處理分析，使學(xué)生真正學(xué)會(huì)每種測(cè)試方法的應(yīng)用和數(shù)據(jù)處理分析方法。選擇學(xué)生感興趣的案例進(jìn)行分析，將有助于學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化和遷移。

5.1.2 虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

“材料研究方法”課程對(duì)理論與實(shí)踐要求較高，要求學(xué)生學(xué)會(huì)測(cè)試技術(shù)與分析結(jié)果。然而，材料的測(cè)試設(shè)備一般都較為昂貴，例如一臺(tái)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡價(jià)格在400萬元以上，難以滿足學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作的實(shí)踐需求。采用虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過多次重復(fù)操作虛擬仿真設(shè)備，掌握大型測(cè)試設(shè)備的操作方法，培養(yǎng)了動(dòng)手能力。而數(shù)據(jù)分析過程則以專業(yè)教師或者學(xué)生實(shí)際參加的科研項(xiàng)目的真實(shí)科研數(shù)據(jù)作為案例，在信息化機(jī)房由團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。通過虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，既克服了大型貴重儀器無法動(dòng)手操作的難題，又克服了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)虛擬數(shù)據(jù)無法實(shí)際動(dòng)手分析處理的困難，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

5.1.3 課程思政

在教學(xué)過程中增加課程思政，在PPT和討論過程中有意識(shí)地引入課程思政元素，對(duì)學(xué)生進(jìn)行“潤物細(xì)無聲”的思政教育。例如，傳統(tǒng)理論認(rèn)為顯微分析的分辨率極限是02微米，但是隨著新的技術(shù)出現(xiàn)，電子顯微分析、熒光超分辨顯微分析等技術(shù)都突破了分辨率極限至納米級(jí)甚至原子陣列。通過課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、不斷突破的科學(xué)精神。拉曼分析與紅外分析均可以用于有機(jī)物結(jié)構(gòu)分析，譜圖的峰位互相對(duì)應(yīng)，前者對(duì)于非極性分子后者對(duì)于極性分子更敏感。通過小組討論，學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中實(shí)踐唯物辯證法的方法論，理解事物之間是互相聯(lián)系的。

5.2 課程目標(biāo)達(dá)成度檢測(cè)手段設(shè)計(jì)

課程目標(biāo)達(dá)成度檢測(cè)教學(xué)手段設(shè)計(jì)的目的在于檢測(cè)本課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，利用超星學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多重考核，包括討論過程和學(xué)習(xí)總結(jié)體現(xiàn)出的知識(shí)理解程度和職業(yè)素養(yǎng)、思考題體現(xiàn)的深入思考和拓展學(xué)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、章節(jié)測(cè)試和期末測(cè)試。綜合這幾方面考核計(jì)算課程達(dá)成度，客觀反映本課程在知識(shí)、能力和價(jià)值引領(lǐng)方面的目標(biāo)達(dá)成情況，以便于后續(xù)教學(xué)過程中持續(xù)改進(jìn)。課程對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)考核方法如表2所示。

結(jié)語

隨著工程認(rèn)證教育的深入開展，以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向教育理念被逐步推廣。課程作為人才培養(yǎng)質(zhì)量的核心要素，對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。本文基于以學(xué)生為中心的成果導(dǎo)向，提出應(yīng)用型本科院?！安牧涎芯糠椒ā闭n程教學(xué)設(shè)計(jì)思路，以期促進(jìn)該課程的教學(xué)質(zhì)量，對(duì)成果導(dǎo)向的課程教學(xué)設(shè)計(jì)有一定的參考和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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*通訊作者：唐正霞（1976—?），女，漢族，江蘇鹽城人，博士，副教授，研究方向：光電功能材料。