基于OBE理念的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

摘 要 在全球化和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代背景下，高等教育正面臨前所未有的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇。Outcome-Based Education（OBE，成果導(dǎo)向教育）作為一種先進(jìn)的教育理念，其強(qiáng)調(diào)教育成果與社會(huì)需求的對(duì)接，特別是理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，OBE的引入對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量都具有重要意義。掃描電鏡作為材料學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和科研能力的培養(yǎng)。文章旨在探討基于OBE理念探索掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，系統(tǒng)分析OBE理念下的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，推動(dòng)高等教育創(chuàng)新，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)，為理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有益參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 OBE理念；電鏡實(shí)驗(yàn)；教育創(chuàng)新；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.3.016

Exploration of Experimental Teaching Reform of Scanning Electron

Microscopy Based on OBE Concept

CHENG Junchao， ZHANG Qian， LIU Qiancheng

（Institute for Advanced Study， Chengdu University， Chengdu， Sichuan 610106）

Abstract In the era of globalization and knowledge economy， higher education is facing unprecedented challenges and opportunities for development. As an advanced educational concept， Outcome-Based Education （OBE） emphasizes the connection between educational outcomes and social needs， especially in the field of science and engineering experimental teaching. The introduction of OBE is of great significance for improving teaching quality and talent training quality. As an important experimental equipment in materials science， physics， biology and other disciplines， the quality of SEM experiment teaching is directly related to the cultivation of students' experimental skills and scientific research ability. This paper aims to explore the experimental teaching reform of SEM based on OBE concept， systematically analyze the experimental teaching strategy of SEM based on OBE concept， promote the innovation of higher education， cultivate students' practical ability and innovation ability， and provide useful reference and reference for the experimental teaching of science and engineering.

Keywords OBE concept; electron microscope experiment; educational innovation; teaching strategy

當(dāng)前，高等教育環(huán)境正處于快速變革之中，全球化步伐的加快和技術(shù)的日新月異對(duì)教育領(lǐng)域提出了更高的要求，尤其在科學(xué)技術(shù)教育領(lǐng)域，對(duì)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、解決問題能力以及創(chuàng)新思維能力的要求日益增長。這種趨勢(shì)迫使高等教育機(jī)構(gòu)必須重新審視和調(diào)整其教育策略和教學(xué)方法。在此背景下，Outcome-Based Education（OBE）理念被廣泛應(yīng)用，該理念的核心在于確保教育活動(dòng)圍繞預(yù)定的學(xué)習(xí)成果展開，這一轉(zhuǎn)變意味著教育的重點(diǎn)從教學(xué)過程轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)成果[1]。這種以結(jié)果為導(dǎo)向的教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，更注重學(xué)生的能力培養(yǎng)和實(shí)際應(yīng)用。

掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)在材料學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等相關(guān)專業(yè)課程中扮演著重要角色，其教學(xué)效果直接影響學(xué)生未來在科研、工業(yè)等領(lǐng)域的競爭力。傳統(tǒng)的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)忽略了學(xué)生的個(gè)性化需求和創(chuàng)新能力的提升，因此將OBE理念融入掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅能提升教學(xué)質(zhì)量，還能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)探究能力和問題解決能力，更好地適應(yīng)未來社會(huì)的需求。本文通過綜合分析OBE理念和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，提出一種基于OBE理念的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革模式，旨在為掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新和改革提供理論依據(jù)和實(shí)踐指南。通過這樣的教學(xué)改革，我們期待能夠培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)變革、具備扎實(shí)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力的新一代學(xué)生。

1" OBE理念及其在掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要性

1.1" "OBE理念概述

在傳統(tǒng)的教育模式中，教師的教授內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度以及教學(xué)方法往往都是固定的，這忽視了學(xué)生個(gè)體的差異和特定的學(xué)習(xí)需求。OBE理念的提出，正是源于對(duì)傳統(tǒng)教育模式的深刻反思。OBE理念的核心，在于確保教育過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊密圍繞預(yù)定的學(xué)習(xí)成果展開。這些成果不僅包括知識(shí)的掌握，更重要的是學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。這意味著，教學(xué)方法、課程內(nèi)容和評(píng)價(jià)方式等都需要基于這些學(xué)習(xí)成果進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

1.2" 成果導(dǎo)向教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的比較

相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，OBE更注重學(xué)生的最終學(xué)習(xí)成果[2]。這種轉(zhuǎn)變會(huì)使教育重點(diǎn)從教師的教授轉(zhuǎn)移到學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，教學(xué)方法更加靈活多樣，能夠適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。學(xué)生的評(píng)估方式更為全面，不僅基于考試成績，還包括實(shí)踐技能、創(chuàng)新思維等多維度評(píng)價(jià)。OBE的課程設(shè)計(jì)原則要求教育者在設(shè)計(jì)課程時(shí)，從學(xué)習(xí)成果出發(fā)，反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和活動(dòng)[3]。在課程實(shí)施過程中，還需要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行持續(xù)的評(píng)估和反饋，以確保每個(gè)學(xué)生都能在不同的階段獲得必要的支持，最終達(dá)到預(yù)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.3" 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入OBE理念的重要性

掃描電鏡是一種廣泛應(yīng)用于材料學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備[4]。現(xiàn)在的掃描電鏡通常還裝配有能譜分析和電子背散射衍射等多個(gè)探頭，能夠獲取材料的表面形貌、晶體取向、晶粒尺寸、元素分布等豐富信息。例如，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的拉伸斷口形貌進(jìn)行觀察可以揭示其破壞機(jī)理；對(duì)晶體的取向進(jìn)行表征可以分析材料的織構(gòu)強(qiáng)弱。在掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，OBE理念的應(yīng)用十分重要。首先，掃描電鏡實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握樣品處理、電鏡操作和數(shù)據(jù)分析等技能，這需要以實(shí)踐成果為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)。其次，根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握程度，教師可以為每位學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。最后，基于OBE理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，還能提升其問題解決能力和創(chuàng)新思維能力。

2" 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1" 教師角色和教學(xué)方法單一

掃描電鏡具有設(shè)備昂貴、精密以及操作復(fù)雜等特點(diǎn)[5]。設(shè)備一旦出現(xiàn)問題，維修或維護(hù)周期長、費(fèi)用高。因此，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通常先講解理論知識(shí)，然后進(jìn)行演示操作，只有極個(gè)別學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)（無法做到人人動(dòng)手操作）。在這種模式下，教師的教學(xué)方法相對(duì)單一，往往缺乏引導(dǎo)學(xué)生深入思考的策略，較少考慮到個(gè)體差異和需求，忽視了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2" 教學(xué)資源與環(huán)境不足

正是由于掃描電鏡的采購和正常運(yùn)行均需要昂貴的費(fèi)用支持，一般地方高校配備數(shù)量很少[5]。我校高等研究院僅有兩臺(tái)，需要承擔(dān)本科畢設(shè)、研究生培養(yǎng)、科學(xué)研究和對(duì)外服務(wù)等多重任務(wù)，電鏡機(jī)時(shí)常常“供不應(yīng)求”。傳統(tǒng)模式下，教學(xué)資源多為教材和PPT，而電鏡原理視頻、操作流程視頻及模擬仿真系統(tǒng)等教學(xué)資源的運(yùn)用不足。此外，由于受到資源與環(huán)境的限制，電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常與材料力學(xué)性能和材料物理性能等課程不能很好地配合，這也限制了教學(xué)模式的創(chuàng)新。

2.3" 學(xué)生參與度受限

一個(gè)教學(xué)班的學(xué)生人數(shù)眾多，且他們的電鏡實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)較少，而掃描電鏡實(shí)驗(yàn)通常包括樣品制備（如金屬樣品的打磨拋光、非金屬樣品的噴金等）、電鏡硬件操作（如開樣品倉、裝配樣品等）、電鏡軟件操作（如圖像觀察、拍攝）和數(shù)據(jù)分析處理等眾多流程。因此，為了能夠在較短的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容，教師一般會(huì)提前準(zhǔn)備好需要拍攝的樣品，電鏡操作也通常是通過演示來完成，很少有學(xué)生能夠完成全流程的操作和練習(xí)，這種走馬觀花式的教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生缺乏參與感，積極性不高。

2.4" 評(píng)價(jià)體系的局限性

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中主要關(guān)注最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而不是學(xué)習(xí)過程和技能掌握的深度。學(xué)生通常只需要對(duì)教師提供的電鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這弱化了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)全流程的把握和實(shí)際操作技能的培養(yǎng)。這種通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績來評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果缺乏對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程和技能掌握程度的持續(xù)性評(píng)價(jià)和反饋，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)分?jǐn)?shù)的過度關(guān)注，而忽視了學(xué)習(xí)過程中的反思和自我改進(jìn)。

3" 基于OBE理念的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3.1" 豐富教學(xué)資源和教學(xué)方法

基于OBE理念，掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)將學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和職業(yè)發(fā)展目標(biāo)置于首位，以提升學(xué)生的綜合能力為核心目標(biāo)，而非僅僅完成固定的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。其次注重學(xué)習(xí)成果，教學(xué)內(nèi)容和方法應(yīng)圍繞明確的學(xué)習(xí)成果設(shè)計(jì)。這些成果不僅包括理論知識(shí)掌握，還包括技能熟練、問題解決能力提高、創(chuàng)新思維培養(yǎng)等，能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展需求。在目前掃描電鏡設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限情況下，應(yīng)當(dāng)充分利用各種教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)方法，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到促使學(xué)生掌握理論知識(shí)、提高實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的目標(biāo)。

首先，積極引入互動(dòng)式和多媒體學(xué)習(xí)資源，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑。教師可以自己制作或從慕課平臺(tái)導(dǎo)入一些掃描電鏡實(shí)驗(yàn)視頻，讓學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作技巧的理解。此外，可以將本科教學(xué)和研究生培養(yǎng)、科學(xué)研究等工作進(jìn)行融合，讓學(xué)生在電鏡機(jī)時(shí)有限的條件下也能深入地參與電鏡相關(guān)的一系列實(shí)驗(yàn)。教師也應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生參與科研項(xiàng)目，并將科研成果運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能和實(shí)踐能力。另外，學(xué)校還可以加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的合作，充分利用校外單位的設(shè)備和人才，為學(xué)生提供更廣泛、更深入的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體驗(yàn)。教師也可以采用案例教學(xué)、問題驅(qū)動(dòng)等靈活多樣的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生通過討論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施等方式深入?yún)⑴c掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)[6]。

3.2" 改革課程內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

教學(xué)課程內(nèi)容需注重知識(shí)點(diǎn)整合與深化，這包括基礎(chǔ)理論強(qiáng)化和操作技能訓(xùn)練。學(xué)生需要著重學(xué)習(xí)并加強(qiáng)電子光學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)，理解電子束與樣品作用的物理原理。例如，要區(qū)分電鏡電子槍發(fā)射電子轟擊樣品表面時(shí)產(chǎn)生的二次電子、背散射電子、特征X射線等信號(hào)的差異。系統(tǒng)化地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能，包括樣品制備、設(shè)備成像以及數(shù)據(jù)分析處理。特別強(qiáng)調(diào)基于研究項(xiàng)目的數(shù)據(jù)解讀能力，通過圖像分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性和定量分析，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。課程內(nèi)容中可引入跨學(xué)科案例，如在生物學(xué)、材料學(xué)和化學(xué)中掃描電鏡的不同應(yīng)用，展示電鏡技術(shù)的多樣性和實(shí)用性。

改變?cè)薪虒W(xué)課程結(jié)構(gòu)，將課程模塊化[7]。課程內(nèi)容劃分為不同的模塊，如理論基礎(chǔ)、操作技能、應(yīng)用探索等，以便于學(xué)生更有針對(duì)性地學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)漸進(jìn)式學(xué)習(xí)路徑，使學(xué)生能夠按照由淺入深的順序逐步掌握復(fù)雜的概念和技能，為不同背景和能力的學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。比如，為初學(xué)者提供更多電鏡成像原理相關(guān)知識(shí)的講解，而對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生則重點(diǎn)在高級(jí)技能和應(yīng)用探索。倡導(dǎo)互動(dòng)式教學(xué)，將傳統(tǒng)講授與小組討論、案例分析相結(jié)合，提高師生互動(dòng)性和學(xué)生參與度，鼓勵(lì)學(xué)生參與設(shè)計(jì)和執(zhí)行他們自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)他們的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。

3.3" 改進(jìn)評(píng)估體系和反饋機(jī)制

采用多元化評(píng)估方法，包括理論考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、操作技能測(cè)試和學(xué)生互評(píng)等手段全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果[8]。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，教師應(yīng)該注重過程的評(píng)估，不僅關(guān)注最終結(jié)果，也關(guān)注學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，如實(shí)驗(yàn)操作過程、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、問題解決能力等。同時(shí)讓學(xué)生對(duì)電鏡理論知識(shí)掌握度、實(shí)驗(yàn)操作熟練度和數(shù)據(jù)分析能力等進(jìn)行自我評(píng)估和反思，以促進(jìn)自主學(xué)習(xí)和持續(xù)改進(jìn)。制定定期反饋相關(guān)機(jī)制，通過教學(xué)時(shí)學(xué)生和教師的定期反饋來持續(xù)評(píng)估和改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法。

4" 結(jié)語

本文主要研究如何將OBE理念應(yīng)用于掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，通過這種新型教學(xué)模式，旨在提升學(xué)生在理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析等方面的專業(yè)技能。基于OBE理念的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠確保教學(xué)活動(dòng)緊密圍繞設(shè)定的學(xué)習(xí)成果展開，同時(shí)通過多元化評(píng)估方法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的全面監(jiān)控和及時(shí)反饋，有效促進(jìn)學(xué)生在知識(shí)掌握和技能應(yīng)用上的持續(xù)進(jìn)步。此外，該種教學(xué)模式下教師的角色也隨之轉(zhuǎn)變，可以為學(xué)生提供更多的探索空間和自我表達(dá)的機(jī)會(huì)，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和創(chuàng)新能力。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和團(tuán)隊(duì)合作等方面都能表現(xiàn)出更高的自主性和參與度，這些都是未來科學(xué)研究和職業(yè)生涯中不可或缺的技能。

基金項(xiàng)目：教育部供需對(duì)接就業(yè)育人項(xiàng)目（20230104798）。

參考文獻(xiàn)

[1] 張森，陳登曦.OBE教育模式下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2020（19）：43-44.

[2] 盧保奇，曹萌，謝建軍.OBE模式下《材料測(cè)試分析技術(shù)》課程教學(xué)改革探索[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2022，49（8）：29-31.

[3] 張雪燕，姚海燕，張哲文，等.基于OBE教育理念的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].生命的化學(xué)，2023，43（5）：780-785.

[4] 余凌竹，魯建.掃描電鏡的基本原理及應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2019，17（5）：85-93.

[5] 王學(xué)偉，段月琴，劉德寶.基于OBE理念創(chuàng)新設(shè)計(jì)電鏡材料表征的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐[J].廣東化工，2022，49（2）：114-115，151.

[6] 張霜銀，湯志荔，索濤.掃描電鏡在航空類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2021，7（35）：29-32.

[7] 張銳，毛耀忠，謝建民.新工科理念下高等數(shù)學(xué)課程“模塊化”教學(xué)實(shí)踐研究——基于地方應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)[J].甘肅高師學(xué)報(bào)，2021，26（5）：46-51.

[8] 郭智興，楊梅，鮮廣，等.基于OBE的“材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2022，25（2）：137-140.