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)量對專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量起著重要作用。本文基于以學生為中心的成果導向教育理念，提出適用于應用型本科院校的“材料研究方法”課程教學目標、教學內(nèi)容和教學手段的設(shè)計思路，主要特點是輕儀器結(jié)構(gòu)原理重分析原理和方法、科研案例教學、虛實結(jié)合的虛擬仿真教學和課程思政價值引領(lǐng)作用。通過本文討論，以期對促進成果導向的“材料研究方法”課程設(shè)計和課程質(zhì)量提高有一定的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：成果導向；材料研究方法；課程；教學設(shè)計

中圖分類號：G642?文獻標識碼：A

1 概述

成果導向（outcome-based education，OBE）是工程教育認證的核心理念［1］，以學生為中心的工程教育認證更加關(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］。課程目標與畢業(yè)要求指標點有一定的對應關(guān)系，課程質(zhì)量和課程目標是專業(yè)畢業(yè)要求達成度的決定因素。成果導向課程改革需要以學生為中心進行課程目標、課程內(nèi)容和課程教學手段設(shè)計。國內(nèi)成果導向的課程教育理念引入時間較短，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)材料科學與工程的專業(yè)核心課程。本課程是進行材料科學研究和工程技術(shù)開發(fā)的理論和實驗基礎(chǔ)，是了解材料微觀結(jié)構(gòu)和改進性能不可缺少的工具，課程著重講授運用重要儀器分析方法研究材料結(jié)構(gòu)成分等內(nèi)容。教學內(nèi)容針對我校本科學生的生源及就業(yè)的實際情況，結(jié)合我校材料學科在材料研究方面的優(yōu)勢，突出材料科學與工程專業(yè)的特色，旨在使學生具備材料結(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、測試方法、樣品制備方法、實驗結(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)代應用型本科教育教學要求，本專業(yè)老師自編并出版了《材料研究方法》教材1部（已獲得校級重點教材），同時，也為本課程教學內(nèi)容的開展提供重要支撐。本課程依托材料科學與工程校級“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。通過教學內(nèi)容、教學模式等多方面的設(shè)計，實現(xiàn)“課程思政”的融入，達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）材料研究的測試方法種類繁多，內(nèi)容涉及測試方法原理和測試儀器原理，理論復雜且深奧，學生消化吸收困難，因此需要根據(jù)不同的需求進行內(nèi)容的取舍選擇。（2）由于課程涉及的儀器價格昂貴，難以讓學生動手操作，因此實驗實踐訓練不足［3］。本文基于成果導向，針對“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、課程內(nèi)容和教學手段設(shè)計思路。

2 課程教學設(shè)計總體思路

“材料研究方法”在線開放課程的設(shè)計理念以成果產(chǎn)出為導向，以學生為中心，以能力培養(yǎng)為目標。課程設(shè)計主要包括教學目標設(shè)計、教學內(nèi)容設(shè)計和教學手段設(shè)計。依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標和本課程在專業(yè)中的定位，設(shè)計了具體的課程目標，而每個課程目標又對應專業(yè)人才培養(yǎng)畢業(yè)要求指標點。根據(jù)課程目標確定課程內(nèi)容，反過來，進行合適的教學手段設(shè)計使課程內(nèi)容支撐課程目標達成，課程目標和課程內(nèi)容通過教學手段形成閉環(huán)。

3 教學目標設(shè)計

如引言中所述，材料研究的測試方法繁多，每種方法測試內(nèi)容涉及儀器結(jié)構(gòu)原理、測試方法原理、樣品制備方法、測試結(jié)果分析方法。材料專業(yè)學習本課程的主要目的是進行材料的成分和結(jié)構(gòu)研究，而所涉及的測試儀器價格昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，學生難以有機會動手操作，儀器結(jié)構(gòu)原理的掌握與否并不影響測試方法用于材料研究的目的。因此，本課程制定課程目標時對儀器結(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，尤其作為應用型本科院校，對測試方法只要求掌握最基礎(chǔ)的應用及原理，更高階知識在研究生階段繼續(xù)學習。基于以上分析，本課程以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為導向，從知識要求、能力要求和價值引領(lǐng)三方面制定本課程的教學目標——闡明材料科學領(lǐng)域主要研究方法，使學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，具備利用主要的測試方法對材料進行初步研究的基本能力，培養(yǎng)學生的質(zhì)量安全意識和持續(xù)改進的職業(yè)素養(yǎng)。

具體的有如下三個目標，每個目標均考慮知識要求、能力要求和價值引領(lǐng)三方面，如表1。

4 線上教學內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)課程目標要求，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知識模塊，將其建設(shè)成在線開放課程。對照教學目標要求，對教學任務進行分解重構(gòu)，將教學內(nèi)容拆解細分為短小精悍的知識點模塊，每個知識點都對應到畢業(yè)要求指標點，知識點系統(tǒng)連貫，形成有機的整體。為了知識點連貫，就相關(guān)知識點提出能夠促進學生深入思考的討論題和思考題，并借助拓展資料，引導學生在討論和思考的過程中自然過渡到下一個知識點。同時，討論題要起到價值引領(lǐng)的作用，引導學生在討論中樹立質(zhì)量安全意識，養(yǎng)成持續(xù)改進的職業(yè)素養(yǎng)。

5 教學手段設(shè)計

教學手段是教學內(nèi)容和教學目標實現(xiàn)閉環(huán)的紐帶，分為課程目標達成教學手段和課程目標達成度檢測教學手段兩方面。課程目標達成教學手段設(shè)計目的是促進學生對知識的內(nèi)化吸收，達到本課程的能力要求，養(yǎng)成本課程要求的職業(yè)素養(yǎng)，達成課程對知識、能力和價值引領(lǐng)的目標。課程目標達成度檢測教學手段設(shè)計主要是檢測本課程教學目標達成度。

5.1 課程目標達成教學手段設(shè)計

成果導向教育強調(diào)以學生為中心，課程教學過程要促進學生對知識的消化吸收，提高學生的學習主動性，在主動學習過程中深入思考，提高學習能力。主要的教學手段有：微視頻、作業(yè)、案例分析、討論、拓展資料、虛擬仿真實驗。微視頻制作要兼顧知識性和趣味性，選擇適合學生年齡特點的風格特點，制作盡可能精美，對學生有吸引力。作業(yè)是促進知識內(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的目的，過多又會使學生產(chǎn)生畏難情緒。討論題對學生加深理論知識理解十分關(guān)鍵，因此教師需要編制高質(zhì)量的、有代表性、能夠促進學生深入思考的討論題。例如，讓學生討論同一晶體以不同的陽極靶材產(chǎn)生的X射線測試的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，導師制培養(yǎng)

材料研究方法極具理論性和前沿性，對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)，而且要時刻關(guān)注最新進展。團隊教師均為材料學博士，在自身從事材料研究時，必須對材料進行測試表征，教師必須掌握常規(guī)的材料測試研究方法。每位團隊成員發(fā)揮自身特長，負責一種測試方法，能夠做到精耕細作，發(fā)揮更好的作用。應用型本科教育要求我們重視基礎(chǔ)理論的教學，同時需要增強學生的創(chuàng)新實踐能力?！安牧涎芯糠椒ā闭n程以“理論與實踐相結(jié)合”為主要策略。通過專業(yè)老師帶領(lǐng)學生參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題研究，以實際科研項目作為教學案例，并以其原始真實數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，指導學生對其進行處理分析，使學生真正學會每種測試方法的應用和數(shù)據(jù)處理分析方法。選擇學生感興趣的案例進行分析，將有助于學生的知識內(nèi)化和遷移。

5.1.2 虛實結(jié)合的虛擬仿真實驗

“材料研究方法”課程對理論與實踐要求較高，要求學生學會測試技術(shù)與分析結(jié)果。然而，材料的測試設(shè)備一般都較為昂貴，例如一臺場發(fā)射掃描電鏡價格在400萬元以上，難以滿足學生實際動手操作的實踐需求。采用虛實結(jié)合的虛擬仿真實驗，學生通過多次重復操作虛擬仿真設(shè)備，掌握大型測試設(shè)備的操作方法，培養(yǎng)了動手能力。而數(shù)據(jù)分析過程則以專業(yè)教師或者學生實際參加的科研項目的真實科研數(shù)據(jù)作為案例，在信息化機房由團隊教師指導學生進行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。通過虛實結(jié)合的虛擬仿真實驗，既克服了大型貴重儀器無法動手操作的難題，又克服了虛擬仿真實驗虛擬數(shù)據(jù)無法實際動手分析處理的困難，實現(xiàn)了學生綜合能力的培養(yǎng)。

5.1.3 課程思政

在教學過程中增加課程思政，在PPT和討論過程中有意識地引入課程思政元素，對學生進行“潤物細無聲”的思政教育。例如，傳統(tǒng)理論認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甚至原子陣列。通過課堂討論，培養(yǎng)學生勇于探索、不斷突破的科學精神。拉曼分析與紅外分析均可以用于有機物結(jié)構(gòu)分析，譜圖的峰位互相對應，前者對于非極性分子后者對于極性分子更敏感。通過小組討論，學生在專業(yè)學習中實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 課程目標達成度檢測手段設(shè)計

課程目標達成度檢測教學手段設(shè)計的目的在于檢測本課程教學目標達成度，利用超星學習平臺實現(xiàn)多重考核，包括討論過程和學習總結(jié)體現(xiàn)出的知識理解程度和職業(yè)素養(yǎng)、思考題體現(xiàn)的深入思考和拓展學習情況、實驗報告、章節(jié)測試和期末測試。綜合這幾方面考核計算課程達成度，客觀反映本課程在知識、能力和價值引領(lǐng)方面的目標達成情況，以便于后續(xù)教學過程中持續(xù)改進。課程對應畢業(yè)要求指標點考核方法如表2所示。

結(jié)語

隨著工程認證教育的深入開展，以學生為中心的成果導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，對人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。本文基于以學生為中心的成果導向，提出應用型本科院?！安牧涎芯糠椒ā闭n程教學設(shè)計思路，以期促進該課程的教學質(zhì)量，對成果導向的課程教學設(shè)計有一定的參考和借鑒作用。

參考文獻：

［1］李志義.解析工程教育專業(yè)認證的成果導向理念［J］.中國高等教育，2014（17）：7-10.

［2］康懷彬，陳俊亮，費鵬，等.基于成果導向的課程教學設(shè)計——以國家級精品在線開放課程食品工藝學為例［J］.高教學刊，2021（32）：138-141.

［3］于洋，王濤，富露祥，等.關(guān)于《材料研究方法與測試技術(shù)》課程教學的探索與實踐［J］.當代化工研究，2022（03）：123-125.

*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。