新工科背景下以OBE 为导向的无机非金属材料工程专业课教学探索

周艳艳 刘丽娜 曾繁明

0 前言

随着我国经济社会快速发展和产业升级，用人单位对人才综合素质与实践创新能力也提出了更高要求。在此背景下提出了强调产出（Outcomes- BasedEducation，OBE）和“新工科”改革以适应新需求，课程作为人才培养的基本单元，是完成新工科建设目标的最关键环节之一[1-2]。本文结合我校无机非金属材料工程专业人才培养实际，以国家级一类特色专业无机非金属材料工程专业的专业课程为实验对象，以提高学生的课程学习效果和工程实践创新能力为目标，以OBE 理念所强调的教学产出为导向，突出“以学生为中心”的理念，采用互动式课堂教学模式、基于PBL（Problem- BasedLearning）的“学思交融”学习模式[3-4]，以及强调过程性学习的课程考核激励模式等进行综合改革与建设，加强新工科背景下人才培养质量的过程化形成机制探索与实践。

1 以O B E 为导向的课程改进尝试

OBE 是指，教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。基于OBE 强调的核心问题，在讲授无机非金属材料专业课程时进行了如下的课程教学改革的尝试。

1.1 让学生了解该课程要取得的学习成果和专业背景

首先在课程讲授之前，告知学生课程教学要使学生取得什么成果，学生明确了通过这门课的学习应该有那些收获，在专业基础和技能上获得哪方面的提高，避免了以往学生被动和茫然地完成了学习过程和考试过程，却不知道为什么开设和学习这门课的弊端。

然后让学生了解要达成这样一个成果的背景。从无机非金属材料工程专业特色背景看，长春理工大学是吉林省、国家国防科技工业局、长春市共建院校，“中西部高校基础能力建设工程”院校，吉林省重点大学，享有“中国光学英才摇篮”的美誉，材料科学与工程学科历史久远，早在1958年建校初期，设置了国内唯一的以光学玻璃为主的光学材料专业。从社会需求看，光学玻璃特色方向以光学技术和光电子技术发展为需求背景，面向科学技术和国民经济发展和国防应用，立足于新品种开发和工艺研究。使学生能够站在大的学科背景和社会需求背景下，对学习内容及要求有了更明确清晰的认识，学生明确了学习的目的，提高了学生学习的热情和主动性。

1.2 探索帮助学生有效地取得这些学习成果的途径

1.2.1 采用以目标为导向的课程教学思路

设定以课程目标为导向的课程教学思路。以《玻璃化学》课程为例，学生了解了课程将要学习哪些主要内容和每部分重点要掌握的知识后，结合实际科研内容让学生清楚这门课完成后可以具备什么样的能力，比如把研究玻璃组成对稀土发光影响的过程中得到了一系列组成现象分享给学生，大部分学生都能从图中看出B2O3的含量变化影响了稀土离子的发光强度，但是为什么会有这样的变化，就涉及本课程的核心内容即玻璃的结构组成发生了变化从而使玻璃的性能发生变化，那么随B2O3含量变化玻璃结构发生了怎样的变化，基于什么原理，学习完课程就会找到答案，这样就激发了学生的好奇心和求知欲。

同时精选了几篇与本课程的知识点关联度较大的前沿学术研究文献，布置了贯穿整个教学过程所涉及课程知识点的综合作业，作业的设计包括几个主要组成部分，一、找出课程中每个章节的知识点在文献中的应用之处，二、指出该应用所涉及的玻璃化学原理；三、提出自己对该文献所研究的玻璃在组成或性能上的改进建议。以光子学报这篇《BaO 或La2O3替代Al2O3对Ce3+掺杂SiO2- B2O3- Al2O3- Gd2O3玻璃光谱性能的影响》文献为例，课程学习之前，同学们基本上都看不懂文献研究的内容是什么、出现的现象是什么、为什么这样，课程结束时不少同学不但能读懂文献，还能有自己的分析与判断，有的学生还能提出自己对问题的见解。

比如文中这句话“随着BaO 取代Al2O3量的增加，玻璃的发光强度和吸收边在取代量为摩尔分数10%左右时出现极值，产生这种现象的原因可能是由于BaO 作为一种碱土金属，碱土金属掺入硼硅酸盐玻璃中会导致B 的周围的配位数发生变化，当BaO 取代Al2O3后，低取代量时导致玻璃中的BO3转变为BO4，减少玻璃中的非桥氧，高取代量时导致玻璃中的BO4转变为BO3，增加玻璃中的非桥氧，由此使得Ce3+的次近邻环境产生了变化”。即有玻璃组成变化对性质影响描述，又有涉及了组成对结构的影响原理。学完课程后，学生们不但读懂了，而且还做了非常深入的解读“一方面BaO 属于网络外体氧化物，取代Al2O3后，其中的氧离子会摆脱Ba2+的束缚，变为游离氧，低取代量时使得BO3转变为BO4，高取代量时又转变回去，由于碱土金属氧化物继续增加后，BaO 所提供的游离氧不足，玻璃网络中的BO4转变为BO3。这一现象的产生造成的影响就是玻璃体中的非桥氧与桥氧含量变化，这一变化影响了发光活化剂Ce3+的周边环境基质，从而影响了Ce3+的4f- 5d 能级跃迁，最终表现出来就是玻璃的发光强度和吸收边出现了一个极值。这主要也是由于玻璃中含有B3+的缘故，这就是我们常说的硼反常现象”，这说明这种教学改革尝试不但使学生能掌握和运用课程的基本原理去分析问题，还初步形成了创新思维模式。

1.2.2 提升课堂上的学习效率

构建起基于PBL（问题导向）的学习模式，授课过程中通过与学生交流互动的方式引发学生对知识难点关注与兴趣，课后的学习拓展与探究式研讨和课后作业等途径，现在的大学高年级学生处于考研与就业的双重焦虑期，普遍对上课缺乏热情，存在着教师讲课和学生听课的投入不对等的情况，针对此现象，采用了课前的提问环节对前次课程的主要内容进行回顾和对即将讲授的新知识进行问题导引，授课过程中通过与学生交流互动的方式引发学生对知识难点关注与兴趣，课后的学习拓展与探究式研讨和课后作业等途径，几次课下来，绝大部分学生都能对上一次课的主要内容有较好得理解与记忆，每堂课学生都能把精力集中在课堂上，课堂提问也能出现难得的争抢发言。

1.2.3 强化过程考核的方式提升课堂上的学习效率

在考核环节强调课程学习过程中的考核激励模式，基于对课堂教学环节和质量影响要素的分解，从考勤、听课状态、课堂师生互动表现、文献综述报告、课后作业、期末考试等环节综合评价，形成强调过程的课程学习考核激励模式，调动学生对学习过程的参与热情，改变了一些学生不重视平时课堂学习，单纯依靠期末突击式复习应付考试的不良习惯，进而提升了学习质量。

1.3 教学效果学生信息反馈

从学生反馈回来的信息看，通过以上教学环节的改革尝试，开阔了学生的眼界，把课程与科学研究和实际应用之间联系在一起，通过科技文献的阅读也对玻璃性质分析和结构的探究提供了比较好的思路。一方面拓宽了思路，另一方面，也有助于了解玻璃行业的最新技术和思想，培养了创新思维。

2 结论

为了适应国家新工科发展战略，遵循立足于自身的光学材料特色专业的优势，坚持应对变化、塑造未来的发展理念，遵循继承与创新、交叉与融合、协调与共享的原则。培养新兴产业和新经济需要工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才，使其具有较强的自主学习自主创新能力、引领新经济发展能力等能力，教育教学改革的路还很长。通过以上的教学实践证明在新工科的建设中无机非金属材料工程专业，专业课程采用以OBE 理念所强调的教学产出导向，突出“以学生为中心”的理念，在基于PBL 的“学思交融”学习模式下进行教学改革，能够有效提升课程教学效果，为保障和提升人才培养质量寻求到一条可行的途径。