基于课程目标的无机材料工艺实验课程教学模式改革

唐鑫垚，李晓生，林蔚，王超会，张永

基于课程目标的无机材料工艺实验课程教学模式改革

唐鑫垚，李晓生，林蔚，王超会，张永

（齐齐哈尔大学 材料科学与工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

为有效支撑工程教育认证通用标准中提出的毕业要求指标观测点，无机材料工艺实验课程基于对学生知识、能力和情感方面的培养目标设立了新的课程目标．为有效达成课程目标，针对改革前实验教学模式中存在的问题，设计、建立并实践了基于课程目标的实验教学模式．相比于改革前实验教学模式，改革后实验教学模式可有效提高学生的自主学习能力、创新能力、团队协作能力，以及解决工程技术问题的能力．

无机材料工艺；工程教育；课程目标；教学模式

随着我国“一带一路”“中国制造2025”等重大项目的不断推进，对于工程技术人才的需求不断增加，同时也对工程技术人才的实践能力、创新能力和国际竞争能力提出了更高的要求[1-2]．为促进我国高校毕业生学历学位和工程师资质与国际高校之间的互认，中国工程教育认证协会构建了我国工程教育专业认证体系，制定了工程教育认证通用标准，并不断加快工程认证工作的推进速度[3-5]．工程教育认证通用标准中明确提出了12条毕业要求指标观测点，毕业要求指标观测点的达成需由课程目标来支持[6]．

无机材料工艺实验课程是无机非金属材料专业最重要的实验必修课之一，是提高学生深入理解无机材料工艺学知识，提高实际动手能力，学会分析实验现象和解决实际问题的主要课程之一．开展基于课程目标的教学模式的改革与实践可以促进课程目标达成，实现对毕业要求的有效支撑．

1　无机材料工艺实验课程目标

无机材料工艺实验课程需支撑毕业要求第4条“研究”中的部分分解指标点和毕业要求第9条“个人与团队”中的部分分解指标点[7-8]．课程目标中有关的知识目标、能力目标和情感目标[9]见表1．

表1　无机材料工艺实验课程目标

以坯体烧结性能的测定实验为例，需要通过实验课教学活动使学生掌握烧结温度与烧结温度范围的测定原理和测定方法，达成知识目标；通过设计坯体配方、计算理论烧结温度、测试并分析烧结过程的温度数据，使学生了解影响烧结温度与烧结温度范围的复杂因素，达成能力目标；通过对实验结果进行讨论，使学生明确烧结温度与烧结温度范围对陶瓷生产的实际意义，达成能力目标和情感目标；在教学过程中强调如实记录实验数据的重要性，通过数据分析使学生理解实验结果对节能降耗的影响，达成课程思政目标．

2　基于课程目标的教学模式建立

2.1　改革前的教学模式

改革前的实验课教学模式，需要学生课前预习实验并提交预习报告．课堂上教师讲解实验目的、实验原理、实验步骤、数据记录及注意事项，然后由学生分组合作完成实验操作并记录实验数据．课后学生完成数据处理与分析，并上交实验报告．而考核方式主要由实验指导教师通过评价学生预习报告情况、实验表现情况和实验报告撰写情况给出学生的实验成绩．这种教学模式可能会存在以下问题．

2.1.1预习阶段学生主动思考不足学生在预习过程存在抄袭实验指导书的现象，预习报告缺少个性化，雷同现象突出，学生主动思考不足，不利于培养学生选择和设计实验方案的能力，并且教师在课前无法评判学生的预习效果和学习态度．完成实验预习报告的目的在于培养学生设计实验，拟定实验研究路线和实验方案的能力，因此需要加强预习环节的教学设计．

2.1.2实验操作阶段以学生为中心设计不足实验阶段采用教师讲解，学生按要求操作，观察实验现象并收集实验数据的方式进行．在此教学过程中，学生只要认真听讲就可以完成实验操作内容，很难调动学生的学习热情与积极性．实验操作的教学过程不但要让学生了解实验原理和实验步骤，更重要的是使学生具有独立开展实验工作的能力，因此需要在教学过程中以学生为中心设计案例和问题，启发学生积极主动思考，充分调动学生的积极性．

2.1.3实验报告撰写阶段个性化设计不足由于一些综合性、设计性实验缺乏个性化设计，因此导致各组学生的实验数据与实验现象相差不大，实验结果的相似性使学生在分析时比较容易获得结论，不利于培养学生的独立思考与创新思维能力．

通过对改革前教学模式的分析可知，需要寻求实验教学模式的创新，实现课程目标的达成，满足工程教育认证通用标准中对学生提出的毕业要求．

2.2　基于课程目标教学模式的建立与实践

基于课程目标的教学模式，教师只讲授实验原理、实验步骤、实验数据和结果的影响因素是不能实现全部课程目标的，针对改革前教学模式的问题分析，以课程目标为导向，设计基于课程目标的无机材料工艺实验课程教学模式（见图1）．

图1　基于课程目标的教学模式及课程目标主要达成途径

改革后的实验教学模式对教师提出了更多和更高的要求，教师需要在教学内容、教学过程、教学管理等多方面加以设计和改进，保证课程目标的达成，充分体现了以学生为中心的教学理念．

首先，教师对实验内容的设计应融入工程案例[10-13]．以材料制备的工程案例出发提出问题，引出实验方案设计，同时讲授有关专业知识，这有助于引发学生思考，可以调动学生学习的积极性和主动性，学生只有克服一定的困难才能完成实验任务，有利于培养学生勤奋学习的素质和责任担当的素质．

其次，为了提高实验课堂的学习效率，需要提高学生的预习质量，教师在实验课前需要录制微课视频，高质量的微课视频可以使学生更直观、更具体地了解实验目的、实验内容、实验步骤和实验设备，这对进一步开展实验方案的设计是有利的．学生设计的实验方案可能存在一定的不可预测性，所以实验现象和结果也可能变得相对多样化，教师需对学生的实验方案进行分析和点评，并提出改进建议，这一过程的教学教师可通过言传身教、科学严谨的作风影响学生，鼓励学生用于探索．在实验课堂上，同组学生需要分别阐述自己确定的实验方案的依据是什么，讨论之后确定最终的实验方案．在讨论过程中，不可避免地会出现不同的意见，如何妥善解决团队内部分歧就要求学生具有较好的团队合作意识．实验课教学完成后，教师需指导学生将实验数据和结论上传到课程平台上，供其他组学生分析讨论使用，这一环节跟实验操作一样，可以培养学生的团结协作和勇于担当的素质[14]．

最后，对学生成绩的考核应全面，需对学生参与实验课程的全部环节进行过程考核．记录学生预习的情况、实验方案的设计质量、实验操作的规范性、数据记录的真实性和完整性、数据处理的科学性、实验结论表述的合理性、参与讨论的积极性等．过程性考核可以科学地评价出学生在知识目标、能力目标、情感目标以及课程思政目标等方面的达成情况[15]．

改革后的教学模式可促进学生转变学习方式，相比于传统实验教学模式，基于课程目标的实验教学模式对学生独立思考、设计实验方案和团队合作能力的训练加强了，这可以促进学生更好地达成课程目标，实现毕业要求，有利于培养学生成为解决工程问题的工程师、实验方案的制定者和验证者，培养学生的工程技术人员思维方式．

以无机材料工艺实验课程中坯体的烧结性能实验为例，实验预习借助网络课程平台，指导教师录制坯体烧结性能实验的微课视频并上传到课程平台，微课视频从陶瓷烧结过程中遇到的开裂和变形等实际问题出发讲解原料、工艺参数、工艺流程等对产品质量的影响．给出学生预习过程需要完成的具体任务，如某公司工艺工程师以钾长石、碳酸钠和高岭土为主要原料设计了一种新型坯料，其中钾长石、碳酸钠和高岭土的质量比为4∶1∶1，发现坯体烧结温度较高，烧结后的坯体中存在大量的闭合性气孔，且坯体表面凹凸不平，强度降低．学生需适当调整坯料中原料的比例，应用实验室现有的辅助原料二氧化硅、三氧化二铝、高岭土、氧化镁、碳酸钠、碳酸钙等，拟定合理的实验方案来降低坯体的烧结温度，减少坯体的气孔率，使坯体强度提高．学生在明确需解决的工程问题的前提下，可以有目的地学习微课视频内容，给出不同的实验方案．预习时需要说明方案中坯料的原料比例应如何调整及原因，坯料中应新加入何种原料及其解决的问题，新配方的坯料可能会存在什么问题，完成实验预习报告．

实验课堂上，着重让学生阐述自己的实验方案，分析并讨论各实验方案的合理性，指导教师分析点评学生的实验方案及注意事项，学生按照讨论后改进的方案进行实验，在讨论过程中可以培养学生之间的团队意识和团队工作能力．实验操作结束后，学生根据实验现象、数据和结果，小组讨论改进方案是否达成了预定的目标．如达成目标，学生需给出材料制备过程的正确途径，给出实验结论．如未达成目标，学生需结合本次实验分析失败的原因，写出反思及改进措施．在这一过程中，可以有效提高学生的分析和总结工程问题能力．

为了加强不同小组之间的学习交流，每组实验结束后都需将实验结果上传到课程平台，各组学生的实验数据与结果可以共享，这样可以提高实验效率，让学生可以有更多的数据进行分析，可以获得更加完善的改进方案，可以让学生深刻理解工程问题的复杂性，拓展解决工程问题的思路与方法．

3　结语

在“工程教育”背景下，通过基于课程目标的实验教学模式的建立与实践，优选工程案例，提出实验学习目标，可以更好地调动学生学习的主动性．通过实验方案的设计与讨论，可以培养学生分析问题、解决问题及创新的能力．采用网络课程平台的微课视频加强学生的预习指导，可以更好地培养学生自主学习的能力．分组设计不同的实验方案，各组之间数据交流讨论，可以更好地培养学生的团队协作能力．新的实验教学模式下，实验指导教师需要不断优化教学内容、教学过程和考核方式，只有这样才能更好地发挥课程目标的导向作用，真正实现课程育人，通过专业课程教学过程培养出可以与国际高校之间互认和竞争的优秀工程技术人才．

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Reform of inorganic material technology experiment teaching mode based on curriculum objective

TANG Xinyao，LI Xiaosheng，LIN Wei，WANG Chaohui，ZHANG Yong

（School of Materials Science and Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

In order to effectively support the observation points of graduation requirements in the general standards of engineering education certification，the inorganic material technology experiment course has set up new curriculum objectives based on the cultivation objectives of students′ knowledge，ability and emotion．In order to effectively achieve the curriculum objectives，aiming at the problems existing in the experimental teaching mode before the reform，the experimental teaching mode based on curriculum objectives was designed，established and practiced．Compared with the experimental teaching mode before reform，the experimental teaching mode after reform can effectively improve students′ independent learning ability，innovation ability，teamwork ability，and the ability to solve engineering problems．

inorganic material technology；engineering education；curriculum objective；teaching mode

1007-9831（2022）03-0098-04

O613∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.03.021

2021-12-10

齐齐哈尔大学教育科学研究项目（GJZRZX202001）；齐齐哈尔大学2021年校级“课程思政”示范课程建设项目

唐鑫垚（1990-），男，黑龙江齐齐哈尔人，助教，硕士，从事无机非金属材料研究．E-mail：tangxinyao0105@126.com