基于OBE 理念的“材料科学基础”一流本科课程建设研究与实践

刘 丽，赵相金，孙学勤

（1.烟台大学环境与材料工程学院 山东 烟台 264005；2.烟台大学核装备与核工程学院 山东 烟台 264005）

OBE 理念是一种基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，缩写为OBE），美国学者斯派帝把OBE 定义为“清晰地聚焦和组织教育系统，使之围绕确保学生获得在未来生活中获得实质性成功的经验。”OBE强调教学内容和教学设计、实施的目标是学生通过教育过程后所取得的学习成果。课程要从最终的学习成果出发，设计教学内容和教学过程，通过各种考核方式评估学生是否能够达到相应的要求，分析学生在学习过程中出现的问题，并提出改革措施。一流课程的建设和OBE 的教育理念是相融合的，一流课程的“道”就是“一切为了学生的成长与发展”，学生好，才是专业好；课程好，学生才能好。因此如何在教学过程中贯彻落实OBE 理念，成为课程改革和建设的重要工作。以烟台大学”材料科学基础”课程为例，浅谈基于OBE 理念建设“材料科学基础”线下一流本科课程的研究与实践。

1 基于OBE 理念的”材料科学基础”课程目标与课程设计

1.1 课程目标

“材料科学基础”是材料科学与工程专业和金属材料工程专业的专业核心课，也是学生最先接触的必修的学科基础课和硕士研究生入学考试课程，是前期基础知识学习和后期专业课学习的知识桥梁。通过本课程学习，学生将了解并掌握材料科学中的共性规律，为将来进行新材料设计及研发奠定必要的理论基础。

该课程坚持以立德树人为根本，遵循我校培养高素质应用型人才的办学定位，依据本专业培养方案中的培养目标拟定知识探索、能力建设和人格养成三个课程目标。其中知识探索主要是使学生充分掌握材料科学的基础理论、深入理解材料的组成、结构、工艺、性能间的关系和变化规律，能从材料组成-结构-加工工艺-性能相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能。能力建设方面是强化学生的高阶思维方式，能够运用专业知识解决材料生产应用中的复杂工程问题，能根据材料研究的需求查阅资料、开展实验、分析数据，并得到正确结论。人格养成是指使学生具备一定的科学素养和社会责任感，具备理解职业道德、专业伦理与认识社会责任、坚定理想追求和信仰的能力，具备项目管理、有效沟通协调与团队合作能力。

1.2 课程设计

该课程秉承“以学生为中心”，坚持立德树人，将育人理念贯穿授课全过程，强化学生的工程伦理教育和精益求精的大国工匠精神；坚持产出导向，按照学生“需要什么，适合什么”重塑课程内容，按照“以教师为主导，以学生为中心”，创新教学方法，引导学生分析问题、解决问题，提高学生的创新思维能力；坚持持续改进，通过建立多元化课程考核模式，动态监测学生学习过程和学习反馈，分析考核结果、收集反馈信息，及时采取应对措施。

2 课程实施

2.1 重塑教学内容，完善“知识传授-能力培养-价值塑造”的三维内容体系

整合教学内容。以上海交通大学出版社出版的《材料科学与工程基础》作为主教材，该教材侧重于基本概念和基础理论的论述，兼顾到不同材料的特点及知识体系内各个环节之间的逻辑关系，我们对该教材的内容进行了“扬弃”，突出教学内容的问题导向性。通过材料科学四面体（成分-工艺-结构-性能）这一主线阐述“材料的成分、组织结构决定材料性能”这一材料科学核心问题，强调基本理论、基本概念和基本技能的教授，注重学生基本工程思维方式的培养。同时我们还大量引用Wiley 出版社出版的《Materials Science and Technology》中的内容对教学内容进行补充和诠释。

科研成果和关键工程案例进课堂。以教学基本要求为出发点，在教学过程的各环节上将与“材科”密切相关的理论、技术及研究成果通过适当的形式融合到授课内容中去以增大教学内容的信息量，增强教学内容的新颖性和时代性，以提高教学效果。例如在讲解柯肯达尔效应时，首先由标记面迁移后产生的空洞引发学生思考空洞对材料会产生哪些不利影响，再通过介绍西安交通大学单智伟教授在Nature Communication 上发表的一篇利用柯肯达尔效应制备性能优异的空心纳米晶体的文章将辩证唯物主义思想、方法论贯穿到课堂教学中去，一方面帮助学生加深对自然科学知识的理解，另一方面潜移默化地帮助学生树立正确的世界观，掌握科学的方法论。在介绍材料表面时，结合自己的科研项目—非晶合金疏水表面的制备来给同学们介绍超疏水表面的特点、制备及应用。通过把前沿研究成果和基本知识结合起来，一方面培养学生的专业兴趣，另一方面引导学生深入思考所学知识会用在什么地方，从而培养学生的创新思维能力和工程能力。

全程贯穿课程思政理念。注重强化学生工程伦理教育，将道德、人文关怀、价值观念有机融入课程的思政教学目标。”材料科学基础”课程学习中需要刻苦的钻研精神和分析、解决复杂问题的能力，这与当前所提倡的“工匠精神”，创新开拓精神是紧密结合的。在课程讲述中通过介绍材料科学的发展帮助学生树立专业自信心，通过专业典型人物帮助学生树立社会责任感，通过新材料的开发应用激励学生奋发图强，为国家振兴而努力学习。例如通过介绍F-R 位错源的命名故事告知学生学术交流的重要性，对于国家发展也是如此，正如习近平总书记所说“我们的事业是向世界开放学习的事业。关起门来搞建设不可能成功。我们要坚持对外开放的基本国策不动摇，不封闭，不僵化，打开大门搞建设、办事业。”在讲解晶体结构时通过介绍2018 年的“伤芯”之痛，让学生认识到，处于信息时代而不拥有芯片制造技术是多么可怕的一件事。芯片的制造需要高质量的晶体，而高质量晶体的生长及其后的器件制备，是需要有懂晶体学的科学家和工程师的，以此来激发学生努力学习、科技报国的家国情怀和使命担当。

2.2 改革教学方式，转变教学角色，突出产出导向，建立以OBE 为导向的互动式教学模式

通过线上知识学习和线下能力锻炼有机结合，突出学生学习主体。建立线上课程资源，课程基本信息，使学生明确课程学习的目的、内容、方法和学习要求；课件、微视频、学科前沿等可以方便学生课前预习课堂内容；练习题、自测题、试卷、在线讨论等可以帮助学生课下巩固学习内容。

线下课堂教学采取问题探究和兴趣启发教学策略，实施“课前预习、课中讨论讲授、课后拓展答疑”三位一体的教学过程。课前，教师通过在线平台将部分简单易于理解的内容、学科前沿内容以文本、视频和音频形式供学生课下自学完成；同时发放学习任务，学生根据预习课件，查阅资料，小组讨论，通过检测了解学生反馈，并设计课堂教学环节。课中，采用引入问题、梳理知识、拓展应用进行课堂讲授，在理论讲解中融汇哲学思维，精选学科前沿和例题作为知识拓展，并开展随机提问和小组讨论，通过学生代表上台讲授、同学间辩论、老师点评等教学方法增加学生投入。课后，针对课堂上的知识点，结合教师承担的科研任务和工程实际中可能遇到的一些问题专门设计一些课题，以小组形式要求学生课后通过查找相关文献资料，小组讨论后完成小论文，每天安排老师负责答疑。

例如在介绍合金相结构时，首先让学生通过在线平台观看《国家宝藏》越王勾践剑专题片，并在线讨论“越王勾践剑”宝剑虽然是由青铜铸成的，但剑刃却如此锋利，其原因何在？从而将合金相概念初步引入，课中通过讲解告诉学生可通过调控成分、相等改变材料的性能。接着从学生熟知的钢铁材料入手，引导学生思考钢和铁二者有何区别，性能有何不同，从而加强学生对成分-结构-性能的认知。高强度铝合金是重要的轻质高强结构材料,在航天、航空、船舶、核工业及兵器工业等有着广泛的应用前景及不可替代的地位，课后让学生通过查阅文献、小组讨论后总结通过什么手段可以既提高铝合金的强度同时不降低其塑性，其原理和具体的工艺是什么，不仅使学生加深对理论知识的理解，又锻炼了学生解决问题的能力。

2.3 建立多元考核评价方法，关注学生学习过程和学习反馈，教学效果评价具有个性化和可探究性

根据教学目标采用终结性评价和过程性评价相结合的评价机制，既能让学生了解自己每个阶段的学习情况，又能在最后有个全面细致的总结，能够对其整个学习情况有更加全面、真实、准确的评价。终结性评价和过程性评价，所占比例各为50%。过程性评价包括四部分内容，课前预习检测成绩10%，各小组讨论成绩15%，各小组讨论自评成绩15% ，书面作业成绩10% 。课前预习检测成绩主要是学生课前在线学习情况包括在线预习、观看在线视频、完成在线测试、在线讨论等；各小组讨论成绩是课堂小组讨论的结果，由小组组长代表本小组在全班发言，根据发言次数，发言内容的准确度等进行评分；各小组讨论自评成绩是小组内每位学生先自评，再对小组其他成员进行评分，所有小组成员的分数相加，再进行平均，就是这一位同学的最终得分；书面作业主要是指学生完成自编辅助学习教材《材料科学基础学习辅导与习题》的情况，根据学生完成的数量和准确度进行评分。终结性评价以期末考试为主，考试题目设置多样化，适当加入工程实际案例分析题，除了检验学生对基本理论、基础知识的理解和掌握外，还综合考查学生利用基础知识分析解决实际问题及综合应用等能力。

3 结语

烟台大学“材料科学基础”课程组基于OBE 教学理念对课程的教学内容、教学方式和考核评价进行了尝试与改革，并取得了明显的效果。课程建设质量的提高是一个永恒的主题，课程团队将结合高等教育理念的发展持续进行课程改革。