基于OBE理念的“耐火材料”课程教学改革与实践

郭正启，杨聪聪，朱德庆，潘 建

（中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083）

耐火材料工业是冶金及其他高温工业的支撑和先行工业，其产品广泛应用于钢铁冶金、有色冶金、建筑材料、石油化工、电力等国民经济各领域的高温工业生产过程，对促进上述行业健康稳定发展具有重要作用。随着我国国民经济的发展和工业水平的提高，社会对于耐火材料相关专业人才的需求数量逐渐攀升，对专业人才的专业技能要求日益提高。“耐火材料”课程作为材料学的一个重要分支，是学习高温专业的基础，是培养学生专业素养和动手能力的关键学科，其教学质量直接关系到耐火材料专业人才的培养。近些年，随着我国高等教育改革的深入推进，传统的教学模式已经难以适应当前工程教育专业认证和新工科人才培养的要求。为了解决目前“耐火材料”课程教学过程中存在的教学目标不清晰，重教师、轻学生，重理论、轻实践，教学方式单一，考核方式不客观、不全面等问题，积极引进基于OBE（Outcom-Based Education）理念的教育模式，建立以学生为中心的教学体系，拓展教学思路，革新教学方法，丰富教学方式，改革评价方式，推动新工科背景下“耐火材料”专业课程的改革与创新，提高教育教学和人才培养的质量，以满足新工科建设对人才的需求［1-3］。

一、“耐火材料”课程教学现状及存在的问题

前期，教学团队根据OBE教学理念及教学改革相关内容，结合雨课堂设计问卷，并对近三年选修过“耐火材料”课程的学生（共计155名）进行问卷调查。然后，根据调查统计结果、教学团队的教学经验及与一线教学老师的交流，总结了“耐火材料”课程教学存在的主要问题。

（一）教学目标不清晰

虽然在“耐火材料”课程教学过程中，严格遵循拟定的教学大纲，按照教学计划开展教学，但是忽视以成果为导向的教学目标。本门课程的教学目标是通过该课程的学习，掌握耐火材料制备的原理及基本工艺，熟悉耐火材料的结构与性能，理解耐火材料的组成、结构、性能与制备工艺之间的联系；能够运用无机材料结构化学的基础知识和基本原理，对耐火材料加工过程中的工程性问题进行解析，通过比较和综合，优选方案，解决耐火材料设计或生产过程中的复杂工程问题。但在实际教学过程中，由于教学目标不明确，教学效果并不理想，学生不但没有有效掌握其基本概念、理论和方法，更缺乏解决复杂的耐火材料工程问题的能力。

（二）重教师、轻学生

目前，在“耐火材料”课程教学过程中，多以教师为中心，学生参与度低，即重视知识的传授，忽视能力的培养。这种教学主体的错位和以注入式为主的教学，严重制约了学生独立学习能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力，难以达到较好的教学效果，这显然违背了OBE的教育理念。在教学过程中，应该从重“教”转变为重“学”，以学生为主体，把教学过程的重心由“教师教什么”转为“学生学什么”；着重关注学生全面能力的构建与培养。

（三）重理论、轻实践

目前的教学普遍存在重理论和轻实践的问题。由于过多偏重理论教学而轻视实践教学，片面地强调理论教学的重要性而忽视实践教学的作用，使得学生动手能力没有得到明显的提高。因此，在教学过程中，需要理论结合实际，引导学生在“干中学”。

（四）教学方式单一

在传统“耐火材料”课程教学过程中，主要采用教师口头讲解辅以黑板板书或者PPT演示的教学方式，内容较为枯燥，部分学生出现睡觉或玩手机等现象，课堂学习兴趣不强，积极性不高，导致教学质量和效率达不到预期的要求。毫无疑问，这些教学方式不符合OBE理念，人才培养质量难以达到新工科的发展要求。

（五）考核方式不客观、不全面

“耐火材料”课程考核形式过于单一，多采用期末考试（60%）与平时成绩（40%）相结合的形式，难以实现对学生学习成果的客观评价。新工科背景下，OBE理念重视学生学习成果的达成及个人发展，因此，应构建“以学生能力为中心”的多元化形成性评价体系，重视学生的能力的培养。

二、秉承OBE理念，构建“耐火材料”课程教学改革框架

OBE的基本理念是以学生为中心，以学习成果为导向，持续改进。高等学校的核心任务是培养符合行业认可的既定质量标准要求的毕业生，其评价标准以培养目标和毕业要求为导向［4-6］。作为冶金工程、材料工程等专业重要的基础课，“耐火材料”课程具有实践性强、工艺流程长、设备众多等特点，教学内容主要分为理论知识和实践操作两大部分，课程具有基础性、实践性及与专业课紧密衔接等特点。

以教师为中心的“填鸭式”的传统教学已经难以培养出新工科时代所需的人才，为提升教学质量，“耐火材料”课程教学应从革新教学理念、优化教学模式、丰富教学内容和制订合理的考核评价方式等方面着手，秉承“以学生为中心，以产出为导向”的工程教育理念，教学内容应契合当今耐火材料发展趋势，教学模式要紧密结合现代教学技术，除了理论知识外，更应培养学生的工程实践能力，塑造新时代背景下的复合型人才。

基于此，在教学改革的实施过程中，需改进的三个主要方面为：以学习成果导向反向设计课程目标、以学生为中心的教学实施和学生学习成果考核评价。其课程教学改革思路如图1所示。

图1 “耐火材料”课程教学改革思路

三、基于OBE理念的“耐火材料”课程教学改革探索

根据新工科提出的培养多元化、创新型卓越工程人才的要求，对“耐火材料”课程教学内容、教学方法、评价机制等进行改革与优化。引入OBE新教学理念，丰富教学内容；以学生为中心，建立小组合作学习、实践教学、项目主题教学、学生互动课堂教学、线上线下混合教学等相结合的立体化教学模式；实行过程性的多元化（课题讨论、发表观点和随堂考核、论文作业、主题PPT报告、实践评价、期末考试）评价方式，全面评判学生学习效果，确保学生对课程知识的掌握达到预期目标，以期通过教学改革，提高学生自主学习的能力及跨学科综合考虑问题的能力，增强学生的专业技能，提高学生在新工科背景下适应社会的能力，为新工科建设培养应用型专业人才奠定坚实的基础。

（一）基于OBE理念，明确教学目标

基于OBE理念，对教学目标进行“逆向设计”，根据内部和外部的需要明确本专业的培养目标，根据专业的培养目标决定毕业要求，并在特定的课程中逐一实施［5-6］。同时，毕业要求要符合教学内容，并能为教学内容、课时等提供一定的参考。因此，在教学实践过程中，应体现学生通过本课程的学习能够达到的能力要求。

基于该理念，“耐火材料”课程教学的目标设计可分为知识体系、理论应用和工程创新三个层面（图2）。首先是知识层面，通过该课程的教学使学生掌握耐火材料制备的原理及工艺基础、耐火材料的结构与性能，理解耐火材料的组成、结构、性能与制备工艺之间的关系。其次是理论应用层面，能够运用无机材料结构化学的基础知识和基本原理，对耐火材料加工过程中的工程性问题进行解析，通过比较和综合，优选方案，解决耐火材料设计或生产过程中的复杂工程问题。最后是工程创新层面，积极引导学生自主学习、发现问题，能够利用掌握的基础理论和应用，对耐火材料制备各工程涉及的单元或工艺流程进行改进、改造，具备研究和改进耐火材料性能，开发新材料、新产品、新工艺的基本能力。

图2 “耐火材料”课程教学目标

（二）改革课堂教学模式

1.扩展教学内容，重构课程体系。在传统“耐火材料”课程教学过程中，教师一般对生产实践、耐材制备原理和工艺流程的讲解比较透彻，主要精力放在了工艺选择、反应影响因素及制备物理化学变化的总结，而对耐火材料制备新技术及其应用场景介绍较少，且目前使用的《耐火材料》教材内容更新较慢，对现有的新技术和新理论介绍不多。

针对上述问题，在教学内容上要强调“新”。在课堂上引入新技术，把专业知识融入解决问题的过程中，以提高学生的学习兴趣，并让他们把注意力集中在科技的发展上。通过调研、检索等方法，了解耐火材料制备工艺、设备的最新发展趋势掌握。同时，利用高校共享资源或计算机手段，采用仿真技术对耐材制备工艺过程的实现进行模拟仿真，巩固和强化学生所学知识。

另外，将“耐火材料”课程相关的优秀教学成果、科研前沿案例、学科前沿动态、创新大赛成果、典型工业生产案例等有机地融入本课程的授课内容中，增加课程教学的趣味性、灵活性和先进性，达到拓宽学生的知识面及提高学生学习兴趣的目的。

2.重视实验环节，实践和理论并重。传统“耐火材料”课程难以做到为学生营造良好的实验环境，因此，学生难以理论联系实际，其实践能力培养环节缺乏。在基于OBE理念的“耐火材料”课程教学改革中，应重视实验环节对学生实践能力的培养，实践与理论并举并进行有机结合。比如，将耐火材料的性能表征部分通过重组设置为实验环境，并进行单独授课。通过实践，加强学生对耐火材料性能检测的认识，加深对耐火材料制备的理解，提高其对该课程的兴趣。此外，将镁质耐火材料作为案例，在实验中，要求小组成员一起完成不同镁质耐火材料的制备过程，包括原料准备、混料、困料、预压成型、干燥、烧结和性能检测等环节，通过专题讨论举一反三，让学生在学习和掌握镁质耐火材料的制备基础上，自我完成碱性耐火材料、硅铝质耐火材料等多种耐火材料相关内容的学习和制备。这不仅可以提高课堂的生动性和趣味，而且可以加强课外实践教学与理论教学的衔接，从而提高教学效果和学生能力。

3.以学生为中心，改革“耐火材料”课程教学方式。耐火材料工艺原理、工艺流程与设备的展现越直观动态，学生的学习效果越显著。但传统的教学模式过于单一，基本为教师讲授，学生的参与感较低，容易出现睡觉或者玩手机现象，因此，亟待提升教学过程中学生的参与度，确保学生取得应有的学习成果。

针对“耐火材料”课程开放性强、专业应用范围广及学科交叉的特点，改变传统单一的教学模式，采用翻转课堂、慕课、小组合作学习、项目主题教学、互动教学、实践教学、线上线下混合教学模式等多手段相互有机融合的形式，以此激发学生的学习兴趣，改善教学效果，降低教师授课的难度。

在翻转课堂教学模式中，教师选定教学目标和教学内容，并在互联网平台上传资料、下达任务，也就是所谓的“先学后教、以学定教”的模式，这样降低了教师的讲课难度，也能激发学生的自我学习能力。同时，学生自主或者在教师的引导下分组，以小组的形式参与耐火材料研究进展的论文写作，或者耐火材料制备方法及性能表征的专题研讨，且以PPT的形式进行展示。在这种教学模式下，学生不仅在课堂上能够用PPT展示专业知识，表达自己的观点，而且可以培养团队意识。此外，在论文写作或者PPT制作过程中，小组同学可以分工协作，分别参与检索和查阅文献、总结关键问题与解决方法、流程文字表达、制作PPT和课堂展示等环节。此外，项目教学方法、雨课堂、实践教学等模式也值得借鉴［7-8］。

通过以学生为中心，优化教学方法，可激发学生的学习兴趣，提高其课程参与度，增强学习的主动性和积极性，提高教学效果和质量。

（三）完善课程教学评价体系

考核是“耐火材料”课程教学中的重要环节，对检验教学效果和指导教学过程具有重要的作用。通过课程考核对学生学习效果进行多维度的检验，根据学生在理论学习、实践环节和实训中的表现进行评价，建立强调过程的课程学习考核激励模式，提高学生参与度，凸显以学生为主体的教学模式。同时，通过多维度考核，根据考核结果进行分析，能够让教师更好地把握学生的学习情况，找出其薄弱的共性环节，为后续的课程教学设计提供指导。

为改变过去依据期末考试成绩评价学生学习效果的单一方式，以学生平时参与课题讨论、发表观点、随堂考核、平时作业、实验报告、论文写作、主题PPT汇报、期末考试等为依据评价学生综合学习效果，强调过程评价［9-10］。根据课程目标，设置每一环节所占的比值，具体情况如表1所示。以过程性的多元化评价全面评判学习效果，引导学生重视过程学习与能力提升，并根据考核效果和反馈，针对学生的薄弱环节，及时改进教育教学方法，做到教学效果的持续改进，不断提高工程人才的培养质量。例如，在随堂考核中，可以针对每节课的重点内容，设置3～5个核心问题，每堂课预留5分钟左右，邀请学生进行回答，以及时了解学生掌握知识的情况，有助于教师进行针对性的改进教学。论文写作环节可以设置一些开放性题目，比如世界耐火材料的发展现状、在“双碳”背景下耐火材料行业的发展思路等，从而培养学生的发散性思维。在主题PPT汇报环节，可设置高温隔热耐火材料应用广泛，用所学知识设计一种耐火度高于1200度的高温隔热材料实践性较强的课题，将3～5名学生分为一组，通过分工和合作，完成文献查询、PPT制作和汇报，在提高学生参与度的同时，能够培养其运用知识和解决复杂问题的能力。期末理论考试试题从题库随机抽取，主要考查学生对理论知识的掌握情况及应用理论知识解决实际问题的能力。

表1 “耐火材料”课程考核方式及比例分配

综上所述，本论文针对“耐火材料”课程传统教学存在的问题，开展新工科背景下基于OBE理念的“耐火材料”课程教学改革研究，建立以学生为中心的教学理念，在教学实践中，优化教学模式，运用多种教学方法和手段，以师生互动课堂教学为驱动，注重理论结合实际，提高学生的参与度，引导学生在“干中学”；同时，构建操作性强的多元化过程评价方式和手段，根据评价结果对教学进行持续改进。通过教学改革，以期进一步明确课程目标，创新教学方式，建立评价体系，提高教学质量，改善教学效果，引导和调动学生学习积极性，从而全面培养和提高学生的综合能力。