基于OBE教育理念下新能源科学与工程专业“固体物理”课程的教学思考

摘要：“固体物理”是新能源科学与工程专业的一门专业必修课，该课程对本专业学生后续专业课程学习具有重要的理论支撑作用。该课程包含了晦涩难懂的概念和大量的公式推导，学习难度大，在现有的教学方式下，学生的学习达成度一般，因此不能满足新工科建设的要求。基于此，将OBE的教育理念融入“固体物理”的教学实践中，通过对“固体物理”课程的预期目标，课程实施及评价体系进行改进思考，期望提升“固体物理”课程的教学质量，培养学生的自主学习能力、创新能力及应用固体物理理论分析和处理实际问题的能力。

关键词：OBE；固体物理；新能源科学与工程；教学思考

“固体物理”是新能源科学与工程专业的重要基础专业课程，是半导体物理与器件、发光二极管材料与器件和太阳能电池材料与器件等课程的理论基础课程，承载了新能源科学与工程专业理论与实践的桥梁作用［13］。该课程研究固体材料的微观晶体结构及其组成物质的粒子之间相互作用与运动规律的学科，讲述微观粒子运动、晶体结合与化学键、晶格振动理论、能带理论等内容，从微观上解释固体材料的宏观物理性质，其目的是研究固体的物理性质、微观结构、固体中各种粒子运动形态和规律及它们的相互关系。固体物理的发展对半导体材料、光电材料、太阳能电池等方向的影响日益增长，对相关前沿技术的出现起到了至关重要的推动作用，是重要的基础学科［13］。新能源科学与工程专业的学生通过本课程的学习，可以掌握固体物质的相关理论知识，提高学生的物理逻辑思维能力，增强创新能力，可为毕业后从事新能源等相关工作提供理论支持。然而，“固体物理”课程相较于新能源科学与工程专业的其他专业课程来说，理论性非常强，包含了晦涩难懂的物理概念和大量的公式推导。当前，在OBE教育理念下，现有的“以教学内容为中心”的教学模式已经不能满足当前人才培养的需求［45］，需要探索新的教育模式。

OBE（OutcomebasedEducation）教育理念是指成果导向教育，其核心是“以学生为中心”，是以培养学生的综合素养和实际应用能力为目标，使他们具备适应不断变化的社会和工作环境的能力。这一理念最早是20世纪50年代美国学者提出，90年代在西方发达国家兴起的教育改革主流理念［6］。中国工程教育专业认证协会在历年颁布的《工程教育认证标准》中充分体现了OBE教育理念，意味着当前高校的培养方案和课程教学需要结合OBE教育理念，推动工程教育的教学改革。该理念将教育的重点聚焦在学生在学习期间需要具备什么能力，并取得的目标能力，在教学设计、教学活动、教学评价三个方面进行闭环管理，在此基础上进行持续改进，最终达到以学生学习成果为教育目标的目的。这突破了传统的教师讲授、内容为本的模式，在提高教育成效上具有非常明显的优势［7］。

本文以“固体物理”课程为例，充分结合OBE教育理念，考虑课程的内容和实际教学实践的现状，围绕毕业目标达成度指标，提出有利于创新型人才培养的教学设计理念，对新能源科学与工程专业的“固体物理”课程进行教学思考，并提出可能的改革方向和措施，建设好课程，提高“固体物理”课程的教学成效，以期为新能源科学与工程专业的建设和认证等教育改革提供部分支撑。

1OBE教育理念

1.1OBE教育理念的发展历程

OBE教育理念是一种以学生为中心的教育模式，以学习结果为导向的教育。在20世纪50年代，美国教育心理学家初步提出了OBE教育理念观点，他认为教育应该是以目标或学习成果为导向，强调教育最终目的不是仅仅掌握一点知识，而是让学生学会一定的能力。60年代末到70年代初，教育学家和学者们认为OBE教育理念能够提高教学效果，培养学生的实践技能和学习能力，在他们对OBE教育理念的发展和推广下，在美国的教育改革中吸收了OBE教育理念。然而，在20世纪80年代OBE理念受到了一些挑战，有学者批评OBE过于注重标准化和测试评估，忽略了学生的兴趣和发展需求，担心理念的实施会导致学校进行强制性教育，而忽略学生的多样性，剥夺了学生的自我决定权［610］。

20世纪90年代后，在对美国教育的实用性和教育成果的重要性进行评估和反思后，人们对OBE教育理念进行改进和调整，OBE教育理念逐渐成为在美国、英国等国家的教育改革主流理念［6，10］。现如今，OBE教育理念逐渐从以前的以成果为中心转变为更加注重学生自主学习和探究性学习，推崇多元评价模式、基于项目学习和实践学习等教学方法。2013年，我国成为《华盛顿协议》的正式会员，这种理念逐步应用于我国的工程领域学科，正成为我国现代教育的重要组成部分。

1.2OBE教育理念的特点和原则

OBE教育理念是一种以学生为中心的教育模式，意为以学习结果为导向的教育，是以培养学生的综合素养和实际应用能力为目标，使他们具备适应不断变化的社会和工作环境的能力［1112］。

OBE教育理念强调学生学习目标的设定，并将学生的学习成果作为评估和课程设计的核心，教师们需要明确课程的预期结果，帮助学生达到这些目标。OBE教育理念鼓励针对不同学生的不同需求和能力，教师需要进行个性化的指导和支持，使每个学生都能在自己的学习阶段得到发展和成长。OBE教育注重将知识和技能应用到具体实际情境中，通过实践和解决问题的教学活动来培养学生解决问题的能力和创造力。OBE教育重视学生的学习过程和发展，通过持续改进，关注他们在学习中的努力和进步，而传统教育只有标准化考试成绩。OBE教育致力于培养学生的学习能力和自主学习的习惯，使他们具备终身学习的能力和意愿。

OBE教育理念鼓励学生积极参与学习过程，并主动承担自己学习的责任。学生在目标设定、学习计划的制订和学习成果的评估过程中都应该积极发挥主动角色。OBE教育理念鼓励学生之间的合作和互动，通过小组项目和集体讨论等互动形式来促进学生之间的合作和共享知识。OBE教育强调多种评价方法的使用，包括考试、作业、项目、演示、实践操作等不同形式的评估方式，这样可以更全面地评估学生的学习成果和能力。OBE教育注重将学习与现实世界联系起来，提供实际的问题和情境给学生解决，激发学生的兴趣和动机。OBE教育倡导教师和学生之间的持续反馈和交流，以及针对学生的学习成果和表现进行及时调整和改进教学。

总之，OBE教育模式强调学生的全面发展，注重学生的学习成果、能力和解决问题的能力，鼓励学生积极参与学习过程，培养自主学习和终身学习的能力。同时，它也要求教师更多地从学生的需求出发，关注学生的学习过程和个体发展，以提供更有效的教育支持和指导。

2“固体物理”课程教学现状

对于新能源科学与工程的“固体物理”课程而言，主要的困难表现在如下三个方面。（1）课程的理论难度大。“固体物理”课程起着连接基础理论和专业技术课程的桥梁作用，包含了大量的公式推导和晦涩的物理概念，通过研究微观粒子及其运动规律来阐明固体宏观的物理性质，对于没有较强物理知识背景和数学能力的新能源科学与工程专业学生，往往觉得固体物理课程理解起来困难［1314］。（2）课程学时少。“固体物理”作为新能源科学与工程专业的核心课程，理论学时只有48学时，需要讲述晶体结构、分析晶体结构的实验方法、晶格振动和晶体的性质、金属电子论、固体的能带等内容，还需补充先行支撑课程知识，如统计物理与量子力学，使得教师只能匆忙完成教学大纲所规定内容，教学效果不理想［14］。（3）课程教学方式不灵活。“固体物理”是一门理论性强的课程，一般教师使用传统的教学方式按照大纲和书本知识点进行理论讲解教学，缺乏形象而容易接受的事例，让学生无法将所学的固体物理知识与新能源科学与工程专业中的实际应用联系起来，容易导致课堂气氛不活跃，学生缺乏学习的兴趣而学不懂，导致学生相应的工程应用能力没有得到培养，不利于人才的综合能力培养［15］。

3OBE理念在“固体物理”课程教学中的思考

针对新能源科学与工程专业“固体物理”课程存在的问题，可以结合OBE教育理念，对该课程的相关目标、教学实施及评价体系进行了思考，帮助学生更好地理解和应用物理概念，培养他们解决问题的能力和实践技能。

（1）设定明确的课程目标，支撑培养目标，匹配学生实际需求。OBE理念注重培养目标的达成，要求毕业的达成度能够支撑培养目标的达成，课程教学要求的达成度也能支撑毕业要求的达成，这需要保证教育目标与成果保持一致。因此，明确“固体物理”课程的培养目标包括：通过本课程的学习，使学生能够了解固体物理学发展的基本情况，以及固体物理学对于近代物理和近代科技发展的作用，了解固体物理所研究的基本内容和固体物理研究前沿领域的概况；学生能够掌握固体物理学的基本概念和基本规律，掌握晶体宏观物理性质及其组成粒子之间相互作用与运动规律；学生能解释晶体基本物理性质的微观机理，具备自主学习的能力，并能培养应用固体物理学理论分析和处理问题的能力。这些目标与课程内容和学生的实际需求相匹配，以便评估学生的学习成果。

（2）优化教学内容，改变教学方式，提升学生的主体地位。固体物理课程不仅应该注重理论知识的学习，还应该培养学生的实践技能，将固体物理的概念与实际情境相联系，帮助学生将所学知识应用于解决实际问题。例如，通过制作金刚石的模型、使用计算机模拟工具等方式学习计算金刚石声子谱和能带结构，掌握原胞、倒格子、布里渊区等基本概念，形象掌握晶体色散关系和能带理论。鼓励学生在学习过程中积极参与，采用互动式的教学方法，激发学生的兴趣和主动学习的态度。例如，设计锂电池正极材料的探索性学习活动，让学生通过锂电池正极材料的结构，以及调研文献数据体验和探索固体物理的概念和现象。通过这些活动，学生可以自主发现和理解固体物理的相关原理，组织问题解决活动或项目驱动学习，鼓励学生运用固体物理知识和理论来解决实际问题。例如，可以分组探索不同种类材料（单晶硅、石墨烯等）的晶体结构和能带结构，提供这些真实材料的案例和挑战，让学生通过合作、调研、实验等方式解决问题，并在过程中不断反思和改进，鼓励学生共同合作、讨论和分享自己的观点和理解，通过与他人的互动，学生可以相互学习、交流和促进彼此的思维发展。

（3）多元评价方式，提供反馈指导，客观公正评估成果。除了传统的考试评估，可以采用其他的评估方式来了解学生的学习成果和能力。例如，通过项目作业、合作项目报告等形式对学生的学习进行评估，作为最后总评分的一部分，以更全面地了解他们的知识和技能。及时提供学生的小组学习反馈，帮助他们在项目推进过程中纠正错误和改进学习策略。教师可以通过小组讨论、个人反思、一对一辅导等方式与学生互动，提供个性化的指导和支持。鼓励学生进行反思，让他们思考自己在学习过程中的成长、遇到的困难以及解决问题的策略。同时，教师也可以透过学生的项目成果、展示和口头表达等方式，对学生的学习成果进行评估和反馈。

结语

总之，新能源科学与工程专业的固体物理课程主要是为后面的半导体材料、光电材料、太阳能电池等应用器件作一个理论基础的培养。一方面，我们要注意把基础概念和理论讲清楚，尤其注意在教学过程中培养理科解决问题的思维方式。要将所讲述的固体物理内容和专业方向的应用联系起来，让学生能够在学习的过程中感受到所讲述的内容不是海市蜃楼，而是和专业和生活密切相关的具体实践。另一方面，将OBE教育理念融入固体物理课程可以使学生更加主动地参与学习，培养实践和解决问题的能力，并将所学知识应用于实际情境中，有助于激发学生的学习动机，提高他们在固体物理领域的发展和应用能力，促进他们的主动学习和终身学习能力的发展。

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作者简介：陈长材（1991—），男，汉族，江西赣州人，博士，讲师，研究方向：稀土磁性材料及其相关物理效应研究。