基于成果導向的“材料研究方法”課程教學設計

唐正霞 王威 管航敏 汪園園 趙毅杰 孫孿鴻

摘?要：“材料研究方法”是材料類重要的專業核心課程，其課程質量對專業人才培養質量起著重要作用。本文基于以學生為中心的成果導向教育理念，提出適用于應用型本科院校的“材料研究方法”課程教學目標、教學內容和教學手段的設計思路，主要特點是輕儀器結構原理重分析原理和方法、科研案例教學、虛實結合的虛擬仿真教學和課程思政價值引領作用。通過本文討論，以期對促進成果導向的“材料研究方法”課程設計和課程質量提高有一定的參考和借鑒作用。

關鍵詞：成果導向；材料研究方法；課程；教學設計

中圖分類號：G642?文獻標識碼：A

1 概述

成果導向（outcome-based education，OBE）是工程教育認證的核心理念［1］，以學生為中心的工程教育認證更加關注教育的結果和產出，根據教育產出要求制定人才培養目標和畢業要求。課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量［2］。課程目標與畢業要求指標點有一定的對應關系，課程質量和課程目標是專業畢業要求達成度的決定因素。成果導向課程改革需要以學生為中心進行課程目標、課程內容和課程教學手段設計。國內成果導向的課程教育理念引入時間較短，仍需要不斷探索。

“材料研究方法”是本校江蘇省一流本科專業材料科學與工程的專業核心課程。本課程是進行材料科學研究和工程技術開發的理論和實驗基礎，是了解材料微觀結構和改進性能不可缺少的工具，課程著重講授運用重要儀器分析方法研究材料結構成分等內容。教學內容針對我校本科學生的生源及就業的實際情況，結合我校材料學科在材料研究方面的優勢，突出材料科學與工程專業的特色，旨在使學生具備材料結構分析表征所需的基礎理論、基礎知識和基本技能。主要內容包括粉末X射線衍射、電子顯微、熱分析、紅外光譜和拉曼光譜等分析方法原理、測試方法、樣品制備方法、實驗結果分析處理。目前《材料研究方法》教材內容滯后，更新慢，依據現代應用型本科教育教學要求，本專業老師自編并出版了《材料研究方法》教材1部（已獲得校級重點教材），同時，也為本課程教學內容的開展提供重要支撐。本課程依托材料科學與工程校級“課程思政”示范專業，前期已開展了成體系的專業“課程思政”教育。通過教學內容、教學模式等多方面的設計，實現“課程思政”的融入，達到了較好的思政教育效果。

“材料研究方法”課程目前普遍存在的問題有：（1）材料研究的測試方法種類繁多，內容涉及測試方法原理和測試儀器原理，理論復雜且深奧，學生消化吸收困難，因此需要根據不同的需求進行內容的取舍選擇。（2）由于課程涉及的儀器價格昂貴，難以讓學生動手操作，因此實驗實踐訓練不足［3］。本文基于成果導向，針對“材料研究方法”課程存在的主要問題，探討該課程的課程目標、課程內容和教學手段設計思路。

2 課程教學設計總體思路

“材料研究方法”在線開放課程的設計理念以成果產出為導向，以學生為中心，以能力培養為目標。課程設計主要包括教學目標設計、教學內容設計和教學手段設計。依據專業人才培養目標和本課程在專業中的定位，設計了具體的課程目標，而每個課程目標又對應專業人才培養畢業要求指標點。根據課程目標確定課程內容，反過來，進行合適的教學手段設計使課程內容支撐課程目標達成，課程目標和課程內容通過教學手段形成閉環。

3 教學目標設計

如引言中所述，材料研究的測試方法繁多，每種方法測試內容涉及儀器結構原理、測試方法原理、樣品制備方法、測試結果分析方法。材料專業學習本課程的主要目的是進行材料的成分和結構研究，而所涉及的測試儀器價格昂貴，結構復雜，學生難以有機會動手操作，儀器結構原理的掌握與否并不影響測試方法用于材料研究的目的。因此，本課程制定課程目標時對儀器結構理解不做要求。另一方面，由于本課程在材料類專業本科和研究生均是專業核心課程，因此在本科階段，尤其作為應用型本科院校，對測試方法只要求掌握最基礎的應用及原理，更高階知識在研究生階段繼續學習。基于以上分析，本課程以專業人才培養方案為導向，從知識要求、能力要求和價值引領三方面制定本課程的教學目標——闡明材料科學領域主要研究方法，使學生掌握常用研究方法的基本原理、適用范圍、樣品制備方法和數據處理分析方法，具備利用主要的測試方法對材料進行初步研究的基本能力，培養學生的質量安全意識和持續改進的職業素養。

具體的有如下三個目標，每個目標均考慮知識要求、能力要求和價值引領三方面，如表1。

4 線上教學內容設計

根據課程目標要求，選擇X射線衍射法、電子顯微分析法、熱分析方法和光譜分析法四個知識模塊，將其建設成在線開放課程。對照教學目標要求，對教學任務進行分解重構，將教學內容拆解細分為短小精悍的知識點模塊，每個知識點都對應到畢業要求指標點，知識點系統連貫，形成有機的整體。為了知識點連貫，就相關知識點提出能夠促進學生深入思考的討論題和思考題，并借助拓展資料，引導學生在討論和思考的過程中自然過渡到下一個知識點。同時，討論題要起到價值引領的作用，引導學生在討論中樹立質量安全意識，養成持續改進的職業素養。

5 教學手段設計

教學手段是教學內容和教學目標實現閉環的紐帶，分為課程目標達成教學手段和課程目標達成度檢測教學手段兩方面。課程目標達成教學手段設計目的是促進學生對知識的內化吸收，達到本課程的能力要求，養成本課程要求的職業素養，達成課程對知識、能力和價值引領的目標。課程目標達成度檢測教學手段設計主要是檢測本課程教學目標達成度。

5.1 課程目標達成教學手段設計

成果導向教育強調以學生為中心，課程教學過程要促進學生對知識的消化吸收，提高學生的學習主動性，在主動學習過程中深入思考，提高學習能力。主要的教學手段有：微視頻、作業、案例分析、討論、拓展資料、虛擬仿真實驗。微視頻制作要兼顧知識性和趣味性，選擇適合學生年齡特點的風格特點，制作盡可能精美，對學生有吸引力。作業是促進知識內化吸收的重要途經，作業題目要精心挑選，難度適合，內容有代表性，控制好合適的作業量，過少起不到鞏固知識的目的，過多又會使學生產生畏難情緒。討論題對學生加深理論知識理解十分關鍵，因此教師需要編制高質量的、有代表性、能夠促進學生深入思考的討論題。例如，讓學生討論同一晶體以不同的陽極靶材產生的X射線測試的XRD譜圖截然不同的原因，加深布拉格方程體現的入射線波長、晶體的晶面間距和衍射角的關系。

5.1.1 科研案例教學，導師制培養

材料研究方法極具理論性和前沿性，對教師的理論水平和創新能力要求高。需要教師不僅有深厚的理論基礎，而且要時刻關注最新進展。團隊教師均為材料學博士，在自身從事材料研究時，必須對材料進行測試表征，教師必須掌握常規的材料測試研究方法。每位團隊成員發揮自身特長，負責一種測試方法，能夠做到精耕細作，發揮更好的作用。應用型本科教育要求我們重視基礎理論的教學，同時需要增強學生的創新實踐能力?！安牧涎芯糠椒ā闭n程以“理論與實踐相結合”為主要策略。通過專業老師帶領學生參與大學生創新創業課題研究，以實際科研項目作為教學案例，并以其原始真實數據為基礎，指導學生對其進行處理分析，使學生真正學會每種測試方法的應用和數據處理分析方法。選擇學生感興趣的案例進行分析，將有助于學生的知識內化和遷移。

5.1.2 虛實結合的虛擬仿真實驗

“材料研究方法”課程對理論與實踐要求較高，要求學生學會測試技術與分析結果。然而，材料的測試設備一般都較為昂貴，例如一臺場發射掃描電鏡價格在400萬元以上，難以滿足學生實際動手操作的實踐需求。采用虛實結合的虛擬仿真實驗，學生通過多次重復操作虛擬仿真設備，掌握大型測試設備的操作方法，培養了動手能力。而數據分析過程則以專業教師或者學生實際參加的科研項目的真實科研數據作為案例，在信息化機房由團隊教師指導學生進行數據處理和結果分析。通過虛實結合的虛擬仿真實驗，既克服了大型貴重儀器無法動手操作的難題，又克服了虛擬仿真實驗虛擬數據無法實際動手分析處理的困難，實現了學生綜合能力的培養。

5.1.3 課程思政

在教學過程中增加課程思政，在PPT和討論過程中有意識地引入課程思政元素，對學生進行“潤物細無聲”的思政教育。例如，傳統理論認為顯微分析的分辨率極限是02微米，但是隨著新的技術出現，電子顯微分析、熒光超分辨顯微分析等技術都突破了分辨率極限至納米級甚至原子陣列。通過課堂討論，培養學生勇于探索、不斷突破的科學精神。拉曼分析與紅外分析均可以用于有機物結構分析，譜圖的峰位互相對應，前者對于非極性分子后者對于極性分子更敏感。通過小組討論，學生在專業學習中實踐唯物辯證法的方法論，理解事物之間是互相聯系的。

5.2 課程目標達成度檢測手段設計

課程目標達成度檢測教學手段設計的目的在于檢測本課程教學目標達成度，利用超星學習平臺實現多重考核，包括討論過程和學習總結體現出的知識理解程度和職業素養、思考題體現的深入思考和拓展學習情況、實驗報告、章節測試和期末測試。綜合這幾方面考核計算課程達成度，客觀反映本課程在知識、能力和價值引領方面的目標達成情況，以便于后續教學過程中持續改進。課程對應畢業要求指標點考核方法如表2所示。

結語

隨著工程認證教育的深入開展，以學生為中心的成果導向教育理念被逐步推廣。課程作為人才培養質量的核心要素，對人才培養目標的實現起著關鍵作用。本文基于以學生為中心的成果導向，提出應用型本科院?！安牧涎芯糠椒ā闭n程教學設計思路，以期促進該課程的教學質量，對成果導向的課程教學設計有一定的參考和借鑒作用。

參考文獻：

［1］李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念［J］.中國高等教育，2014（17）：7-10.

［2］康懷彬，陳俊亮，費鵬，等.基于成果導向的課程教學設計——以國家級精品在線開放課程食品工藝學為例［J］.高教學刊，2021（32）：138-141.

［3］于洋，王濤，富露祥，等.關于《材料研究方法與測試技術》課程教學的探索與實踐［J］.當代化工研究，2022（03）：123-125.

*通訊作者：唐正霞（1976—?），女，漢族，江蘇鹽城人，博士，副教授，研究方向：光電功能材料。