新工科背景下以O(shè)BE 為導(dǎo)向的無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)課教學(xué)探索

周艷艷 劉麗娜 曾繁明

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，用人單位對(duì)人才綜合素質(zhì)與實(shí)踐創(chuàng)新能力也提出了更高要求。在此背景下提出了強(qiáng)調(diào)產(chǎn)出（Outcomes- BasedEducation，OBE）和“新工科”改革以適應(yīng)新需求，課程作為人才培養(yǎng)的基本單元，是完成新工科建設(shè)目標(biāo)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[1-2]。本文結(jié)合我校無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)際，以國家級(jí)一類特色專業(yè)無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)課程為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以O(shè)BE 理念所強(qiáng)調(diào)的教學(xué)產(chǎn)出為導(dǎo)向，突出“以學(xué)生為中心”的理念，采用互動(dòng)式課堂教學(xué)模式、基于PBL（Problem- BasedLearning）的“學(xué)思交融”學(xué)習(xí)模式[3-4]，以及強(qiáng)調(diào)過程性學(xué)習(xí)的課程考核激勵(lì)模式等進(jìn)行綜合改革與建設(shè)，加強(qiáng)新工科背景下人才培養(yǎng)質(zhì)量的過程化形成機(jī)制探索與實(shí)踐。

1 以O(shè) B E 為導(dǎo)向的課程改進(jìn)嘗試

OBE 是指，教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果?；贠BE 強(qiáng)調(diào)的核心問題，在講授無機(jī)非金屬材料專業(yè)課程時(shí)進(jìn)行了如下的課程教學(xué)改革的嘗試。

1.1 讓學(xué)生了解該課程要取得的學(xué)習(xí)成果和專業(yè)背景

首先在課程講授之前，告知學(xué)生課程教學(xué)要使學(xué)生取得什么成果，學(xué)生明確了通過這門課的學(xué)習(xí)應(yīng)該有那些收獲，在專業(yè)基礎(chǔ)和技能上獲得哪方面的提高，避免了以往學(xué)生被動(dòng)和茫然地完成了學(xué)習(xí)過程和考試過程，卻不知道為什么開設(shè)和學(xué)習(xí)這門課的弊端。

然后讓學(xué)生了解要達(dá)成這樣一個(gè)成果的背景。從無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)特色背景看，長春理工大學(xué)是吉林省、國家國防科技工業(yè)局、長春市共建院校，“中西部高校基礎(chǔ)能力建設(shè)工程”院校，吉林省重點(diǎn)大學(xué)，享有“中國光學(xué)英才搖籃”的美譽(yù)，材料科學(xué)與工程學(xué)科歷史久遠(yuǎn)，早在1958年建校初期，設(shè)置了國內(nèi)唯一的以光學(xué)玻璃為主的光學(xué)材料專業(yè)。從社會(huì)需求看，光學(xué)玻璃特色方向以光學(xué)技術(shù)和光電子技術(shù)發(fā)展為需求背景，面向科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防應(yīng)用，立足于新品種開發(fā)和工藝研究。使學(xué)生能夠站在大的學(xué)科背景和社會(huì)需求背景下，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求有了更明確清晰的認(rèn)識(shí)，學(xué)生明確了學(xué)習(xí)的目的，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和主動(dòng)性。

1.2 探索幫助學(xué)生有效地取得這些學(xué)習(xí)成果的途徑

1.2.1 采用以目標(biāo)為導(dǎo)向的課程教學(xué)思路

設(shè)定以課程目標(biāo)為導(dǎo)向的課程教學(xué)思路。以《玻璃化學(xué)》課程為例，學(xué)生了解了課程將要學(xué)習(xí)哪些主要內(nèi)容和每部分重點(diǎn)要掌握的知識(shí)后，結(jié)合實(shí)際科研內(nèi)容讓學(xué)生清楚這門課完成后可以具備什么樣的能力，比如把研究玻璃組成對(duì)稀土發(fā)光影響的過程中得到了一系列組成現(xiàn)象分享給學(xué)生，大部分學(xué)生都能從圖中看出B2O3的含量變化影響了稀土離子的發(fā)光強(qiáng)度，但是為什么會(huì)有這樣的變化，就涉及本課程的核心內(nèi)容即玻璃的結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了變化從而使玻璃的性能發(fā)生變化，那么隨B2O3含量變化玻璃結(jié)構(gòu)發(fā)生了怎樣的變化，基于什么原理，學(xué)習(xí)完課程就會(huì)找到答案，這樣就激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。

同時(shí)精選了幾篇與本課程的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度較大的前沿學(xué)術(shù)研究文獻(xiàn)，布置了貫穿整個(gè)教學(xué)過程所涉及課程知識(shí)點(diǎn)的綜合作業(yè)，作業(yè)的設(shè)計(jì)包括幾個(gè)主要組成部分，一、找出課程中每個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)在文獻(xiàn)中的應(yīng)用之處，二、指出該應(yīng)用所涉及的玻璃化學(xué)原理；三、提出自己對(duì)該文獻(xiàn)所研究的玻璃在組成或性能上的改進(jìn)建議。以光子學(xué)報(bào)這篇《BaO 或La2O3替代Al2O3對(duì)Ce3+摻雜SiO2- B2O3- Al2O3- Gd2O3玻璃光譜性能的影響》文獻(xiàn)為例，課程學(xué)習(xí)之前，同學(xué)們基本上都看不懂文獻(xiàn)研究的內(nèi)容是什么、出現(xiàn)的現(xiàn)象是什么、為什么這樣，課程結(jié)束時(shí)不少同學(xué)不但能讀懂文獻(xiàn)，還能有自己的分析與判斷，有的學(xué)生還能提出自己對(duì)問題的見解。

比如文中這句話“隨著BaO 取代Al2O3量的增加，玻璃的發(fā)光強(qiáng)度和吸收邊在取代量為摩爾分?jǐn)?shù)10%左右時(shí)出現(xiàn)極值，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于BaO 作為一種堿土金屬，堿土金屬摻入硼硅酸鹽玻璃中會(huì)導(dǎo)致B 的周圍的配位數(shù)發(fā)生變化，當(dāng)BaO 取代Al2O3后，低取代量時(shí)導(dǎo)致玻璃中的BO3轉(zhuǎn)變?yōu)锽O4，減少玻璃中的非橋氧，高取代量時(shí)導(dǎo)致玻璃中的BO4轉(zhuǎn)變?yōu)锽O3，增加玻璃中的非橋氧，由此使得Ce3+的次近鄰環(huán)境產(chǎn)生了變化”。即有玻璃組成變化對(duì)性質(zhì)影響描述，又有涉及了組成對(duì)結(jié)構(gòu)的影響原理。學(xué)完課程后，學(xué)生們不但讀懂了，而且還做了非常深入的解讀“一方面BaO 屬于網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，取代Al2O3后，其中的氧離子會(huì)擺脫Ba2+的束縛，變?yōu)橛坞x氧，低取代量時(shí)使得BO3轉(zhuǎn)變?yōu)锽O4，高取代量時(shí)又轉(zhuǎn)變回去，由于堿土金屬氧化物繼續(xù)增加后，BaO 所提供的游離氧不足，玻璃網(wǎng)絡(luò)中的BO4轉(zhuǎn)變?yōu)锽O3。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生造成的影響就是玻璃體中的非橋氧與橋氧含量變化，這一變化影響了發(fā)光活化劑Ce3+的周邊環(huán)境基質(zhì)，從而影響了Ce3+的4f- 5d 能級(jí)躍遷，最終表現(xiàn)出來就是玻璃的發(fā)光強(qiáng)度和吸收邊出現(xiàn)了一個(gè)極值。這主要也是由于玻璃中含有B3+的緣故，這就是我們常說的硼反?，F(xiàn)象”，這說明這種教學(xué)改革嘗試不但使學(xué)生能掌握和運(yùn)用課程的基本原理去分析問題，還初步形成了創(chuàng)新思維模式。

1.2.2 提升課堂上的學(xué)習(xí)效率

構(gòu)建起基于PBL（問題導(dǎo)向）的學(xué)習(xí)模式，授課過程中通過與學(xué)生交流互動(dòng)的方式引發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)難點(diǎn)關(guān)注與興趣，課后的學(xué)習(xí)拓展與探究式研討和課后作業(yè)等途徑，現(xiàn)在的大學(xué)高年級(jí)學(xué)生處于考研與就業(yè)的雙重焦慮期，普遍對(duì)上課缺乏熱情，存在著教師講課和學(xué)生聽課的投入不對(duì)等的情況，針對(duì)此現(xiàn)象，采用了課前的提問環(huán)節(jié)對(duì)前次課程的主要內(nèi)容進(jìn)行回顧和對(duì)即將講授的新知識(shí)進(jìn)行問題導(dǎo)引，授課過程中通過與學(xué)生交流互動(dòng)的方式引發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)難點(diǎn)關(guān)注與興趣，課后的學(xué)習(xí)拓展與探究式研討和課后作業(yè)等途徑，幾次課下來，絕大部分學(xué)生都能對(duì)上一次課的主要內(nèi)容有較好得理解與記憶，每堂課學(xué)生都能把精力集中在課堂上，課堂提問也能出現(xiàn)難得的爭搶發(fā)言。

1.2.3 強(qiáng)化過程考核的方式提升課堂上的學(xué)習(xí)效率

在考核環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)課程學(xué)習(xí)過程中的考核激勵(lì)模式，基于對(duì)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和質(zhì)量影響要素的分解，從考勤、聽課狀態(tài)、課堂師生互動(dòng)表現(xiàn)、文獻(xiàn)綜述報(bào)告、課后作業(yè)、期末考試等環(huán)節(jié)綜合評(píng)價(jià)，形成強(qiáng)調(diào)過程的課程學(xué)習(xí)考核激勵(lì)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程的參與熱情，改變了一些學(xué)生不重視平時(shí)課堂學(xué)習(xí)，單純依靠期末突擊式復(fù)習(xí)應(yīng)付考試的不良習(xí)慣，進(jìn)而提升了學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1.3 教學(xué)效果學(xué)生信息反饋

從學(xué)生反饋回來的信息看，通過以上教學(xué)環(huán)節(jié)的改革嘗試，開闊了學(xué)生的眼界，把課程與科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用之間聯(lián)系在一起，通過科技文獻(xiàn)的閱讀也對(duì)玻璃性質(zhì)分析和結(jié)構(gòu)的探究提供了比較好的思路。一方面拓寬了思路，另一方面，也有助于了解玻璃行業(yè)的最新技術(shù)和思想，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

2 結(jié)論

為了適應(yīng)國家新工科發(fā)展戰(zhàn)略，遵循立足于自身的光學(xué)材料特色專業(yè)的優(yōu)勢，堅(jiān)持應(yīng)對(duì)變化、塑造未來的發(fā)展理念，遵循繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享的原則。培養(yǎng)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才，使其具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)自主創(chuàng)新能力、引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力等能力，教育教學(xué)改革的路還很長。通過以上的教學(xué)實(shí)踐證明在新工科的建設(shè)中無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)，專業(yè)課程采用以O(shè)BE 理念所強(qiáng)調(diào)的教學(xué)產(chǎn)出導(dǎo)向，突出“以學(xué)生為中心”的理念，在基于PBL 的“學(xué)思交融”學(xué)習(xí)模式下進(jìn)行教學(xué)改革，能夠有效提升課程教學(xué)效果，為保障和提升人才培養(yǎng)質(zhì)量尋求到一條可行的途徑。