基于OBE理念下项目驱动式材料化学课程设计改革与探索.pdf

基于O B E理念下项目驱动式材料化学课程设计改革与探索王青尧,张自锋,廖生温,赵玉花,邓雅丹,叶奇鲁,方 芳,王可胜(巢湖学院 机械工程学院,安徽 巢湖 2 3 8 0 2 4)摘 要:针对新工科背景下材料化学专业人才培养的新要求,课程设计等实践类课程在应用型人才培养方面承载了重要的作用。从O B E理念出发,采用项目驱动式方法,对材料化学课程设计的教学内容、教学方式及考核评价等方面进行探索改革,形成了一套基于项目驱动式的全周期、多维度课程设计教学体系,着力培养学生的创新思维和工程实践能力。关键词:O B E理念;项目式教学;课程设计;人才培养中图分类号:T B 3 0-4 文献标识码:A 文章编号:2 0 9 5 9 6 9 9(2 0 2 3)0 3 0 0 9 9 0 50 引言O B E(O u t c o m e B a s e d E d u c a t i o n,简称O B E)理念是最早出现于美国和澳大利亚高等教育的一种应用型专业人才培养模式,它以学生为中心,强调成果产出在学生培养和人才评价中的作用,与中国新工科教育的项目驱动式教育理念相吻合,侧重学生自主学习以及解决复杂工程难题的能力的培养13。项目驱动式教学采用反向思维培养模式,适合课程设计类实践课程教学,通过提前预设的项目课题促使学生主动求知,在科学研究或工程项目的解决过程中逆向培养学生的创新实践能力。巢湖学院材料化学专业课程设计存在理论与实践能力培养相脱节的问题,侧重书本基础理论知识的传授,学生创新和实践能力欠缺。此外,教研分离造成任课老师空有先进的项目经验,学生参与科学研究和工程实践的机会较少,师生的主观能动性低,对学生实践能力提升不利,严重影响了材料化学专业学生的培养质量。本研究以O B E理念为指导,自主学习和实践能力培养为目标,通过项目驱动式教学策略对材料化学专业课程设计教学过程进行改革,对教材、教法及考核评价环节的改革进行了探索性尝试,达到了学生核心能力和综合素质全面提高的目的。1 材料化学课程设计的特点材料化学课程设计是通过课程设计的方式加深学生专业课程知识的掌握,培养学生创新思维和解决复杂工程问题能力的一门实践性课程。本课程通过激发学生在功能材料制备和应用方面的学习兴趣和创新思维与科学实验的基本训练,最终使学生具备材料化学课程设计相关知识和实践的能力。它是材料学专业学生实践课程的重要组成部分,是链接专业基础课与专业实验课、毕业设计的纽带和桥梁,已成为材料专业培养学生创新意识和实践能力的重要载体4 6。2 材料化学课程设计的现状受限于传统教学理念、教学方法、考核评价方式等方面的限制,课程设计教学仍然存在理论与实践结合度不够的问题,具体表现为实践教学内容过于老旧,未能及时补充新技术、新观念;教学方式较为传统,多采用P P T面授的方法,不能因材施教;验证性实验为主,对于探究性、开放性、创新性实验的设置偏少,背离了材料化学课程设计的开设初衷,难以满足新工科背景下应用型人才培养要求。第3 8卷 第3期 2 0 2 3年6月 景德镇学院学报J o u r n a l o f J i n g d e z h e n U n i v e r s i t y V o l.3 8 N o.3J u n.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 6基金项目:安 徽 省 教 育 厅 高 等 学 校 质 量 工 程 项 目(2 0 2 2 z y b j 0 6 5);巢 湖 学 院 学 科 建 设 质 量 提 升 工 程 项 目(k j 2 2 x q y x 0 1、k j 2 2 k c t d 0 2)作者简介:王青尧(1 9 8 4-),男,山东青岛人,副教授,主要从事功能材料研究。2.1 教材内容与工程问题脱钩材料类理论课程经过几十年的发展,涌现出非常多的经典教材,教材内容条理清晰,逻辑严密,然而与之相衔接的课程设计却乏善可陈。部分高校借用材料化学实验教材,多为验证性项目,缺乏开放性、探索性创新内容,并且授课内容陈旧,课程设计内容大同小异,学生缺乏兴趣,不符合高水平应用型高校的办学定位,也难以达成培养学生高素质能力目标的要求。结合材料化学专业办学目标,兼顾学校定位和学科特色,对材料化学课程设计教材进行改革,融合学科前沿和行业热点、难点,编著适合本专业学生发展的高水平教材刻不容缓。2.2 授课方式单调材料专业课程设计多采用传统的“老师台上讲,学生台下听”,学生难以把握课程设计的宏观理念,对原理性概念理解不深,缺乏师生互动探讨和头脑风暴,这与以学生为本的教育理念相违背。实践指导环节,授课老师多采用示范的方式传达给学生,学生照猫画虎敷衍了事,授课效果不尽如人意。先进的理论课授课手段,如慕课、翻转课堂、案例式教学、探究式教学、线上线下混合式教学等在课程设计中应用较少,学生兴趣低下并且不愿参与到教学活动中来。2.3 考察评价不科学课程设计多通过课程报告的形式进行考核,侧重考察基础知识的背诵,单一的评价指标难以全面地反映出学生的综合素质和能力,遇到真正的科学问题或工程领域难题,缺乏实战经验和开放性、创新性思维以及解决问题的实践能力7。对于课程设计这种对学生综合能力和实操能力要求较高的实践类课程来说,改变固有的上课出勤加课程报告的考核形式,采用多元化评价指标,侧重成果展示和过程性评价,更能反映出学生真实的水平。图1 课程设计改革的实施流程综上所述,材料化学专业的课程设计存在理论与实践严重脱钩的现象,在授课教材、教学教法以及考核评价方面都存在严重短板,不利于高水平应用型专业人才的培养目标。材料化学课程设计应与时俱进,在课程体系方面深化改革,构建符合当今新工科背景下工程教育认证的专业课程设计教学体系,具体改革方案如图1所示。3 材料化学课程设计改革的具体措施新工科人才培养对实践类课程老师的授课标准和质量有了更高要求8,在加强教师师德、责任心的同时也要注重实践教学能力,克服重理论轻实践的传统教学模式。专业任课老师应采用进修学习或者挂职锻炼的方式,深入把握材料学学科前沿和就业需求,熟练掌握O B E理念和项目式授课思路,采用多样性的授课和评价方式,为社会培养更多高水平应用型工科人才。3.1 课程设计教材的编著课程设计教材可通过筛选汇编专业教师承担的纵向课题和企业横向课题,将其模块化改编成满足教学需求的课程设计内容,并进一步量化打分,供考核评价采用。将科研和企业工程项目转化为课程内容,并持续更新教学内容,保持授课内容和行业前沿一致,避免了课程内容与行业脱钩的现象。任课老师能将最新的科研动态和行业热点传达给学生,教授学生自主学习的技能与方法,用专业知识解决实际问题。学生也能接触到最前沿的专业知识,同时开阔了视野,提高学习的主动性和创新精神。3.2 全面改善教学方式根据O B E理念,项目驱动式课程设计选用科研课题或者复杂工程难题作为教学内容,促使师生采用反向思维方式来思考,学术交流沟通的教学方式有效避免了传统的教师一言堂教学现象。这种开放式、沉浸式、互动式的教学理念改变了固有的枯燥乏味的说教,启迪了学生的思维,提高了学生的参与度和沉浸式体验感。同时,采用双创比赛的教学方式也能实现对学生专业基础知识的传授和工程创新能力的培养,这种全过程育人方式打破了传统的上课时间和场所限制。项目驱动式教学方式有助于学生专业知识的内化理解,学生的综合创新能力和实践技能能力在“创新创业项目”“挑战杯”“科技创新大赛”等双创比赛中得到提升。3.3 全周期多维度考核模式O B E理念不仅考察学生专业知识的掌握,更加侧重创新能力和解决复杂工程能力的培养。因此,全周期多维度的科学评价模式采用成果产出和过程评价双原则,淡化书面分数考核比重,鼓励学生大胆001 景德镇学院学报 2 0 2 3年创新,主动思考并解决复杂工程问题,这对于新工科背景下学生培养具有重要意义。研究者采用了过程性评价指标,通过多层次、多维度的定期考核(表1)对学生进行综合评价,将原来一学期4 8学时的课程设计拓展为三学期,每学期末提交阶段性考核表,并进行小组汇报打分。此外,评价方式多样化,双创项目、学术论文、专利、实验报告等均可作为评价考核的参考依据,侧重知识内化为解决复杂工程问题的创新思维和能力。表1 材料化学课程设计考核评价标准评价类型考核项目权重考核目标评分标准过程性评价平时表现2 0%知识目标能力目标素质目标(1)课程时间(2)团队协作沟通以及在课程设计中承担 的角色实践表现3 0%知识目标能力目标(1)实践操作规范度(2)对课程设计的规划及解决项目的能力阶段性测验1 0%知识目标能力目标(1)对项目相关知识的掌握(2)阶 段 性 成 果 完成度。总结性评价 成果展示4 0%知识目标能力目标素质目标(1)论文、专利、双创比赛项目及奖励(2)课程报告(3)成果的汇报展示4 实践成效4.1 学生成绩分析通过对材料化学专业两个平行班进行成绩分析对比,发现采用项目驱动式教学改革的同学学习成绩取得了明显的进步,平均成绩高2.3 6分,优秀率和及格率分别高出6.5 8%和4.2 5%,学生发表S C I论文、申请专利、参加大学生创新创业项目等指标均大幅领先。分析结果表明,基于O B E理念的项目驱动式课程改革取得良好的效果,学生的学习热情、主动参与项目的投入度和积极解决项目难题的信心明显增强,学生创新意识和工程实践能力培养效果显著。4.2 问卷调查结果反馈课程设计结束后,课题组针对教学内容、授课方式和考核评价进行了匿名问卷调查,共设置1 2道题目,设置非常满意、满意、一般、不满意四个选项,具体调查内容如表2所示。本次调查问卷面向参与课程设计改革的3 9名学生,共收回有效问卷3 8份,有效率达到9 7.4 4%。调查结果表明,9 7.3 7%的学生对本次课程改革持支持态度,认为本次课程改革迎合了新工科背景下国家对于应用型本科专业的培养要求,学生工程实践能力培养、学习兴趣以及能力素质都有很大提高。表2 材料化学课程设计教学效果调查表调查内容调查问题1调查问题2调查问题3教学内容课程 设 计 选 题是否满意课程 设 计 内 容难度是否满意课程 设 计 新 颖性和 可 操 作 性是否满意授课方式授课 方 式 多 样性是否满意任课 老 师 针 对性 辅 导 是 否满意项目 式 教 学 是否满意考核评价全周 期 评 价 打分是否满意多维 度 考 核 方式是否满意成果 评 分 比 重是否满意学习效果课程 知 识 学 习是否满意创新思维/工程实践 能 力 培 养是否满意素质 训 练 有 效性是否满意5 应用实例结合当前国内环境污染现状和双碳目标,将教师国家基金课题转化为材料化学课程设计,并对其量化为可评价指标。以笔者讲授的“窄带隙纳米粒子敏化T i O2纳米管阵列的合成及其光电应用”课程设计为例,阐述材料科学课程设计的具体流程。教学内容的设计包含如下方面:(1)背景信息介绍。传统能源的储量、工业化对传统能源的消耗及工业三废的排放,了解中国能源利用形式及新能源的发展趋势;(2)课程设计内容阐述。介绍太阳能的优点及利用途径,重点阐述光伏电池、光电分解水制氢、光催化治理三废的原理及技术;(3)T i O2纳米管的制备及改性。介绍纳米粒子制备方法及优缺点,重点论述T i O2纳米管作为一维材料在光电子迁移中的动力学过程。同时论述半导体能带理论,阐明I I型、Z型及S型能带结构的形成机理及电子迁移路径;(4)构效关系研究。论述成分、结构、性能三者之间的构效关系,重点介绍界面化学反应及光电催化、光电转换性能之间的内在关联。通过网络平台布置课前作业,明确课程设计的目标、任务和流程,具体内容如图2所示。学生通过课前资料查询、小组讨论和师生交流确定课程设计方案,在线提交课程设计预习作业,教师据此了解学生对本项目的熟悉程度,并根据学生差异给出有针对性的精准辅导。101第3期 王青尧,张自锋,廖生温,等:基于O B E理念下项目驱动式材料化学课程设计改革与探索 在双碳背景下对本课程设计进行讲授,串联起先学课程在材料合成方面、电子结构和载流子转移等方面的专业基础知识。通过课程设计实现学生对材料专业知识的融会贯通,激发学生的创新意识和批判思维,使学生脑中碎片化的知识点在学生的项目探讨、小组讨论、点评过程中系统化,所有这些均作为过程考核并打分计入平时成绩。在课程设计实施阶段对学生的课程设计思路进行把关,有针对性地对具体问题进行理论分析和深入引导。针对半导体敏化的改性路线选择问题,对学生的问题逐一解答,回顾 材料合成与制备 课程中半导体纳米材料的概念、性能及制备方法,阐述溶剂热法、连续离子层吸附与反应法、光还原法、电化学沉积等方案的具体优缺点;阐述光电催化性能的影响因素与异质结界面光生载流子传输的关系;分析各种制备方法在粒子尺寸调控、晶面取向以及异质结构筑方面的实验策略和原理,具体的课程设计路线和方案如图3所示。图2 课程设计预习任务图3 课程设计实施路线及目标 学生课程设计的考核采用学术论文、专利、双创比赛以及课程设计报告等方式来呈现,通过将课程设计融入大学生双创活动中,调动了学生的学习兴趣和参与项目热情。参与课程改革的5位学生获大学生创新创业项目资助,成果系统整理后以第一作者发表4篇高水平S C I论文,获双创比赛等省级荣誉3项。6 结语材料化学课程设计任教老师在O B E理念的指导下,以学生自主创新意识和解决复杂工程问题能力培养为目标,采用项目驱动式方法对教材、教法和考核评价指标进行了全方位的反向改革设计。经过一轮探索实践,学生对材料化学课程设计这门实践课程的学习热情以及工程实践能力都有了明显的提升,课程指标全部达标,为其今后的深造和就业打下了坚实基础。参考文献:1Y a n g W a n g,G u i p i n g Q i a n.G o l d e n-c o u r s e c o n s t r u c t i o n o f d a t a b a s e p r i n c i p l e s a n d a p p l i c a t i o n s b a s e d o n O B E u n d e r e n g i n e e r i n g c e r t i f i c a t i o n J.I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S c i e n t i f i c E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e,2 0 2 2,6(3):2 3-2 5.2L i y a n L i u,Y a n g L i.T e a c h i n g p a r a d i g m r e f o r m o f e c o n o m i c a n d m a n a g e m e n t c o u r s e s b a s e d o n t h e i n t e g r a t i o n o f O B E c o n c e p t a n d P A D d o d e J.A d v a n c e s i n A p p l i e d S o c i o l o g y,2 0 2 2(1 2):4 7 0-4 8 3.201 景德镇学院学报 2 0 2 3年3 贾勇.基于O B E理论的项目实践教学的实施方法研究J.电脑知识与技术,2 0 2 1,1 7(3 4):2 4 6-2 6 7.4 桑晓光,王锦霞,孟皓,等.“碳达峰碳中和”中的无机化学问题探究P B L教学实践J.大学化学,2 0 2 3(3 8):7 5-7 9.5 房立存,杨照坤.新工科背景下自动化专业实验教学的探索与实践J.中国现代教育装备,2 0 2 2(3 7 9):8 8-9 0.6 师洪涛,郭永萍,张巍巍.工科专业课线上与线下教学及其与新工科结合模式探讨J.中国教育技术装备,2 0 2 1(2 0):1 1 51 1 9.7 陈瑶.基于“双创型”人才培养的产品设计专业实践教学体系构建原则研究J.设计艺术教学与实践,2 0 2 1(1 2):1 0 6-1 0 9.8F a n g n i C h e n,Y a n g Z h o u,W e i w e i Q i u.O B E o r i e n t e d t e a c h i n g r e f o r m a n d p r a c t i c e i n i n t e r n a t i o n a l s t u d e n t s c o u r s e o f c o mm u n i c a t i o n e l e c t r o n i c c i r c u i t J.S c i e n c e I n n o v a t i o n,2 0 2 2,1 0(4):1 1 7-1 2 3.R e f o r m a n d E x p l o r a t i o n o n C o u r s e D e s i g n o f P r o j e c t-d r i v e n M a t e r i a l C h e m i s t r y B a s e d o n O B EWA N G Q i n g y a o,Z H A N G Z i f e n g,L I A O S h e n g w e n,Z H A O Y u h u a,D E N G Y a d a n,Y E Q i l u,F A N G F a n g,WA N G K e s h e n g(S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,C h a o h u U n i v e r s i t y,C h a o h u,2 3 8 0 2 4,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e d o n t h e n e w r e q u i r e m e n t o f m a t e r i a l c h e m i s t r y m a j o r u n d e r t h e n e w e n g i n e e r i n g b a c k g r o u n d,t h e p r a c t i c a l c o u r s e s s u c h a s c o u r s e d e s i g n h a s p l a y e d v i t a l r o l e s i n t h e p e r s o n n e l c u l t i v a t i o n o f a p p l i e d u n d e r g r a d u a t e c o l l e g e s.T h e e x p l o r a t i o n o n t e a c h i n g r e f o r m o f t e a c h i n g c o n t e n t,t e a c h i n g m e t h o d a n d t e a c h i n g e v a l u a t i o n i n m a t e r i a l c h e m i s t r y c o u r s e d e s i g n h a s b e e n c a r r i e d o u t b y p r o j e c t-d r i v e n m e t h o d b a s e d o n o u t c o m e-b a s e d e d u c a t i o n(O B E)c o n c e p t.T h e p r o j e c t-d r i v e n l i f e c y c l e a n d m u l t i-d i m e n s i o n a l c o u r s e d e s i g n t e a c h i n g s y s t e m w a s p r o d u c e d,w h i c h e m p h a s i z e s t h e c u l t i v a t i o n a n d t r a i n i n g o f i n n o v a t i v e t h i n k i n g a n d e n g i n e e r i n g p r a c t i c e a b i l i t y,a n d p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h e p e r s o n n e l c u l t i v a t i o n o f a p p l i c a t i o n-o r i e n t e d p r o f e s s i o n a l p r a c t i c e c o u r s e s.K e y w o r d s:o u t c o m e-b a s e d e d u c a t i o n c o n c e p t;p r o j e c t-t e a c h i n g;c o u r s e d e s i g n;p e r s o n n e l c u l t i v a t i o n301第3期 王青尧,张自锋,廖生温,等:基于O B E理念下项目驱动式材料化学课程设计改革与探索