功能材料課程教學(xué)改革與實(shí)踐論文
摘要：成果導(dǎo)向是一種以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，對工程教育認(rèn)證的實(shí)施具有重要意義。本文在工程教育認(rèn)證背景下，探索性地將成果導(dǎo)向理念引入到功能材料的課程建設(shè)體系中。充分以學(xué)生為中心，以教學(xué)成果為導(dǎo)向，從教學(xué)理念的定位、授課內(nèi)容的選取和教學(xué)形式的安排等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐。引入實(shí)例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂和企業(yè)導(dǎo)師制多模式教學(xué)方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，以促進(jìn)功能材料課程教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生綜合水平的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：功能材料；成果導(dǎo)向；工程認(rèn)證；教學(xué)改革
1引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會對人才的需求程度越來越高。自我國加入“華盛頓協(xié)議”成為協(xié)議簽訂成員開始，工程教育專業(yè)認(rèn)證的帷幕正式拉起，這也預(yù)示著我國高等教育人才的培養(yǎng)逐漸向國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。所謂工程教育認(rèn)證，是實(shí)現(xiàn)工程學(xué)位國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。工程教育認(rèn)證的開展，必須遵循三個基本理念：成果導(dǎo)向（OutcomeBasedEducation，OBE）、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。這些理念對促進(jìn)專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革、保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要[2]。其中，OBE已成為英國、美國、加拿大等先進(jìn)國家教育改革的主流理念，并成功應(yīng)用于工程教育專業(yè)認(rèn)證方面。因此，用OBE理念來引導(dǎo)我國工程教育的改革，具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。功能材料是指具有優(yōu)異的熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化的功能，用于非承載目的之先進(jìn)材料[3,4]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料、能源和信息成為當(dāng)代社會文明和國民經(jīng)濟(jì)的三大支柱，而功能材料是未來材料的主要發(fā)展方向。因此，功能材料在近數(shù)十年得到了高度重視，功能材料的種類和應(yīng)用范圍越來越廣，極大程度地影響著人類的生活和社會的發(fā)展。功能材料課程是學(xué)生了解當(dāng)今各類先進(jìn)功能材料的一門基礎(chǔ)課程，該課程以材料的功能性為主線，圍繞不同種類功能材料的基本原理、特點(diǎn)和應(yīng)用，闡述了功能材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，在實(shí)際工程應(yīng)用中可針對不同類型的功能材料，結(jié)合不同類型功能材料的物理性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行功能材料的選擇和優(yōu)化設(shè)計。然而，傳統(tǒng)教育模式是教師大量地將專業(yè)基礎(chǔ)知識在課堂上灌輸給學(xué)生。這種被動式教育方式對于學(xué)生積極性的調(diào)動存在很大弊端，以至于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中很難發(fā)揮主觀能動性，易造成缺乏獨(dú)立思考和將所學(xué)知識應(yīng)用于工程實(shí)踐中的能力。OBE理念的提出很好地貼合了功能材料課程的教學(xué)初衷。基于OBE理念，本文從分析本課程的主要目的和主要問題著手，提出了相應(yīng)教學(xué)改革措施，并取得了一定的實(shí)踐效果。
2教學(xué)大綱的重新制定
緊密圍繞學(xué)生應(yīng)該取得什么學(xué)習(xí)成果為主線，對國內(nèi)開設(shè)本課程的學(xué)校進(jìn)行廣泛的調(diào)研，積極開展對外交流和學(xué)習(xí)。結(jié)合工程教育認(rèn)證的趨勢要求，對原教學(xué)大綱進(jìn)行研究，保證教學(xué)思想的先進(jìn)性、教學(xué)內(nèi)容的前沿性和課程教學(xué)設(shè)計的科學(xué)性。本課程以材料的'功能性為主線，闡述功能材料的組份、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用和發(fā)展方向。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可針對不同類型的功能材料，結(jié)合不同類型功能材料的物理性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行功能材料的選擇和設(shè)計，具備初步的功能材料的設(shè)計能力。本課程教學(xué)內(nèi)容繁多，我們將其分為電、光和磁功能材料三個模塊，按照不同模塊、不同功能對于現(xiàn)有教學(xué)目標(biāo)的支撐程度來進(jìn)行切換。此外，緊跟科技步伐，新添加了新型功能材料模塊進(jìn)入教學(xué)體系，使得本專業(yè)人才更快更靈活地適應(yīng)社會需求。
3改變課堂教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量
3.1實(shí)例教學(xué)，提高學(xué)生興趣
“功能材料”課程內(nèi)容涉及面廣，且當(dāng)今社會處于信息化時代，各類功能材料在科學(xué)研究者的努力之下，日新月異。因此，在講授課本理論知識的基礎(chǔ)上，盡可能地將實(shí)際生產(chǎn)和日常生活中遇到的新鮮事物融入到課堂教學(xué)中，作為實(shí)例成為講解對象，以引起學(xué)生對該課程的興趣。例如，我們舉了濟(jì)南南繞城高速的全國首條承載光伏路面能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車一邊行駛一邊充電的例子，解釋了能實(shí)現(xiàn)能量存儲就是利用了我們所學(xué)的光生伏特效應(yīng)，并詳細(xì)分析了儲能的具體過程，引出光生伏特效應(yīng)原理。同時，在后續(xù)講述磁性材料的同時，將其無線充電過程做了進(jìn)一步解釋。通過生活常見及實(shí)際生產(chǎn)問題的分析，讓學(xué)生可以了解到功能材料無處不在，該方式極大地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心和付諸實(shí)踐的信心。
3.2翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生做主導(dǎo)
“功能材料”課程既重理論也重實(shí)際應(yīng)用，內(nèi)容涉及面廣。當(dāng)今世界，科技高度發(fā)達(dá)，信息呈爆發(fā)式增長，每天都有大批量的新型功能材料被科學(xué)家創(chuàng)造出來。因此，我們在講授一些書本上最基本的、最常見的功能材料的同時，還需要緊跟時代前沿，將新發(fā)明的功能材料及時介紹給學(xué)生，盡可能地提高學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的興趣。為了充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，我們在教學(xué)過程中安排了4課時的反轉(zhuǎn)課堂。采用“PPT分組討論”教學(xué)方式，將傳統(tǒng)的學(xué)生被動式接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c、積極思考，從而發(fā)揮學(xué)生的主體作用。旨在培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性和創(chuàng)造性思維以及對各類問題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決能力；同時該模式可有效地實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生的雙向互動，促進(jìn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐過程中，我們圍繞新型功能材料，由學(xué)生查找國內(nèi)外最新文獻(xiàn)，專題介紹不同類型功能材料的制備、性能研究及應(yīng)用。討論流程如下：①小班討論以小組為單位，每組5人，每個小組選出一名召集人，組織組內(nèi)各角色分工；②在課堂討論前，各組內(nèi)部根據(jù)老師給出的課題先行查閱文獻(xiàn)資料，并進(jìn)行詳細(xì)的探討、磋商，最終將組內(nèi)討論過程、結(jié)果及主要觀點(diǎn)制作成PPT；③“PPT”討論過程：由小組選出的代表作主題發(fā)言，課題組其他成員輔助，剩余同學(xué)和教師進(jìn)行提問和質(zhì)疑；④授課教師針對研討課題的角度、深度，課題組團(tuán)隊配合情況、發(fā)言者語言組織狀況等方面進(jìn)行點(diǎn)評和總結(jié)；⑤討論成績分為學(xué)生打分和授課教師打分兩部分。授課教師打分依照第④點(diǎn)進(jìn)行，學(xué)生根據(jù)小組成員每次討論過程中的綜合表現(xiàn)打分。翻轉(zhuǎn)課堂過程以學(xué)生為中心，讓學(xué)生各抒己見、集思廣益和優(yōu)勢互補(bǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識；通過小組之間競賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與動力，極大地符合OBE理念。
3.3引入企業(yè)導(dǎo)師，促進(jìn)理論與實(shí)際的結(jié)合
功能材料課程是本專業(yè)基礎(chǔ)知識與工程應(yīng)用之間的橋梁，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。筆者所在功能材料專業(yè)組建了以學(xué)術(shù)導(dǎo)師教學(xué)團(tuán)隊和社會導(dǎo)師團(tuán)隊相結(jié)合的“雙導(dǎo)師團(tuán)隊”，給每位專業(yè)同學(xué)配備“雙導(dǎo)師”，讓每位學(xué)生在接受專業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)的同時，有社會導(dǎo)師進(jìn)行相應(yīng)指導(dǎo)。目前，本專業(yè)已有包括光電、新能源、磁性和陶瓷等領(lǐng)域精英的社會導(dǎo)師20余人。本著OBE理念，更為了進(jìn)一步深化課程改革建設(shè)、提高教學(xué)質(zhì)量，筆者圍繞專業(yè)建設(shè)的特點(diǎn)，將企業(yè)導(dǎo)師這一概念引入功能材料課程的課堂。在授課之余，每學(xué)期邀請行業(yè)、企業(yè)專家開設(shè)以企業(yè)產(chǎn)品項目實(shí)施為主題的工程實(shí)踐類講座兩次，提高了學(xué)生對專業(yè)知識的興趣，同時全面提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識與能力。例如，2017年度我們邀請了千島湖谷神能源公司研發(fā)部工程師來給學(xué)生講解了鋰離子電池的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)工藝流程以及未來競爭力等，帶領(lǐng)學(xué)生對新能源領(lǐng)域有了一個全新的認(rèn)識，也促進(jìn)了同學(xué)將理論知識應(yīng)用于工程領(lǐng)域的渴望與向往。
3.4靈活應(yīng)用多媒體技術(shù)
多媒體技術(shù)是指通過大屏幕、計算機(jī)等設(shè)備結(jié)合各類辦公軟件對文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、動畫、聲音等多種媒體信息進(jìn)行綜合處理和管理，使用戶可以通過多種感官與計算機(jī)進(jìn)行實(shí)時信息交互的技術(shù)。[5]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)已成為和傳統(tǒng)教學(xué)模式相輔相成，必不可缺的一種教學(xué)手段。前文已提到，“功能材料”課程內(nèi)容涵蓋面廣，包括光、電、磁等各類功能材料的制備、性能、機(jī)理及應(yīng)用等方面。教學(xué)中僅依靠傳統(tǒng)板書和課本的方式，無法吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，使得學(xué)習(xí)效果大打折扣。此外，當(dāng)今社會信息如雨后春筍，功能材料日新月異，新型功能材料的特點(diǎn)和應(yīng)用性需結(jié)合圖片和視頻的方式才能更為完美地達(dá)到教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生思考能力。在多媒體技術(shù)的應(yīng)用過程中，我們從三個方面著手，突破傳統(tǒng)多媒體技術(shù)教學(xué)的方式。①避免對教材或教案的簡單復(fù)制，使用簡潔的文字替代繁瑣冗長的文字說明。采用圖片、動畫等方式對問題進(jìn)行剖析，層層深入，有助于學(xué)生更好地對內(nèi)容難點(diǎn)、重點(diǎn)進(jìn)行理解和掌握。②從實(shí)際出發(fā)，多引入實(shí)例圖片，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性。教師在講述不同材料的應(yīng)用時，可選取相關(guān)領(lǐng)域最新應(yīng)用圖片進(jìn)行展示，使學(xué)生及時了解最新信息。此外，教師要緊跟時事，了解功能材料的發(fā)展動態(tài)，及時更新圖片和視頻信息。③注重PPT排版和配色的美觀性。在多媒體的應(yīng)用中，幻燈片的合理布局和色彩搭配需具備一定科學(xué)性，使得學(xué)生在聽課過程中還能享受到美好的視覺效果，從而更易激發(fā)教學(xué)過程中的抬頭率，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
4結(jié)語
成果導(dǎo)向以緊密圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為中心，與工程教育專業(yè)認(rèn)證相呼應(yīng)，對國內(nèi)外未來高等院校的教育體系的改革都將具有重要的指導(dǎo)意義。本文在成果導(dǎo)向理念的指導(dǎo)下，結(jié)合我校功能材料課程的現(xiàn)狀和存在問題，進(jìn)行了教學(xué)改革和實(shí)踐探索。改變教學(xué)大綱，順應(yīng)工程認(rèn)證的要求。實(shí)例教學(xué)、反轉(zhuǎn)課堂、引入企業(yè)導(dǎo)師和靈活應(yīng)用多媒體技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)際的能力。
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