OBE 理念在“计算机在材料科学中的应用”中的教学实践与探索＊

杨为家，何 鑫，陈 梅，张 弛，梁 萍，邱振平，辛 月，范东华

（五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020）

1 背景

在教育部推进“新工科”建设的时代背景下，为满足国家以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济人才需求，开展传统工科专业选修课程创新改革，培养动手能力强、具有创新思维和能力的大学生意义重大。成果导向教育（Outcome based education，以下简称“OBE”）提出了以成果为导向、以学生为中心、持续改进的工程教育认证三大核心理念[1-2]。OBE 理念贯穿教学的设计、实施和评价三个关键环节，始终坚持以成果为导向、以学生为中心和持续改进[3]。应用OBE 理念，探索新时期下高素质人才的培养模式已经成为当前高等教育的一个重要发展趋势[4]。

五邑大学是由广东省人民政府于1985 年设立的以工科为主的多科性大学，现为广东省高水平理工科大学建设高校。学校积极培养思想品德高尚、基础知识扎实，具有国际化视野、较强实践能力和创新创业能力，适应地方经济社会发展需求的高素质应用型人才。五邑大学应用物理与材料学院的材料科学与工程专业以新能源材料与器件为主要培养方向，积极为大湾区建设输送新能源方向的高素质应用型人才。然而，从往届的毕业论文调研中发现，学生的论文普遍存在科技绘图不规范、引文格式错误百出、实验结果分析有待进一步提高等问题。也就是说，学生的计算机专业应用能力和信息综合能力相对薄弱，有待进一步提高。由往届毕业生的工作应用能力需求调查统计可知，计算机专业应用能力和信息综合能力在学生未来的实际工作中扮演了十分重要的角色。因此，有必要针对性地培养学生的计算机专业应用能力和信息综合能力。“计算机在材料科学中的应用”作为材料科学与工程专业的一门专业选修课，是培养学生的计算机专业应用能力和信息综合能力的一个良好途径。

结合当前教育发展形势和本校及本院的实际情况，笔者积极开展教改工作，探索OBE 理念在“计算机在材料科学中的应用”中的实践应用。

2 课程设计

项目式教学法是实践OBE 理念的一种良好方式。针对本院本科学生在毕业论文中暴露的问题，本课程拟分为四个项目：科技绘图（Origin 软件）的入门教学、文献管理软件（Endnote 或者Note Express）的熟练应用、XRD 分析软件的入门教学以及三种软件的简单综合训练。

项目一：科技绘图（Origin 软件）的入门教学。以经典案例给学生讲解科技作图的规范和要求；其按常用的科技绘图需求，分为多数据二维图、柱形图、数据拟合、三维图（简介）四个小项目进行教学。

项目二：文献管理软件（Endnote 或者Note Express）的熟练应用。按文献的导入、文献的分组管理、文献的引用、文献格式的编制、文献的导入几个部分进行教学和分组练习。为了提高学习效果，进行分组教学，鼓励学生之间相互帮助，共同进步。

项目三：XRD 分析软件的入门教学。根据材料科学与工程专业的需求，学生能够利用XRD 对材料进行鉴定。教学内容主要包括数据的导入与导出、寻峰（半高宽）、成分鉴定、晶格常数的确定、晶粒尺寸与残余应力及位错密度之间的关系、寻峰报告的导出、PDF 卡片的查找、导出及绘图。

项目四：三种软件的简单综合训练。以ZnO 薄膜的XRD测试结果为素材，首先要求学生利用XRD 分析软件对测试结果进行分析，要求得出的结果包括衍射峰（峰位）、半高宽、晶格常数、晶粒尺寸、残余应力、位错密度（做成表格）；利用Origin 将ZnO 的XRD 测试结果绘制成符合规范的数据图；最后，要求学生对ZnO 的XRD 测试结果进行合理分析与讨论，并撰写成一个简单的实验报告，并利用文献管理软件按照指定的格式插入恰当的6～10 篇参考文献，培养学生综合文献的能力。

3 实践与探索

本课程的教学内容都是着重于实际应用的，而且产出成果是比较明确、可以量化的。因而，本课程在OBE 理念的实践上，具有先天优势。基于OBE 的理念和本课程的实际情况，笔者提出了如下教学步骤：①明确教学目标——提出项目的具体目标；②素质能力培养——教师演练完成目标所需的技巧；③模仿训练——学生参照步骤②的技巧，练习完成与教学目标类似的作品或者案例；④成果产出——完成具体的作品（项目），并记录好完成作品的详细步骤，以备后面继续学习和使用；⑤持续改进——教师对学生的作品进行点评，学生完善自己的技巧和作品；⑥同时根据教学效果，优化整个教学环节。

在实际教学过程中，部分学生所采用的软件版本是最新版，与笔者所采用的存在差异。采用最新版软件的这部分学生在教师演练环节需要更多的时间去寻找操作图标，有时候会错过教师的部分操作环节，因而有少量的学生难以完成作品。针对这一问题，笔者提出了两种解决方案：以成果产出为导向，要求这部分学生安装和教师相同版本的软件，保证教学效果；以学生为中心，引导学生积极参与教学活动——鼓励已经能够应用新版本软件的学生分享自己的成功经验，通过实操演示或者共享详细操作流程等方式，帮助有困难的学生完成作品。

4 总结

由问卷调查可知，大部分学生对本课程是比较认可，认为学习本课程后，基本能够应用所需知识进行科技绘图、XRD 数据分析和文献管理；大部分学生的成绩在良好及以上。参加课外科技活动的学生感觉收获很大，处理和分析科研数据的能力得到了较大提高。部分学生反映，课堂练习时间不够，案例偏少。此外，还发现部分学生对本课程的兴趣不高。针对实践中发现的问题，笔者提出以下改进建议。

课程的开课时间安排在第七学期为宜。毕业论文一般在该学期开始。根据学以致用和利益驱动原则，一旦学生清楚地知道本课程所学内容全部都是对毕业论文有用的“干货”内容，可以有效提高毕业论文的质量，那么学生的努力程度和积极性就会得到极大提高，与其他学期形成鲜明的对比。

必修课与选修课同时进行。本科生积极参与课外科技活动是本院的一大特色。很多学生从大一就开始从事科研活动。这部分学生急需科研绘图、XRD 分析以及文献管理的技巧。允许这部分学生以选修的形式加入必修的班级，提前选修本课程，这样可以帮助这部分学生更好地发展和成长，促进学院人才培养工作的开展。

积极开展科技绘图竞赛。通过举办科技绘图竞赛（除了最后的作品，参赛人员还需要提供详细的制图步骤以及视频），提高学生的学习热情。同时可以收集更多的教学素材，促进本课程教学质量的提高。