基于成果导向的“材料研究方法”课程教学设计

唐正霞 王威 管航敏 汪园园 赵毅杰 孙孪鸿

摘 要：“材料研究方法”是材料类重要的专业核心课程，其课程质量对专业人才培养质量起着重要作用。本文基于以学生为中心的成果导向教育理念，提出适用于应用型本科院校的“材料研究方法”课程教学目标、教学内容和教学手段的设计思路，主要特点是轻仪器结构原理重分析原理和方法、科研案例教学、虚实结合的虚拟仿真教学和课程思政价值引领作用。通过本文讨论，以期对促进成果导向的“材料研究方法”课程设计和课程质量提高有一定的参考和借鉴作用。

关键词：成果导向；材料研究方法；课程；教学设计

中图分类号：G642 文献标识码：A

1 概述

成果导向（outcome-based education，OBE）是工程教育认证的核心理念［1］，以学生为中心的工程教育认证更加关注教育的结果和产出，根据教育产出要求制定人才培养目标和毕业要求。课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量［2］。课程目标与毕业要求指标点有一定的对应关系，课程质量和课程目标是专业毕业要求达成度的决定因素。成果导向课程改革需要以学生为中心进行课程目标、课程内容和课程教学手段设计。国内成果导向的课程教育理念引入时间较短，仍需要不断探索。

“材料研究方法”是本校江苏省一流本科专业材料科学与工程的专业核心课程。本课程是进行材料科学研究和工程技术开发的理论和实验基础，是了解材料微观结构和改进性能不可缺少的工具，课程着重讲授运用重要仪器分析方法研究材料结构成分等内容。教学内容针对我校本科学生的生源及就业的实际情况，结合我校材料学科在材料研究方面的优势，突出材料科学与工程专业的特色，旨在使学生具备材料结构分析表征所需的基础理论、基础知识和基本技能。主要内容包括粉末X射线衍射、电子显微、热分析、红外光谱和拉曼光谱等分析方法原理、测试方法、样品制备方法、实验结果分析处理。目前《材料研究方法》教材内容滞后，更新慢，依据现代应用型本科教育教学要求，本专业老师自编并出版了《材料研究方法》教材1部（已获得校级重点教材），同时，也为本课程教学内容的开展提供重要支撑。本课程依托材料科学与工程校级“课程思政”示范专业，前期已开展了成体系的专业“课程思政”教育。通过教学内容、教学模式等多方面的设计，实现“课程思政”的融入，达到了较好的思政教育效果。

“材料研究方法”课程目前普遍存在的问题有：（1）材料研究的测试方法种类繁多，内容涉及测试方法原理和测试仪器原理，理论复杂且深奥，学生消化吸收困难，因此需要根据不同的需求进行内容的取舍选择。（2）由于课程涉及的仪器价格昂贵，难以让学生动手操作，因此实验实践训练不足［3］。本文基于成果导向，针对“材料研究方法”课程存在的主要问题，探讨该课程的课程目标、课程内容和教学手段设计思路。

2 课程教学设计总体思路

“材料研究方法”在線开放课程的设计理念以成果产出为导向，以学生为中心，以能力培养为目标。课程设计主要包括教学目标设计、教学内容设计和教学手段设计。依据专业人才培养目标和本课程在专业中的定位，设计了具体的课程目标，而每个课程目标又对应专业人才培养毕业要求指标点。根据课程目标确定课程内容，反过来，进行合适的教学手段设计使课程内容支撑课程目标达成，课程目标和课程内容通过教学手段形成闭环。

3 教学目标设计

如引言中所述，材料研究的测试方法繁多，每种方法测试内容涉及仪器结构原理、测试方法原理、样品制备方法、测试结果分析方法。材料专业学习本课程的主要目的是进行材料的成分和结构研究，而所涉及的测试仪器价格昂贵，结构复杂，学生难以有机会动手操作，仪器结构原理的掌握与否并不影响测试方法用于材料研究的目的。因此，本课程制定课程目标时对仪器结构理解不做要求。另一方面，由于本课程在材料类专业本科和研究生均是专业核心课程，因此在本科阶段，尤其作为应用型本科院校，对测试方法只要求掌握最基础的应用及原理，更高阶知识在研究生阶段继续学习。基于以上分析，本课程以专业人才培养方案为导向，从知识要求、能力要求和价值引领三方面制定本课程的教学目标——阐明材料科学领域主要研究方法，使学生掌握常用研究方法的基本原理、适用范围、样品制备方法和数据处理分析方法，具备利用主要的测试方法对材料进行初步研究的基本能力，培养学生的质量安全意识和持续改进的职业素养。

具体的有如下三个目标，每个目标均考虑知识要求、能力要求和价值引领三方面，如表1。

4 线上教学内容设计

根据课程目标要求，选择X射线衍射法、电子显微分析法、热分析方法和光谱分析法四个知识模块，将其建设成在线开放课程。对照教学目标要求，对教学任务进行分解重构，将教学内容拆解细分为短小精悍的知识点模块，每个知识点都对应到毕业要求指标点，知识点系统连贯，形成有机的整体。为了知识点连贯，就相关知识点提出能够促进学生深入思考的讨论题和思考题，并借助拓展资料，引导学生在讨论和思考的过程中自然过渡到下一个知识点。同时，讨论题要起到价值引领的作用，引导学生在讨论中树立质量安全意识，养成持续改进的职业素养。

5 教学手段设计

教学手段是教学内容和教学目标实现闭环的纽带，分为课程目标达成教学手段和课程目标达成度检测教学手段两方面。课程目标达成教学手段设计目的是促进学生对知识的内化吸收，达到本课程的能力要求，养成本课程要求的职业素养，达成课程对知识、能力和价值引领的目标。课程目标达成度检测教学手段设计主要是检测本课程教学目标达成度。

5.1 课程目标达成教学手段设计

成果导向教育强调以学生为中心，课程教学过程要促进学生对知识的消化吸收，提高学生的学习主动性，在主动学习过程中深入思考，提高学习能力。主要的教学手段有：微视频、作业、案例分析、讨论、拓展资料、虚拟仿真实验。微视频制作要兼顾知识性和趣味性，选择适合学生年龄特点的风格特点，制作尽可能精美，对学生有吸引力。作业是促进知识内化吸收的重要途经，作业题目要精心挑选，难度适合，内容有代表性，控制好合适的作业量，过少起不到巩固知识的目的，过多又会使学生产生畏难情绪。讨论题对学生加深理论知识理解十分关键，因此教师需要编制高质量的、有代表性、能够促进学生深入思考的讨论题。例如，让学生讨论同一晶体以不同的阳极靶材产生的X射线测试的XRD谱图截然不同的原因，加深布拉格方程体现的入射线波长、晶体的晶面间距和衍射角的关系。

5.1.1 科研案例教学，导师制培养

材料研究方法极具理论性和前沿性，对教师的理论水平和创新能力要求高。需要教师不仅有深厚的理论基础，而且要时刻关注最新进展。团队教师均为材料学博士，在自身从事材料研究时，必须对材料进行测试表征，教师必须掌握常规的材料测试研究方法。每位团队成员发挥自身特长，负责一种测试方法，能够做到精耕细作，发挥更好的作用。应用型本科教育要求我们重视基础理论的教学，同时需要增强学生的创新实践能力。“材料研究方法”课程以“理论与实践相结合”为主要策略。通过专业老师带领学生参与大学生创新创业课题研究，以实际科研项目作为教学案例，并以其原始真实数据为基础，指导学生对其进行处理分析，使学生真正学会每种测试方法的应用和数据处理分析方法。选择学生感兴趣的案例进行分析，将有助于学生的知识内化和迁移。

5.1.2 虚实结合的虚拟仿真实验

“材料研究方法”课程对理论与实践要求较高，要求学生学会测试技术与分析结果。然而，材料的测试设备一般都较为昂贵，例如一台场发射扫描电镜价格在400万元以上，难以满足学生实际动手操作的实践需求。采用虚实结合的虚拟仿真实验，学生通过多次重复操作虚拟仿真设备，掌握大型测试设备的操作方法，培养了动手能力。而数据分析过程则以专业教师或者学生实际参加的科研项目的真实科研数据作为案例，在信息化机房由团队教师指导学生进行数据处理和结果分析。通过虚实结合的虚拟仿真实验，既克服了大型贵重仪器无法动手操作的难题，又克服了虚拟仿真实验虚拟数据无法实际动手分析处理的困难，实现了学生综合能力的培养。

5.1.3 课程思政

在教学过程中增加课程思政，在PPT和讨论过程中有意識地引入课程思政元素，对学生进行“润物细无声”的思政教育。例如，传统理论认为显微分析的分辨率极限是02微米，但是随着新的技术出现，电子显微分析、荧光超分辨显微分析等技术都突破了分辨率极限至纳米级甚至原子阵列。通过课堂讨论，培养学生勇于探索、不断突破的科学精神。拉曼分析与红外分析均可以用于有机物结构分析，谱图的峰位互相对应，前者对于非极性分子后者对于极性分子更敏感。通过小组讨论，学生在专业学习中实践唯物辩证法的方法论，理解事物之间是互相联系的。

5.2 课程目标达成度检测手段设计

课程目标达成度检测教学手段设计的目的在于检测本课程教学目标达成度，利用超星学习平台实现多重考核，包括讨论过程和学习总结体现出的知识理解程度和职业素养、思考题体现的深入思考和拓展学习情况、实验报告、章节测试和期末测试。综合这几方面考核计算课程达成度，客观反映本课程在知识、能力和价值引领方面的目标达成情况，以便于后续教学过程中持续改进。课程对应毕业要求指标点考核方法如表2所示。

结语

随着工程认证教育的深入开展，以学生为中心的成果导向教育理念被逐步推广。课程作为人才培养质量的核心要素，对人才培养目标的实现起着关键作用。本文基于以学生为中心的成果导向，提出应用型本科院校“材料研究方法”课程教学设计思路，以期促进该课程的教学质量，对成果导向的课程教学设计有一定的参考和借鉴作用。

参考文献：

［1］李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念［J］.中国高等教育，2014（17）：7-10.

［2］康怀彬，陈俊亮，费鹏，等.基于成果导向的课程教学设计——以国家级精品在线开放课程食品工艺学为例［J］.高教学刊，2021（32）：138-141.

［3］于洋，王涛，富露祥，等.关于《材料研究方法与测试技术》课程教学的探索与实践［J］.当代化工研究，2022（03）：123-125.

*通讯作者：唐正霞（1976— ），女，汉族，江苏盐城人，博士，副教授，研究方向：光电功能材料。