反向需求探究式教学模式在电子材料课程中的应用与实践

马军现 雷雪峰 谢辉

摘  要：以“产教融合、按需学习”的理念为指导，结合地方产业布局，针对电子材料课程开展以“产品研发技能需求”为导向的教学模式改革。根据“产品→性能特征→基础理论”的反向需求模式，从实际产品入手，对课程的教学内容和体系进行重构；遵循“产品构件→肢解分化→性能分析→材料结构特性→性能体现的基础理论”的需求逻辑，以反向探究的教学模式实施课堂教学，引导学生有意识地构建材料的功能化实现与材料本身结构特性、调控理论之间的映射对接关系；鼓励从需求出发，开展自主式学习，在自身知识体系的基础上寻找兴趣点，通过外延式探索和实践提升创新思维意识和解决问题的能力。课程着重培养人才技能、创新能力及在新体系、新环境下的再学习能力，以实现社会对人才技能的需求与高校人才培养输出之间的良好对接。

关键词：产教融合；研发与技能导向；学习方式；教学模式；反向需求

Abstract： Guided by the concept of "production-education integration and on-demand learning" and combined with local industrial layout， the teaching mode reform oriented by "product research and skills demand" is carried out for the course of Electronic Materials. According to the reverse demand model of "product→performance characteristics→basic theory"， the teaching content and system of the course are reconstructed from the actual products. Following the demand logic of "product component → dismemberment and differentiation → performance analysis → material structural characteristics → basic theory of performance embodiment"， classroom teaching is implemented by reverse inquiry teaching mode， and the students are guided to consciously construct the mapping and connection relationship among the functional realization of materials， the structural characteristics of materials and the regulation theory. Students are encouraged to carry out independent learning based on the needs， to find points of interest on the basis of their own knowledge system， and to improve the awareness of innovative thinking and the ability of solving problems through extended exploration and practice. The course focuses on cultivating talents' skills， innovation ability and re-learning ability under the new system and new environment， so as to achieve a good connection between the social demand for talents' skills and the output of talents training in universities.

Keywords： production-education integration; R&D oriented and skill-driven; learning style; teaching model; reverse demand

社會对人才的技能需求主要聚焦于技能人才需具备与实际产业发展、市场需求动向相匹配的研究开发创新能力，具备根据企业实际需求对新领域、新知识的快速学习能力。以达到“快速进入角色、现学现用，拿来即用”的技能素养。因此，作为人才输出高地的高校在人才培养方面亟需实现“授之以鱼”到“授之以渔”的角色转换，在具体施教过程中应更加注重理论知识与技能需求挂钩，重点培养人才的知识应用能力，新体系、新环境下的再学习能力，用理论知识指导性经验武装自己的创新思维能力。这也是OBE教学理念的精髓所在。但传统的教学方法主要集中于填鸭式课堂讲授为主，且内容与当前产业需求不合拍，脱轨滞后；在调动学生学习积极性、鼓励学生主动学习方面显得苍白无力，容易引导学生进入“课堂知识无用论”的理解误区。社会也会看低高校人才培养的价值，对学生就业能力持怀疑态度，表现为对人才技能及创新能力的不尊重，影响学生的就业质量，从而难以实现校企之间人才供需的真正融合[1]。

大学生从新生转变为市场需求的应用型人才，需要经历三个环节的学习和提升，即课堂教学环节、校内实践环节及校外实践[2]。目前，各高校针对校内、校外实践提出了多种有效策略，如将地方院校已有资源与当地企业发展特色相结合，搭建实训平台，突出专业特色[3-4]；在社会、行业企业、学校与学生之间构成三维一体的关系下，提升管理体制的科学性和高效性[5-7]；加强教师队伍建设，从企业外聘教师或派出教师到合作企业定岗锻炼[5，8]；通过校企联合，在优化课程内容的基础上开展技能训练，提高学生的专业技能和实践能力[9]；通过学科竞赛、行业技能大赛等为抓手开展教法改革等[10]。在基于产教融合的课程改革方面，李燕[11]提出从改革目标、课程体系、教学活动、教育资源和评价体系五个方面开展深度模块化教学改革；文进等[12]提出新工科人才的培养需结合材料产业发展需求，将学科特点与需求导向结合，重新梳理知识点，更新教学内容和课程体系；孟庆森等[13]提出，依据科技创新和科学研究的要求设置课程体系，以典型项目或产品带动专业课程教学，以科学研究成果回馈和补充教学内容。以上观点均从宏观方面对课程体系的改革提出了积极的策略，但在课程内容选取、课堂设计、教学模式等方面没有给出具体的建议。本文以电子材料课程为例，开展以“产品研发技能需求”为导向的教学模式改革，遵循“产品构件→肢解分化→性能分析→材料结构特性→性能体现的基础理论”的需求逻辑，以反向探究的方式实施课堂教学，为产教融合背景下的课堂教学提供新思路。

一  教学内容的取舍原则

课程采用李言荣等编写的国家级精品课程教材《电子材料》，教材依照“概论→材料的分析和表征→制作工艺→材料种类”的顺序依次对电子材料展开介绍。在实际教学过程中，课程结合珠三角地方电子信息材料产业布局，重点围绕半导体器件、LED照明、磁性功能材料、人工智能器件及材料、功能性导电材料、电子封装材料和功能型电介质材料七大板块进行教学内容的设置。课程引入产品实例，将产品的实际组成进行拆解，依照各模块的材料组成、功能范畴、性能需求及理论支撑对章节内容进行补充和删减，构建产品的研发需求及目标与材料的结构特征、性能体现、调控理论等方面的映射对接关系。达到培养“产品性能需求与材料选择理论”之间形成映射反应的研发技能素养目的。本文以课程中LED照明概述一章为例进行介绍。

中山市古镇镇以灯饰闻名全国，教材中关于LED灯的相关知识分散在第8章半导体材料和第11章光电材料和热电材料。课程以LED灯为核心对内容重新梳理和补充，授课内容及框架如图1所示。

二  反向需求探究式教学模式的实施

课程以应用型人才技能需求及研发素养为核心，改变传统的“理论先行，性能随后，材料列举断后”的课堂教学模式，采用反向需求探究式教学模式实施课堂教学。课堂教学的组织及实施遵循的逻辑如图2所示。

课程倡导以产品为研究对象，从认识产品入手，遵循“产品构件→肢解分化→性能分析→材料结构特性→性能体现的基础理论”的需求逻辑，将产品分解为不同的功能化模块，介绍各模块必须满足的性能需求及由此而选择的功能化材料，并结合科技及行业发展前沿介绍产品新功能、新材料与新需求，进而从材料结构与性能间的映射关系入手讲解基础理论知识，通过基础理论搭建材料结构、性能与产品功能之间的桥梁。同时，鼓励学生通过产品理解材料结构、性能及相关理论知识的同时，进行知识体系的梳理与总结，在拓展实践中挖掘兴趣点，深耕细作，不断积累研发技能与素养。

课程通过课前、课中和课后三环节分解教学任务。

课前，提出与产品相关的问题，引发学生思考，激发其探究心态，通过翻阅教材、查阅资料、观摩实物等方式搜集相关素材，了解产品的特点、功用及基本构成，找出自身需求的兴趣点、重点与难点，并作出“需求笔记”，以便課中与老师实现“对接”。以需求为导向的教学设计，从生活中常见、常用的产品出发，提出实际问题，能够使学生产生对相关知识的“需求感”，对知识的获取目标明确而清晰，更利于学生展开自主学习，高效锁定需要掌握的核心内容，有益于下一步课堂教学的顺利开展。

课中，老师将教学任务与学习者的“需求笔记”相结合，灵活开展相关知识点的讲授、并通过交互式教学活动解决学习者在预习及学习活动中产生的疑问，该课堂教学策略的实施可促进学习者结合老师的讲授，对产品功能化实现原理、功能化实现所需材料的性能、材料功能化的实现依据和材料的结构特性等进行强化吸收；同时，又利于教师将学生“拉入”教学活动，以参与者的身份融入课堂教学，有效提高学生的参与度，提升学习成效。

课后，除以作业的形式督促学生加深对所学知识的理解之外，鼓励学生通过查阅资料、撰写综述、实验实践等方式拓展知识体系的外延探索，鼓励寻找课题研发的需求点，并借助于创新创业、毕业设计、技能大赛等平台，创造实验实践条件，寻找切实可行的解决方案，在外延式教学环境下，持续培养和提升学生的创新思维、创新意识及解决问题的能力。

仍以LED照明概述中的一节课为例，展示课程的具体实施方式（图3）。

课前，教师以问题的形式抛出预习任务，三个问题由浅入深，呈现出递进关系：第一问，通过实践引发学生探究的兴趣，主动明确什么是LED灯；第二问，引导学生对LED灯的结构进行拆解，了解其构成及核心部件（芯片）；第三问，引导学生通过查阅专业资料，对芯片的材料、结构、性能有所了解，并尝试提出有效问题。课中，教师通过线上平台收集学生的有效问题，并针对LED芯片的垂直结构等重点问题进行讲解与拓展，通过交互式活动，如提问、抢答、判断和讨论等多种形式带动学生主动思考，提升课堂参与度，进而通过大数据分析评价学生对重难点的理解与掌握情况。课后，根据本次课程的重难点布置强化作业及下次课的预习任务，同时提出拓展问题，鼓励学生通过问题拓展寻找自身的兴趣点，为学生提供自由查阅资料、设计方案的空间，训练其创新思维及动手能力。

三  课程的教学效果

相较于传统教学，采取反向探究的方式，依据“产品构件→肢解分化→性能分析→材料结构特性→性能体现的基础理论”的需求逻辑实施课堂教学，具有以下几点优势。

1）从产品实例入手，突出课程的实用性，让学习者体会到理论联系实际的乐趣和学习的价值感，从而激发其学习兴趣和学习的内驱力，可有效提升学习主体自主学习的主动性和学习成效。

2）将产品构件进行拆解分化，先指引学生了解各部分的结构和材料，进而建立材料与性能的对接关系，最终联系专业理论知识，理解产品的性能体现，由表及里，由浅入深，层层递进，更利于学生从实践的角度加深对理论知识的理解，也更易建立材料的结构特征、性能体现、调控理论等方面的映射对接关系。对于培养和提升学习者的科学逻辑思维和产品研发能力是极其重要的手段。

3）通过课后拓展实现课程的开放式探索，为学生提出问题、分析问题和解决问题创造训练条件，深化其对课程理论知识的理解与实际应用。

实践表明，采取“产教融合、按需学习”的反向探究式教学模式开展教学，因与日常生活及生产实践联系紧密，极大地激发了学习者的学习兴趣和学习主动性。通过引导与反复训练，学生能够更加顺畅地将所学的基础理论知识应用于对实际产品的分析。部分同学能够从实践应用的角度出发，提出有意义的问题，并尝试通过实验、实践给出分析解决的方案，有效地提升了创新思维能力和解决实际问题的能力。图4展示了部分学生以视频形式制作的拓展作业。

（d）  手机拆解与内部结构介绍

四  结束语

以应用型人才技能需求及研发素养为核心培养目标，对电子材料课程的内容体系及教学方式进行了改革。课程结合珠三角地方电子信息材料产业布局，以具有代表性的产品为授课对象，将课程内容划分为七大模块；以“产品构件→肢解分化→性能分析→材料结构特性→性能体现的基础理论”为主导的反向需求探究式教学模式实施课堂教学，从产品的功能组成入手，采用反向肢解剖析的教学方法建立产品性能实现与材料结构特性之间的理论映射对接。用有效专业理论知识支撑人才的创新性思维和研发技能，着重人才技能、创新能力及在新体系、新环境下的再学习能力的培养。实践证明，在“产教融合、按需学习”的教学理念指导下，学习者更易产生“所学能用，学以尽用”的学习价值归属感，进而激发自主学习的积极性，在学习中深化、丰富自己的专业理论知识，更有利于培养其创新思维能力，分析问题及解决问题的能力，可有效弥补地方、社会对人才技能的需求与高校人才培养输出之间的对接缺陷。

参考文献：

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