专业认证背景下材料科学与工程专业“固体物理”课程改革探索

摘 要 文章基于工程教育专业认证的核心理念，即“以学生为中心”“以产出为导向”和“持续改进”，以南京工业大学材料科学与工程专业的核心课程“固体物理”为主体，进行课程教学改革及实践探索。具体改革举措为：凝练具体化、可观测的课程目标；实行成果导向延展教学内容，并积极融入思政元素；建立“以学生为中心”的混合式教学与线上指导相结合的教学模式；围绕学习成果产出改革考核评价体系。本研究成果可在一些理论性强的专业课教学中推广。

关键词 工程教育专业认证；固体物理；教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.21.042

Reform and Exploration of the Solid State Physics Course in Materials Science and Engineering under the Background of Professional Certification

Abstract The article is based on the core concept of engineering education professional certification， which is "student-centered"， "output oriented"， and "continuous improvement". It focuses on the core course of Materials Science and Engineering at Nanjing University of Technology， "Solid State Physics"， and explores the reform and practice of course teaching. The specific reform measures include： refining concrete and observable curriculum objectives; Implement outcome oriented extension of teaching content and actively integrate ideological and political elements; Establish a student-centered blended learning and online guidance combined teaching model; Reform the assessment and evaluation system around the output of learning outcomes. The results of this study can be promoted in the teaching of some highly theoretical professional courses both domestically and internationally.

Keywords professional certification in engineering education; solid state physics; reform in education

工程教育专业认证是一种以培养目标和毕业要求为导向的合格性评价，其核心理念主要有“学生为中心”、以“产出为导向”和“持续改进”[1-3]。开展工程教育专业认证工作，有助于提高我国人才培养的质量，促使工程教育能够适应行业、企业和社会的需求。课程教学是高校教育的核心环节，其开展情况将直接影响人才的培养质量[4]。通过几年专业认证工作的开展，业界普遍认为课堂教学是当前工程教育改革的“最后一公里”软肋，在整个专业认证过程中至关重要[5]。

2019年，南京工业大学材料科学与工程专业通过了高等工程教育专业认证，2021年入选国家一流本科专业建设点并获得江苏高校品牌专业建设工程二期项目立项。 “固体物理”作为南京工业大学材料科学与工程专业的核心课程，起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用，注重以知识技能为载体开展立德树人工作，为材料科学与工程专业工程知识能力、问题分析能力两方面毕业要求的达成提供强支撑。在工程教育专业认证背景下，基于“固体物理”课程，突出“学生为中心”，以“产出为导向”和“持续改进”工程教育的理念，对课程进行综合性改革和持续改进以提升人才培养质量，具有非常重要的现实意义。

1 凝练具体化、可观测的课程目标

课程目标通常是任课教师“意图”涵盖课程教学的知识点，以及其应该对应的学科（专业）问题等，它与学生的预期学习成果或学生“产出”设定是有偏差的。首先，课程目标应体现学生的学习成果或者“产出”，特别是聚焦于学生完成课程学习后应掌握什么。故课程目标须是具体化的。其次，课程目标还必须可测量。能通过一些具体的教学考核方式来衡量它的达成情况，同时课程目标也必须能支撑毕业要求。课程组基于以上原则对“固体物理”的课程目标进行凝练，该课程目标可用于支撑材料科学与工程专业的毕业要求1.2和2.2，具体如下。

课程目标1：掌握固体物理学基本理论知识，建立固体物理学基本的概念和理论框架，并能够将所学专业知识用于材料的制备、结构与性能的优化。

课程目标2：能够综合应用固体物理基本理论知识，识别、表达、并通过文献研究分析，解决材料科学与工程专业相关的复杂工程问题。

2 实行成果导向，改革教学内容并积极融入思政元素

首先，“固体物理”课程体系庞大，教学内容多、难度大，且学时有限。教学中教师很易偏重理论，着重讲解烦琐的数学推导或方程求解过程，不能紧密联系材料科学的学科前沿，与实际应用技术脱节。其次，固体物理课程对学生的数学、物理、量子力学等前修课程要求高，但材料科学与工程专业学生对应的知识储备不足，导致教学效果差。固体物理教学内容应根据产业和技术的发展进行调整与优化。课堂教学应结合课程的知识点适当引入最新技术发展相关的内容，增强教学内容与行业发展的联系，提高学生的学习兴趣。

挖掘和设计课程中的思政教育案例并探索多元的融入途径，充分利用时事热点、科学研究前沿，结合固体物理基本知识与当今热门研究方向之间的紧密联系，将爱国主义与科学精神等思政元素融入课堂教学。例如，在介绍晶格振动部分，引入思政案例“黄昆：声子物理第一人”。黄昆是世界著名物理学家、我国2001年度国家最高科技奖获得者。他在北京大学建立了我国自己的普通物理、固体物理和半导体物理三门课程的教学体系，培养了一大批半导体领域的人才。通过以上思政案例，激发学生的爱国主义情怀，以及对老一辈科学家的崇敬之情，同时鼓励学生学习科学家求真务实、实事求是、创新的思维。

目前，该课程已建立了24个课程案例库，通过课程知识点与材料学科前沿紧密结合延展教学内容，通过思政案例的巧妙融入，既加深了学生对课程的认知，也使学生对材料领域的行业、企业有所了解，提高其对专业的认同度，培养学生的科学态度和科学精神、创新意识和实践能力、爱国情怀和社会责任感。

3 建立“以学生为中心”的混合式教学与线上指导相结合的教学模式

固体物理课程理论性较强，被认为是一门“教师难教、学生难学”的课程。传统的教学模式主要是线下以教师为中心单向灌输知识，学生的自主学习能力较差，教学过程中学生主要是被动地接受知识。本课程改革中“以学生为中心”采用混合式教学及线上指导相结合的教学模式，如图1所示。混合式教学综合运用中国大学MOOC、超星学习通等多种教学手段实施翻转课堂，激发学生的学习热情和兴趣，培养学生的自学能力、创新意识以及思维。2022年9月“固体物理”课程在中国大学MOOC上线，目前已经运行两轮。线上教学以学生的自主学习为主，教师进行引导和监督。教师根据课程教学内容以教学微课学习、主题讨论帖、单元测试等方式展开教学，培养学生自主学习能力，使学生明确所需掌握的学习目标。在固体物理线上课中引入“国际科技热点”讨论板块，加深学生对课程的认知及对行业的了解，同时融入思政元素使知识传授、能力培养与价值塑造融会贯通。此外，通过课后“思考题”讨论，引发学生思考，巩固知识点，通过学生回帖讨论，激发学生的学习兴趣和主观能动性。线下课堂教学以线上教学为基础，针对教学内容进行知识点讲解、深度讨论、习题讲解、答疑及单元线下测试等，学生围绕知识点与教师积极互动，学、思、练、做、用相结合。此外，学生通过超星学习通与教师建立高效、畅通的交流模式，将课程教学与学生的学习进行时间和空间上的无缝对接，从而实现混合式教学与线上指导相结合的教学模式。在实际授课过程中教师实时了解学生对重要知识点的掌握情况，做到有的放矢，不断通过学情大数据分析，反思、及时调整教学方法、教学内容，持续改进，提高教学效果。

4 围绕学习成果产出改革考核评价体系

传统的课程考核以期末考试成绩占主导，采用平时成绩+期末试卷成绩的形式。平时成绩包含课堂表现、出勤、作业等。其形式上过于单一，不能对学生整个学习过程进行客观和正确的评价。课程考核评价如果只重视学生对知识点的掌握情况，却忽略学生的能力的提升，很容易发生知识与能力脱节的问题。例如，出勤情况只能反映该学生是否上课，而不能反映学生在课堂上是否认真听课，是否认真思考问题。固体物理课程围绕学生学习成果，设计了“多元”课程评价方式，制订了多角度、全方位的课程评价体系，注重对学生过程学习和综合能力的考核。同时从合理性原则出发对考核环节和评价标准进行精心设计，强化过程性考核，并对数据进行分析、诊断，找出教学中存在的不足和短板，为教学质量持续改进提供依据。具体的考核机制如图2所示。过程性考核（30%），其中课堂讨论、问答情况（10%），课后作业（10%），课堂测验（10%）。线上课程成绩（10%），其中视频学习、讨论（5%），思考题（2%），单元测试（3%）。期末试卷成绩（60%）。通过教学过程质量评价（课堂表现情况、线上课程学习情况、4次课后作业、4次针对性课堂测验），及时调整教学进度与教学方法，从而提高教学效果。此外，评价主体不仅有教师，同时增加了学生自评和学生互评。学生可通过自评，主动反思自己在学习过程中的成功与不足，发现问题，改善学习方法，提高学习能力。学生互评可以起到互相督促、互相学习的作用，激发学生的学习动力。

5 总结

固体物理是南京工业大学材料科学与工程专业的核心课程，学生对固体物理知识的掌握程度直接影响后续专业课程的学习效果，甚至影响学生未来的职业发展方向。在工程教育专业认证背景下，开展基于“以学生为中心、以成果产出为导向、持续改进”基本理念的“固体物理”课程教学改革及实践探索，将促进本校材料科学与工程专业建设和教学改革，该课程在其他理论性强的专业课教学中有一定的推广价值。

参考文献

[1] 李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34，70.

[2] 董洁，李擎，彭开香，等.工程教育专业认证中课程目标达成评价方法研究：以北京科技大学自动化专业“过程控制”课程为例[J].高等理科教育，2019（4）：121-125.

[3] 戴先中.工程师：工程教育专业认证标准中的“培养目标”[J].中国大学教学，2021（12）：28-34.

[4] 张家良.工程教育专业认证背景下课程目标达成情况评价——以“自动化仪表与过程控制系统”课程为例[J].西部素质教育，2022（8）：16，138-141.

[5] 宗金辉，赵晓艳，王晓伟，等．专业认证背景下《混凝土结构设计》课程教学改革探讨[J]．教育教学论坛，2018（14）：3.