“功能材料”课程教学改革与实践

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摘要:成果导向是一种以学生学习成果为导向的教育理念，对工程教育认证的实施具有重要意义。本文在工程教育认证背景下，探索性地将成果导向理念引入到功能材料的课程建设体系中。充分以学生为中心，以教学成果为导向，从教学理念的定位、授课内容的选取和教学形式的安排等方面进行探索和实践。引入实例教学、翻转课堂和企业导师制多模式教学方式，提高学生学习的积极性和主动性，以促进功能材料课程教学质量的提高和学生综合水平的培养。

关键词:功能材料;成果导向;工程认证;教学改革

1引言

随着我国经济的飞速发展，社会对人才的需求程度越来越高。自我国加入“华盛顿协议”成为协议签订成员开始，工程教育专业认证的帷幕正式拉起，这也预示着我国高等教育人才的培养逐渐向国际标准接轨。所谓工程教育认证，是实现工程学位国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。工程教育认证的开展，必须遵循三个基本理念：成果导向（OutcomeBasedEducation，OBE）、以学生为中心、持续改进。这些理念对促进专业建设与教学改革、保障和提高工程教育人才培养质量至关重要[2]。其中，OBE已成为英国、美国、加拿大等先进国家教育改革的主流理念，并成功应用于工程教育专业认证方面。因此，用OBE理念来引导我国工程教育的改革，具有重要的现实指导意义。功能材料是指具有优异的热学、电学、磁学、光学、化学和生物学等性质及其相互转化的功能，用于非承载目的之先进材料[3,4]。随着科学技术的发展，材料、能源和信息成为当代社会文明和国民经济的三大支柱，而功能材料是未来材料的主要发展方向。因此，功能材料在近数十年得到了高度重视，功能材料的种类和应用范围越来越广，极大程度地影响着人类的生活和社会的发展。功能材料课程是学生了解当今各类先进功能材料的一门基础课程，该课程以材料的功能性为主线，围绕不同种类功能材料的基本原理、特点和应用，阐述了功能材料的研究现状和发展趋势。学生通过本课程的学习，在实际工程应用中可针对不同类型的功能材料，结合不同类型功能材料的物理性能和结构特点，进行功能材料的选择和优化设计。然而，传统教育模式是教师大量地将专业基础知识在课堂上灌输给学生。这种被动式教育方式对于学生积极性的调动存在很大弊端，以至于学生在学习的过程中很难发挥主观能动性，易造成缺乏独立思考和将所学知识应用于工程实践中的能力。OBE理念的提出很好地贴合了功能材料课程的教学初衷。基于OBE理念，本文从分析本课程的主要目的和主要问题着手，提出了相应教学改革措施，并取得了一定的实践效果。

2教学大纲的重新制定

紧密围绕学生应该取得什么学习成果为主线，对国内开设本课程的学校进行广泛的调研，积极开展对外交流和学习。结合工程教育认证的趋势要求，对原教学大纲进行研究，保证教学思想的先进性、教学内容的前沿性和课程教学设计的科学性。本课程以材料的功能性为主线，阐述功能材料的组份、结构、性能、应用和发展方向。学生通过本课程的学习，可针对不同类型的功能材料，结合不同类型功能材料的物理性能和结构特点，进行功能材料的选择和设计，具备初步的功能材料的设计能力。本课程教学内容繁多，我们将其分为电、光和磁功能材料三个模块，按照不同模块、不同功能对于现有教学目标的支撑程度来进行切换。此外，紧跟科技步伐，新添加了新型功能材料模块进入教学体系，使得本专业人才更快更灵活地适应社会需求。

3改变课堂教学模式，提升教学质量

3.1实例教学，提高学生兴趣。“功能材料”课程内容涉及面广，且当今社会处于信息化时代，各类功能材料在科学研究者的努力之下，日新月异。因此，在讲授课本理论知识的基础上，尽可能地将实际生产和日常生活中遇到的新鲜事物融入到课堂教学中，作为实例成为讲解对象，以引起学生对该课程的兴趣。例如，我们举了济南南绕城高速的全国首条承载光伏路面能够实现电动汽车一边行驶一边充电的例子，解释了能实现能量存储就是利用了我们所学的光生伏特效应，并详细分析了储能的具体过程，引出光生伏特效应原理。同时，在后续讲述磁性材料的同时，将其无线充电过程做了进一步解释。通过生活常见及实际生产问题的分析，让学生可以了解到功能材料无处不在，该方式极大地促进了学生学习的好奇心和付诸实践的信心。3.2翻转课堂，学生做主导。“功能材料”课程既重理论也重实际应用，内容涉及面广。当今世界，科技高度发达，信息呈爆发式增长，每天都有大批量的新型功能材料被科学家创造出来。因此，我们在讲授一些书本上最基本的、最常见的功能材料的同时，还需要紧跟时代前沿，将新发明的功能材料及时介绍给学生，尽可能地提高学生对该课程学习的兴趣。为了充分调动学生的学习积极性和主动性，我们在教学过程中安排了4课时的反转课堂。采用“PPT分组讨论”教学方式，将传统的学生被动式接受知识转变为主动参与、积极思考，从而发挥学生的主体作用。旨在培养学生的发散性和创造性思维以及对各类问题的发现、分析和解决能力；同时该模式可有效地实现教师、学生的双向互动，促进教学，提高教学质量。实践过程中，我们围绕新型功能材料，由学生查找国内外最新文献，专题介绍不同类型功能材料的制备、性能研究及应用。讨论流程如下：①小班讨论以小组为单位，每组5人，每个小组选出一名召集人，组织组内各角色分工；②在课堂讨论前，各组内部根据老师给出的课题先行查阅文献资料，并进行详细的探讨、磋商，最终将组内讨论过程、结果及主要观点制作成PPT；③“PPT”讨论过程：由小组选出的代表作主题发言，课题组其他成员辅助，剩余同学和教师进行提问和质疑；④授课教师针对研讨课题的角度、深度，课题组团队配合情况、发言者语言组织状况等方面进行点评和总结；⑤讨论成绩分为学生打分和授课教师打分两部分。授课教师打分依照第④点进行，学生根据小组成员每次讨论过程中的综合表现打分。翻转课堂过程以学生为中心，让学生各抒己见、集思广益和优势互补，培养学生的团队合作意识；通过小组之间竞赛，激发学生的学习热情和参与动力，极大地符合OBE理念。3.3引入企业导师，促进理论与实际的结合。功能材料课程是本专业基础知识与工程应用之间的桥梁，旨在培养学生的工程意识。笔者所在功能材料专业组建了以学术导师教学团队和社会导师团队相结合的“双导师团队”，给每位专业同学配备“双导师”，让每位学生在接受专业导师指导的同时，有社会导师进行相应指导。目前，本专业已有包括光电、新能源、磁性和陶瓷等领域精英的社会导师20余人。本着OBE理念，更为了进一步深化课程改革建设、提高教学质量，笔者围绕专业建设的特点，将企业导师这一概念引入功能材料课程的课堂。在授课之余，每学期邀请行业、企业专家开设以企业产品项目实施为主题的工程实践类讲座两次，提高了学生对专业知识的兴趣，同时全面提高学生的创新创业意识与能力。例如，2017年度我们邀请了千岛湖谷神能源公司研发部工程师来给学生讲解了锂离子电池的国内外研究现状、生产工艺流程以及未来竞争力等，带领学生对新能源领域有了一个全新的认识，也促进了同学将理论知识应用于工程领域的渴望与向往。3.4灵活应用多媒体技术。多媒体技术是指通过大屏幕、计算机等设备结合各类办公软件对文字、数据、图形、图像、动画、声音等多种媒体信息进行综合处理和管理，使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。[5]随着信息技术的发展，多媒体教学已成为和传统教学模式相辅相成，必不可缺的一种教学手段。前文已提到，“功能材料”课程内容涵盖面广，包括光、电、磁等各类功能材料的制备、性能、机理及应用等方面。教学中仅依靠传统板书和课本的方式，无法吸引学生学习的热情，使得学习效果大打折扣。此外，当今社会信息如雨后春笋，功能材料日新月异，新型功能材料的特点和应用性需结合图片和视频的方式才能更为完美地达到教学效果，激发学生思考能力。在多媒体技术的应用过程中，我们从三个方面着手，突破传统多媒体技术教学的方式。①避免对教材或教案的简单复制，使用简洁的文字替代繁琐冗长的文字说明。采用图片、动画等方式对问题进行剖析，层层深入，有助于学生更好地对内容难点、重点进行理解和掌握。②从实际出发，多引入实例图片，激发学生创造性。教师在讲述不同材料的应用时，可选取相关领域最新应用图片进行展示，使学生及时了解最新信息。此外，教师要紧跟时事，了解功能材料的发展动态，及时更新图片和视频信息。③注重PPT排版和配色的美观性。在多媒体的应用中，幻灯片的合理布局和色彩搭配需具备一定科学性，使得学生在听课过程中还能享受到美好的视觉效果，从而更易激发教学过程中的抬头率，促进学生的学习热情。

4结语

成果导向以紧密围绕学生的学习成果为中心，与工程教育专业认证相呼应，对国内外未来高等院校的教育体系的改革都将具有重要的指导意义。本文在成果导向理念的指导下，结合我校功能材料课程的现状和存在问题，进行了教学改革和实践探索。改变教学大纲，顺应工程认证的要求。实例教学、反转课堂、引入企业导师和灵活应用多媒体技术，激发学生的学习热情，提高学生的学习积极性和主动性，培养学生将理论应用于实际的能力。

参考文献

[1]袁斌,曾美琴,胡仁宗,朱敏.基于工程教育认证背景下的金属功能材料课程改革与实践[J].中国现代教育装备,2018:75-77.

[2]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,2014:7-10.

[3]周馨我.功能材料学[M].北京:北京理工大学出版社,2005.

[4]郭驾宇,沈杭燕,吕春菊,王疆瑛.“功能材料学”课程体系建设的探索与实践[J].教育教学论坛,2012:4-5.

[5]王俊,李鹏飞,苏娟,白玉.浅析多媒体在“功能材料”课程教学中的应用[J].内蒙古农业大学学报:社会科学版,2013:75-77.

作者:肖 珍 王焕平 徐时清 单位:中国计量大学材料科学与工程学院