基于OBE理念的材料制备技术课程教学改革与实践

基金项目：2022年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“以OBE教育理念为指导的材料类专业课程教学模式研究——《材料制备技术》课程为例”（2022-30）、“工程教育专业认证背景下学生学业预警机制改革与实践”（2022-06）；2022年辽宁省一流本科课程建设项目“材料制备技术”（2022-07）、“热处理原理”（2022-11）；2020年辽宁省一流课程建设项目“粉末冶金原理”（2020-16）；煤炭行业高等教育研究项目“基于新工科背景下金属材料工程专业人才核心素养培育路径的研究”（2021MXJG037）；2022年度辽宁省研究生教育教学改革研究项目“以‘研究生为中心’的《材料热力学与动力学》沉浸式教与学模式研究与实践”（LNYJG2022156）

第一作者简介：孟超（1985-），男，汉族，吉林长春人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为高能量束表面改性。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.12.036

摘  要：该文以辽宁工程技术大学材料制备技术课程为例，分析课程教学过程中存在的问题。根据成果导向教育理念，并结合工程教育专业认证标准要求及应用创新型人才的学校定位和金属材料专业的培养目标，从课程目标的制订、教学内容的重构、教学方法的改进和评价体系的完善等几个方面对课程教学改革进行初探，旨在提高学生分析和解决复杂工程问题的能力，为培养从事金属材料相关领域的应用创新型人才提供新思路。

关键词：材料制备技术；教学改革；OBE理念；课程目标；教学方法

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）12-0150-04

Abstract： In this paper， taking the course of Material Preparation Technology in Liaoning Technical University as an example， the existing problems in the course teaching process were analyzed. Based on the concept of outcome-based education and combined with the requirements of engineering education accreditation standards， as well as the positioning of applied innovative talents and the training objectives of metal materials major of the our university， the reform of curriculum teaching is explored from several aspects， such as the formulation of curriculum objectives， the reconstruction of teaching content， the improvement of teaching methods and the perfection of evaluation system. It aims to improve students' ability to analyze and solve complex engineering problems， and provide a new idea for training innovative talents engaged in metal materials related fields.

Keywords： material preparation technology; teaching reform; OBE concept; curriculum objectives; teaching method

金属材料的使用不仅推动人类进入了文明时代，而且金属材料制备加工技术的创新与发展对文明的兴衰也发挥着至关重要的作用[1-2]。因此，金属材料的制备与加工技术一直都是材料科学技术领域的研究热点之一。另外，金属材料产业是国民经济的支柱产业之一，在国家发展中具有重要战略意义[3]。金属材料产业的快速发展，对具有工程实践能力和创新意识的应用创新型金属材料工程专业人才的需求急剧增长。《中国工程教育认证补充标准-材料类专业》中对材料制备技术这门课也有所要求，之后各高校相继开设了相关课程，如材料制备与加工技术[4]、材料制备技术[5-6]、材料制备新技术[7]、现代材料制备技术[8]和材料制备原理与技术[9]等，并对其进行了教学改革探索。辽宁工程技术大学（以下简称“我校”）材料制备技术于2017年增设并作为核心课程，面向金属材料工程专业的大三学生，起到承上启下重要的知识连接作用。我校金属材料专业通过了国际工程教育专业认证，是省一流专业建设点，因此本课程围绕工程教育专业认证标准，以OBE（Outcome Based Education，成果导向教育）理念[10]为向导，从课程目标、教学内容、教学方法和课程评价体系等方面对课程教学改革进行了探索。

一  教学现状分析

“知识记忆”为主的课程目标。课程目标不是以能力为导向，学生被动学习，只是通过死记硬背去记忆和了解各种材料制备技术的概念和原理等，无法将所学知识运用到解决金属材料在制备及应用过程中涉及的复杂工程问题当中。

教学内容滞后社会需求。随着科学技术发展，各种新材料、新工艺、新技术和新理论不断涌现，但现有教材相关技术较滞后，对最新研究成果涉猎较少，没有体现学科间的交叉融合。学生对于新工艺、新方法不了解，不能满足社会发展需求。

学生能力训练单一低阶，无法达成对能力的培养，距离解决复杂工程问题的能力支撑还稍显薄弱。学生难以触及知识的整合运用，认知深度和思维广度均有所欠缺。

考核内容与形成能力素质的目标错位，形成性评价方式较为单一，没有形成针对课程目标的标准性、可衡量的评价体系。

二  基于OBE理念的课程教学改革

提高教育质量，最根本的问题在于如何实现教与学模式的转变。当前高等教育发展面临着新形势，一是国家创新体系建设对高等教育提出了新要求，二是辽宁老工业基地振兴需要培养更多的应用型人才，三是学生的自身需求。因此，课程根据OBE理念要求，并结合工程教育专业认证要求，以及学校和专业的人才培养目标，从课程目标、教学内容、教学方法、综合训练、课程资源及课程评价进行课程教学改革。

（一）  重塑课程目标

材料制备技术课程是金属材料工程专业的专业核心课，具有理论性强，与实际结合紧密的特点，课程教学目标应围绕专业培养目标，即培养具备金属材料工程专业基础知识与技能，有较强地分析解决复杂金属材料工程问题的能力，具有团队协作意识、创新精神和良好的综合素质，适应社会发展需求的应用创新型人才的要求进行设定。

1  知识目标

能够运用传统材料与新材料制备过程中所涉及的基本概念、设备构造与技术特点，辨别影响构件使役性能的因素。

2  能力目标

能够运用相关制备技术的原理和知识，评价解决金属材料复杂工程问题的多种方案，并能制定可替代的解决方案。能够运用材料制备技术的基本概念、基本原理及基本方法，与相关学科人员有效沟通，合作共事。

3  素质目标

能够将理论与工程应用相结合，同时具有较高的人文科学素养，爱国、爱社会，具有良好的工程职业道德和终身学习意识；能够追踪学术前沿，关注金属材料制备领域的新动态、新知识，在制定解决金属材料复杂工程问题方案时具备创新思辨能力和创新设计能力。

（二）  重构学科交叉的教学内容

课程教学团队秉持学生为中心、产出为导向、持续改进三原则，重构的教学内容体现金属材料的“从无到有，从有到优”的过程，侧重体现与其他学科的交叉融合，以满足培养具有大工程发展观的新工科复合型人才，如图1所示。例如，仿生材料是师法自然的新材料，很多生物体表具有非光滑形貌，将其通过材料加工技术应用于金属机械部件上可以起到减阻、自洁、耐磨和抗疲劳等作用。因此，增加了工程仿生材料制备的相关教学内容，这部分内容也体现了材料学科与仿生学科的交叉融合。另外，在教学内容上体现新材料、新技术的发展。例如，异质结构材料或梯度材料打破了传统金属材料无法兼顾良好塑性与韧性的限制，展现出良好的塑韧性匹配，而其制备过程能够体现与材料成型的交叉融合。高熵合金是一个全新的合金领域，它跳出了传统合金的设计框架、具有优异的综合性能和极为广阔的应用前景。因此，教学内容上增加了高熵合金新材料的制备、“高熵合金材料的制备及性能表征研究”的综合训练及“高熵合金材料制备”实验的内容。

为培养学生在解决金属材料复杂工程问题过程中具备创新思辨能力和创新设计能力，将教学团队主持的科研项目及成果引入课堂。以教学团队成员主持的国家自然科学基金项目“蜻蜓翅膀结构的镁合金焊接接头构筑及疲劳特性研究”中涉及的科学问题和成果为案例，培养学生能够运用仿生制备方法解决金属材料焊接结构件在服役过程中所涉及的复杂工程问题。以教学团队成员主持的辽宁省自然基金“L10-FePt纳米粒子的尺寸细化机制研究”中涉及的科学问题和成果为案例，强化学生对纳米材料制备新方法及应用的理解。

（三）  改进教学方法

以OBE教育理念为基础，对标《工程教育认证标准》，按照人才培养中“坚持育人为本，德育为先，能力为重，全面发展的办学定位”要求，以培养高素质应用创新型人才为根本目标，实现知识、素质、能力全方位一体化育人，广泛收集整理中外文献资料，构建以学生为中心的“四位一体”立体化课程教学方法，如图2所示。

图2  “四位一体”立体化教学法

例如，对于金属基复合材料力学性能设计和高熵合金成分设计这类涉及理论分析型和公式推导型知识点抽象，难理解掌握，易采用“自主探究式”“互动交流式”“任务考核式”相结合教学法，培养学生自主探究学习、独立思考、分析问题的能力。对于工程仿生功能产品的设计与制造这类涉及实践应用型知识点易于理解，易采用“自主探究式”“案例研讨式”“任务考核式”教学法，培养学生理论联系实际、批判性思考、团队协作能力。对于课程设置的研究专题项目这类涉及综合运用型知识点集理论与应用为一体，易采用“自主探究式”“互动交流式”“案例研讨式”和“任务考核式”相结合的教学法，培养学生分析解决问题与自主探究学习能力、团结协作能力、勇于创新的能力及综合职业能力等知识、能力、素质的综合；对于金属材料制备技术中的前沿趋势型知识点主要介绍学科前沿现状及发展趋势，易采用“互动交流式”教学法，培养学生通过沟通交流，深入挖掘相关领域中的深层次问题的能力。

（四）  构建课内外结合的综合训练体系

综合训练体系包括研究专题、小组自学和文献学习。课内外综合训练体系，如图3所示。

研究专题为“典型粉末冶金零件的制备”和“高熵合金材料的制备及性能表征研究”，培养学生独立完成研究任务的能力，文献查阅与文献综述的能力，应用所学知识对复杂工程问题进行分析并获得结论的能力，敢于质疑和挑战他人学术观点的能力等。学生分批独自完成专题训练：课外，开展文献调研，分析工程问题形成的原因或研究目的；工程问题的解决方案或研究方案；通过线上平台进行方案汇报，开展研究性训练，在教师通过实验方案后，可借助学院实验平台开展实验研究；撰写总结报告。课内，以PPT形式进行答辩汇报、学生互评提问、教师点评，培养学生运用材料制备技术的基本概念、基本原理及基本方法，与相关学科人员有效沟通，合作共事的能力；培养学生运用金属材料相关原理和知识，辨别和评价影响构件使役性能的因素及制定可替代的解决方案的能力。