基于OBE 理念在“纳米材料及应用”教学中的作用体现＊

许成群，范东华，杨为家，梁 平，陈修文，刘晓露

（五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020）

1 背景

纳米材料作为材料研究的热点，一直是教学和科研工作者广泛关注的对象。人们甚至认为纳米技术将引导第四次工业革命[1]。五邑大学应用物理与材料学院为材料科学与工程专业本科学生开设了“纳米材料及应用”课程，旨在通过对纳米材料及结构的理论学习和其应用的介绍，培养学生的科学思维模式和材料的综合分析能力。然而在近来的教学中，逐渐发现传统传授式教学，学生兴趣低下，知识及技能的接受效率较低，难以用所学到的纳米材料方面的基本原理分析解决相关科学研究问题。

同时，结合当前学院该专业本科生毕业论文多涉及纳米材料基本原理及其应用，但学生对材料特性了解不足，以及在课题研究中缺乏独立思考和解决问题的能力。本文通过对“纳米材料及应用”这门课程进行教学改革，使得学生们在知识积累的同时，培养其自主发现问题、解决问题的能力和思维模式，也可为学生毕业论文设计的顺利完成和进一步深造学习打下基础。

OBE（Outcome-based Education）教育理念由SPADY在1981 年提出[2]，当前已成为美国、加拿大、英国等国家的主流教育改革理念。该教学理念强调以学生为中心，成果产出为导向，持续改进[3-4]。注重学生通过课程学习后，能有效获得知识和技能。而对于教师在整个的教学过程中，应对教学内容不断进行优化，并借助各种教学手段和方法以达到激发学生自主学习的目的。基于该教育理念，文章提出对“纳米材料及应用”课程进行设计建设，主要从教学内容、形式及考核评价体系等方面，探讨该课程的教学改革。

2 课程设计

2.1 合理安排教学内容

当前“纳米材料及应用”主要授课内容包含：绪论（第一章）、纳米微粒的基本理论与物理性能（第二章）、纳米微粒的化学特性（第三章）、纳米结构单元（第四章）和纳米复合材料（第五章）。结合OBE 教学理念，将进行以下教学内容的优化。

第一章对纳米材料的研究背景及意义进行了介绍，旨在引导学生在对纳米材料及应用初步了解的同时，激发学生的学习兴趣。然而就当前的教学课件来看，部分举例内容过于陈旧，难以激发学生的兴趣。应适当加大近年来纳米材料的创新和发现举例，甚至多引用一些与学生日常生活紧密相关的内容。这样的课程设置，有助于调动学生的学习热情，为本课程树立一个良好的开端。此外，在授课的过程中，引入思政课程的内容，可逐渐提高学生的思想水平、文化素养和政治觉悟，落实立德树人的根本任务，促进学生全面发展。

第二章和第三章内容主要涉及纳米材料的基本理论原理及其物理、化学特性。由于该部分内容多为知识性记忆内容，较为枯燥。从往常的教学效果来看，学生学习兴趣泛泛，效果低下。应在课堂讲授过程中，引入与所授原理、物理和化学特性相关的且有代表性的日常生活案例或通过查询文献，引入近年来已发表的权威论文，详细讲解其中涉及的纳米材料原理和性能部分。同时，考虑到本学院教师，绝大部分从事相关科学研究工作，教师可有意识地引入与自身相关的科学研究案例，使学生能够更深层次、贴切地理解课堂所授内容。引导学生思考，达到理论知识与现实案例相结合和锻炼学生科学研究思维的目的，为后期毕业设计论文的完成提供支撑。

第四章和第五章主要介绍了纳米结构单元和纳米复合材料的分类、常规制备方法以及应用。从往常的教学情况来看，学生对知识的接受程度，与学生对该知识点的精力投入和运用程度紧密相关。因而，在教学的同时，增设翻转课堂。学生以小组形式，课下通过查询相关本部分内容的科学研究学术论文。通过详细阅读、制作PPT、课堂讲授和学生教师提问等方式，增加学生的课堂参与感和团队协作能力，增强学生知识及技能的接受效率，进一步深化其科研逻辑思维，为毕业论文做准备。

考虑到开展毕业论文设计过程中，学生对材料制备、仪器测试、表征较陌生，动手能力较差的问题。可增设纳米材料实验合成及相关仪器表征内容。课堂讲授当前实验室所具备的科研条件，要求学生通过简单的水热法制备形貌各异的纳米材料，如纳米线、纳米球、纳米棒、纳米片等。学生以小组形式，通过查询文献，确定方案，提交教师审核并给出意见，最终开展实验。部分实验仪器常有专人负责材料测试表征，可由教师介绍讲解该测试表征的原理、用途。综合上述部分，学生可最终写出实验总结报告。

2.2 优化教学方式和评价体系

针对当前传授式教学方式，难以激发学生学习兴趣的特点，授课方式可多样化。根据授课内容，授课方式可采用教师课堂PPT 讲授，设置翻转课堂，增加实验实践课。同时结合提问式、讨论式、研究式等多种教学模式，引导学生积极地参与到课程的学习中，以学生自己为中心，自主学习、主动思考。考虑到当前的信息化时代，学生通过互联网可以简单快捷获取专业信息。因此，可以介绍部分网站（如学术论文查询网站：熊猫学术、web of science、sci-hub 等）和公众平台（纳米人、小木虫等），方便学生课下查询资料。此外，各种慕课、云课堂也可以成为学生课下较好的学习资源。对于课程考核来说，建立有效的教学评价体系，对教学过程实施有着积极的推动作用。然而传统的教学评价常采用试卷或课程论文，评价形式过于单一，忽略了教学过程中各阶段的评价和学生个体的能力差异。根据OBE 以学习成果为导向的教学理念，应采用多元化的评价体系。对于本课程学生掌握的知识、技能以及养成的科学素养的考核，可通过以下方式：①课堂随机的提问，了解学生对基本原理掌握的情况；②翻转课堂上，学生以小组形式，查询文献资料，演讲PPT和对所提问题应答的表现；③实验实践课中，学生通过查询文献资料，设计实验方案，展示实验结果以及最终得出实验报告内容。最后的期末成绩将采取平时成绩30%+翻转课堂PPT 展示表现30%+实验课过程表现及实验报告情况40%。使得教学评价贯穿于整个教学过程中。在这样的评价模式下，学生很难毕其功于某次考试，而忽视了平时的课堂积累。转而需要把精力放在每次的课程安排上，确实让学生在整个的教学过程中，感受到自身知识、技能和科学素养的提升。

3 效果与思考

本教学改革已试行一年。经过一年的引导实施，学生课堂表现积极、思维活跃。其他任课教师也反映学生的动手能力和科研思维能力有所提升。此外，学生参与教师科研项目、科研竞赛人数显著提升。可以预期学生以后完成毕业设计的能力将显著提升。后期将对该部分学生进行问卷调查报告，收集其对该门课程的意见和建议，进而进一步规划改革，持续推进该门课程的发展，为学生的学习以及毕业论文的顺利完成服务。

4 结论

掌握纳米材料的基本原理及能将基本原理运用到相关简单的科学研究中，是该门课程最重要的目标。OBE 是当今世界广泛认可的先进教育理念。在该理念的指导下，本文通过合理安排课程内容，优化教学方式和课程评价体系。在教学的过程中，极大地激发了学生的学习热情，培养学生自主查阅文献，善于发现问题，努力解决问题的科学研究的思维能力，将为将来毕业设计论文顺利完成打下基础。