王輔，吳浪，李秀云，李鴻波，代波

（西南科技大學 材料科學與工程學院，四川 綿陽）

一 引言

功能材料有幾十大類，十多萬種，且國內外每年都有大量新型功能材料問世，發(fā)展非常迅速，新工藝也層出不窮[1]。在國家新興產(chǎn)業(yè)結構調整下，高校除了與材料相關的專業(yè)有開設《功能材料》課程外，功能材料專業(yè)也應運而生，是國家特設專業(yè)，也是多學科領域的跨學科專業(yè)[2-4]。西南科技大學于2012 年將材料科學與工程專業(yè)下的電子信息材料方向發(fā)展為功能材料專業(yè)，并以獨立專業(yè)的方式招生至今。其專業(yè)特色為以電子信息材料及元器件為特色，培養(yǎng)學生運用新材料技術原理進行電子材料與元器件生產(chǎn)、應用研發(fā)的能力。開設該專業(yè)的最初的培養(yǎng)目標是：以國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對材料的需求為導向，培養(yǎng)具有良好的思想品德與人文社會科學素養(yǎng)，具有堅實的自然科學基礎和功能材料專業(yè)基礎知識，具備功能材料設計、制備、性能、應用開發(fā)等方面的基本理論和基本技能，具有較強的工程素質、實踐能力、溝通交流能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，德智體美勞全面發(fā)展的復合型高級技術人才。為了適應社會的發(fā)展，根據(jù)基于成果導向教育模式（OBE）理念和工程教育專業(yè)認證的要求[5]，功能材料專業(yè)培養(yǎng)方案及課程體系較成立之初有較大的持續(xù)改進。其中一個重要方面就是加大培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。鑒于此，近幾年，各高校功能材料專業(yè)在課程體系中增加了《功能材料專業(yè)課程設計》這門實踐類課程[4]。

在教學過程中，課程設計與工程應用結合最緊密，其課程內容和教學方法就尤為重要[6-7]。在傳統(tǒng)意義上，課程設計是在一定目標要求下，將專業(yè)課程的理論知識內容應用在具體的工業(yè)實踐中，是高等學校培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的重要課程[8-10]。課程設計的內容豐富[7，10，11]，作為一個“年輕”的專業(yè)，各高校在這門課的課程內容上各自都有自己的特色和重點，教學方法和手段也不盡相同，目前還無比較一致的看法。截至2021年，我校功能材料專業(yè)的該課程的課程內容、教學方法和教學手段已經(jīng)歷了兩學年的實踐探索。本文系統(tǒng)的總結并探討了該課程在這兩學年的實踐探索方面的經(jīng)驗和積累，以期能為國內開設功能材料專業(yè)的院校有啟迪與借鑒作用。

二 課程簡介

我?！豆δ懿牧蠈I(yè)課程設計》是一門專業(yè)必修實踐類課程，與認識實習、畢業(yè)實習、課程實驗、綜合實驗和畢業(yè)設計（論文）共同構成專業(yè)教育平臺下的集中實踐環(huán)節(jié)類課程。課程的設置學分為1學分，全部16 學時均為實踐學時。其課程目標為：通過本課程的學習，使學生具備下列能力：（1） 能夠自主查閱科技論文和相關資料，綜合運用功能材料相關基礎知識，優(yōu)化設計制備某種功能材料的方案或優(yōu)化設計某種功能器件；（2）能夠規(guī)范地編寫設計說明書，正確分析設計的可行性，并具有團結協(xié)作意識，分析、總結問題的能力，具備一定的科學思維。兩個課程目標分別支撐的兩個培養(yǎng)方案指標點（知識與能力要求）為：（1）能夠根據(jù)器件應用和工程要求進行材料優(yōu)化設計和工藝設計等，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；（2）能運用合適的軟件或理論模擬和預測材料設計、制備、生產(chǎn)中的相關參數(shù)，并能理解模擬和預測的局限性。對兩個指標點的支撐權重值各為0.2。課程以增強工程意識為出發(fā)點，強化課程思政教育，有效融入課程思政元素，提高學生的分析問題和解決問題的能力，使學生通過該課程的學習，初步能夠設計滿足特定需求的功能材料及工藝流程，并在設計過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

三 課程主要內容及基本要求

（一） 課程設計題目的選擇

學生可以從大綱規(guī)定的題目中選擇一題作為課程設計的題目；題目也可以自擬，經(jīng)指導教師審核同意后作為課程設計的題目，一人一題。

在教學大綱中供學生選擇的題目有：×××電介質陶瓷材料的制備；××× 半導體材料的制備；××× 磁性材料的制備；××× 絕緣材料的制備；××× 導電材料的制備；××× 光電材料的制備；×××陶瓷電容器材料的制備；×××電阻器材料的制備；×××電感器材料的制備和×××電池材料的制備等。以上“×××”代表某類功能材料體系，由學生結合大學階段所學的專業(yè)知識，根據(jù)自己的興趣自擬，同時企業(yè)導師和本科生導師參與題目的擬定，并全過程指導課程設計。所有擬定的題目需由指導教師審核和討論后確定。

（二） 課程設計內容

所有課程設計須包含以下內容：所選題目涉及領域的應用背景及國內外發(fā)展現(xiàn)狀；本課程設計擬解決的問題及預期達到的目的；設計的方案和總結。設計方案需包含以下幾點：（1）選用的原材料及其性狀說明；（2）需運用儀器設備及說明；（3）工藝流程及說明；（4）需采用的成分及微結構分析手段（儀器）及說明；（5）需測試的物理化學性質及測試方法說明。

（三） 課程設計基本要求

課程設計采取以學生自學、自行查閱資料和設計方案為主，教師輔導相結合的學習方式，完成課程設計任務書規(guī)定的內容，并規(guī)范地編寫出課程設計說明書。課程設計的基本要求為：（1）查閱國內外相關文獻資料、學位論文及書籍，詳細了解所選功能材料的國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展方向等；（2）設計滿足某性能指標的該功能材料的制備方案，并畫出設計制備方案的工藝流程圖；（3）所選材料、工藝參數(shù)要有合理的論證、比較和說明；（4）撰寫《課程設計》設計說明書。課程設計的其他要求為：（1）在查閱相關文獻的基礎之上，確定具體設計或制備方案要有依據(jù)；（2）繪圖規(guī)范、清晰、整潔、正確；（3）要求與課程設計有關的主要參考文獻閱讀數(shù)量不少于10 篇；（4）嚴格遵守作息時間，按時完成畢業(yè)設計階段各項工作；（5）按課程設計撰寫規(guī)范撰寫出完整的課程設計說明書、并打印提交。

課程設計說明書的內容包括：設計說明書封面（題目）、任務書、學生日志與師生見面情況表、課程設計考勤表和評語表、成績評分表、摘要和關鍵詞、目錄、正文、總結和心得體會、致謝和參考文獻。其中正文內容至少包括四個章節(jié)（不強制要求章節(jié)按四章劃分，但應至少包含以下四章的內容）。第一章為緒論，描述所選功能材料的背景、國內外研究現(xiàn)狀、材料結構和性能等基本物理化學性質等以及設計依據(jù)；第二章為滿足某性能指標的功能材料的制備方案設計，學生根據(jù)所學習的專業(yè)知識，設計所選功能材料的制備方案，使其能達到任務書規(guī)定的性能指標，且設計的制備方案所選原材料、設備、工藝參數(shù)等都要有合理的論證、比較和說明，有依有據(jù)；第三章為設計的制備方案的工藝流程圖，要求繪圖規(guī)范、清晰、整潔、正確。第四章為預期結果和可行性分析，要求學生合理分析設計方案所達到的預期結果，并根據(jù)所學專業(yè)知識詳細地分析其可行性。

四 教學方法

（一） 教學過程

教學采取線上線下結合的方式進行。首先集中為學生講解課程的基本信息、題目選擇、主要內容、基本要求和成績評定方式等，并建立網(wǎng)絡學習平臺（如釘釘班級群），給予學生一周左右的時間選題，確定好題目后，通過學習平臺發(fā)給指導教師審核，審核通過后企業(yè)導師、本科生導師和指導教師共同下達課程設計任務書，任務書的內容至少包括：（1）查閱國內外相關文獻，詳細了解所選功能材料的背景、國內外現(xiàn)狀；（2）介紹所選功能材料的研究背景、國內外現(xiàn)狀，并詳細比較幾種制備該功能材料的原料選擇、制備方法、配方改進或性能優(yōu)化方法的優(yōu)缺點，確定達到的性能指標；（3）設計出合理的滿足規(guī)定性能指標的該功能材料的制備方案；（4）畫出制備的詳細的設計工藝流程圖；（5）分析設計方案的可行性，并寫出總結及心得體會。任務書確定后，開始計算課程設計的課時，進入課程設計內容。在學生做課程設計的整個過程中，要求企業(yè)導師和本科生導師全程參與。此外，指導教師選定一個場所，作為答疑地點。學生遇到任何問題，可以通過網(wǎng)絡學習平臺或者到答疑地點請指導教師解答。教師也通過網(wǎng)絡學習平臺，實時監(jiān)督并指導學生的進展情況，掌握并把握好課程設計進程，并及時糾偏。學生課程設計說明書初稿編寫完成后，同學之間必須相互討論、互改，然后提交給指導教師進行一對一修改指導，最后定稿、打印、簽字并同時提交紙質版和電子版說明書。所有課程設計及指導過程均需做好記錄，寫入課程設計說明書中的師生見面情況記錄頁。

（二） 課程思政

在教學過程中，該課程充分融入課程思政內容，思政元素和思政目標與教學內容和教學環(huán)節(jié)的對應關系如表1 所示。

表1 《功能材料專業(yè)課程設計》課程思政

（三） 成績評定

綜合學生在課程設計中的表現(xiàn)和提交的課程設計說明書質量評定學生的考核成績?？己顺煽儗嵭薪Y構評分，按百分制給出最終成績，其最終成績評定方法如表2 所示。

表2 《功能材料專業(yè)課程設計》學生成績評定標準表

五 教學效果

（一） 課程目標達成情況

總體上，學生提交的課程設計說明書比較規(guī)范，達到了指導教師的預期效果。在內容上，學生能夠在自己查閱文獻資料的基礎上，了解和掌握所選功能材料的背景、現(xiàn)狀及基本性質，然后結合所學專業(yè)知識，通過原材料選擇、制備方法優(yōu)劣、配方改進或性能優(yōu)化方法的比較和論證，設計出了滿足一定性能要求的該功能材料的合理制備方案，畫出了工藝流程圖，預測達到的效果，并進行合理的可行性分析，且所選原材料、工藝參數(shù)有相關的合理論證、比較和說明。根據(jù)課程2020 年的考核情況，課程目標1 的達成度為87.7%，課程目標2 的達成度為83.8%，課程總體達成度85.7%，完成了課程目標的達成，達到畢業(yè)要求規(guī)定的指標值。

（二） 教學反饋

按所設計的教學方法，學生學習本課程后，通過問卷星對學生學習效果進行了調查。問卷設置了三個單選題，分別為：（1）您對本課程的教學目標與知識、能力培養(yǎng)要求了解的程度；（2）通過本課程的學習，您的收獲情況；（3）您認為學習《功能材料專業(yè)課程設計》對畢業(yè)后工作或繼續(xù)學習的幫助情況。2017 級我校本專業(yè)學生共41 人，參與調查的學生有35 人，調查結果如圖1 所示。結果顯示，通過本課程的學習，77% 左右的學生對課程的教學目標與知識、能力培養(yǎng)要求的了解程度達90%以上，其余學生也能達75～89%。這說明，所設計的教學方法可以讓學生很好地了解和掌握課程目標及培養(yǎng)要求。另外，97% 的學生認為通過該課程的學習，可以為本科畢業(yè)設計（論文）打下堅實的基礎，且97% 左右的學生認為該課程的學習對畢業(yè)后工作或繼續(xù)深造的幫助很大或較大（分別為65.71%和31.43%）。其原因主要為課程設計的說明書編寫參照了《西南科技大學畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》，通過學生自己查閱資料，讓學生結合大學期間所學的所有知識，以學生為中心，指導教師為輔的教學方式，解決設計過程中遇到的各種問題，設計滿足性能要求的某種功能材料的制備方案，不僅鍛煉了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，還規(guī)范和提高了學生的寫作能力。

圖1 《功能材料專業(yè)課程設計》問卷調查結果

此外，調查還設置了兩個主觀問題，以調查學生對本課程學習的總體評價（包括學習目的、學習態(tài)度、學習效果等）和建議/ 意見。在總體評價方面，調查顯示，學生認為課程的學習目的明確，態(tài)度良好，效果較佳；輔導模式較好；通過課程設計，從文獻查閱、作圖、到論文格式的修改，都有了很大的提升，對格式規(guī)范性有更強的意識，對畢業(yè)設計（論文）寫作有較大用處；提前了解到了相關的工藝流程，產(chǎn)品性能，裝置使用和注意事項等；掌握了論文書寫格式和敘述順序。通過過程監(jiān)控，學習態(tài)度變好，學習目的變強。但也部分學生認為自己的學習態(tài)度可以更積極些。在建議/ 意見方面，學生認為課程設計的時間較為緊張，導致設計方案未能充分周全考慮；在細節(jié)上，認為可以在專業(yè)課程開設作圖軟件的訓練課程，避免畫工藝流程圖吃力且作圖不規(guī)范；適當延長課程設計時間，在剛開始的時候給往屆學生的課程設計說明書樣文做參考，有利于具體地了解課程內容和說明書規(guī)范；加強網(wǎng)絡或平臺過程監(jiān)控。

（三） 教學反思

經(jīng)過查閱資料、討論、編寫說明書、畫工藝流程圖等環(huán)節(jié)，學生學到了不少以前理論課程中未涉及到的知識，提高了學生利用網(wǎng)絡工具和數(shù)據(jù)庫查閱、分析和總結學術資料的能力，提升了學生綜合分析問題能力和實踐能力，學生基本能綜合運用功能材料相關基礎知識和查閱資料，設計某種功能材料制備方案。通過編寫說明書，提高學生的技術文件整理、寫作及語言表達能力。通過兩年的實踐，仍然后諸多不足，總結如下：（1）課程時間緊迫，僅有一周的時間，而設計需要學生綜合應用《材料科學基礎》《材料合成與制備》等多門專業(yè)基礎課程的相關知識，這些知識通常貫穿了大學所學的大多數(shù)課程，需加以融會貫通才能順利進行；（2）指導教師需加強在課程設計進程中利用網(wǎng)絡平臺進行過程監(jiān)控；（3）課程設計的教學內容應加強與工程應用方面聯(lián)系，以提高學生的工程意識。大多數(shù)學生的設計方案只從理論上進行了設計，且局限于實驗室小批量的制備方案，學生的實際操作和工程制備考慮較少；（4）需進一步加強工藝流程圖的規(guī)范性和合理性、制備方案的可行性分析的指導；（5）雖然企業(yè)導師和本科生導師也參與了課程設計的指導，但具有豐富工程經(jīng)驗的企業(yè)指導教師的參與度還應加強。

六 結語

本文闡述了基于OBE 理念的《功能材料專業(yè)課程設計》的課程目標、教學內容、教學方法和過程的探索，以及課程目標達成情況、教學反饋和教學改進意見。我校《功能材料專業(yè)課程設計》包括選題、任務書的下發(fā)、文獻調研、比較論證、制備方案設計、工藝流程圖的繪制、預期結果和方案的可行性的分析、課程設計說明書的編寫等內容，根據(jù)課程考核和學生反饋情況，本課程的教學內容和教學方法能很好的支撐課程目標，達到畢業(yè)要求規(guī)定的指標值。本課程的教學理念，強化了學生應用能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，有效地融入了思政元素，滿足了基于OBE 理念和工程教育專業(yè)認證的要求，有利于培養(yǎng)出競爭力強的應用型和創(chuàng)新型技術人才，更好地為我國經(jīng)濟發(fā)展服務。