張成園 丁勇 王軍平 李永慶

[摘? ? ? ? ? ?要]? 以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標導向，針對量子力學課程中教法、學法及評價機制等存在的問題，基于OBE教育理念為指導，借助“雨課堂”和“學堂云”等一體化平臺，對量子力學課程進行教學改革，將過程評價與結(jié)果評價相融合，探索和實踐多途徑的人才培養(yǎng)模式。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? OBE理念;量子力學;教學改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2022）10-0043-03

隨著現(xiàn)代科技和社會的發(fā)展進步，新興產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)并蓬勃發(fā)展，社會對人才的專業(yè)基礎(chǔ)和創(chuàng)新意識的需求變得越來越多元化，量子力學作為現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)理論之一[1，2]，其在原子能技術(shù)、航天航空技術(shù)、電子技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，并逐步滲透到各個科學領(lǐng)域，例如生物學、材料科學、信息科學和計算機等，交叉學科的應(yīng)運而生，推動了交叉領(lǐng)域的重大進展?？茖W技術(shù)的不斷進步，對人才的專業(yè)基礎(chǔ)和創(chuàng)新意識提出了新的要求。隨著《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《中國教育現(xiàn)代化2035》等教育信息化改革文件的推廣，在教育體系中，信息資源和技術(shù)成為實現(xiàn)教育改革的關(guān)鍵因素?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能等教育手段和資源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于教育教學，引領(lǐng)著教育理念和教育模式的重新構(gòu)建。與此同時，自O(shè)BE教育理念[3]（Outcome-based Education，成果導向教育）提出后，我國高等教育教學和工程教育的改革備受影響，取得了豐碩成果，尤其是在為國家培養(yǎng)需求人才的教育方面，實現(xiàn)了重大突破。作為應(yīng)用型本科院校，在推動課程信息化建設(shè)的同時，確定了“以學生為中心”和以“產(chǎn)出為導向”的課程建設(shè)理念。

經(jīng)過三年的教學實踐，教學團隊已初步完善了量子力學課程體系建設(shè)，體現(xiàn)出了OBE教育理念在教學改革中的優(yōu)勢，加強了學生的學習能力和實踐能力，有效提高了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

一、教學手段和方法

在OBE教育理念作為量子力學教學體系的指導思想下，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標，在教學過程中，教學團隊主要采用的教學手段和方法如下。

（一）以產(chǎn)出為導向，運用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，加強可視化教學

量子力學理論性強，物理概念抽象，理解起來難度較大。為有效解決此問題，在教學實踐中，教學團隊調(diào)整了部分內(nèi)容的授課方式，加強了可視化教學比例，借助于Matlab、Maple和Mathematic等軟件強大的數(shù)值計算及繪圖能力，使抽象的理論通過繪圖等方式形象化[4]，加深學生對量子力學知識點的理解和掌握。例如講解氫原子問題，應(yīng)用Matlab進行數(shù)值求解其能量本征值和波函數(shù)，并將概率密度進行可視化。

（二）融合線上教學和線下教學優(yōu)勢，開展混合式教學

通過“學堂云”“超星”等教學平臺，將部分難度適中的內(nèi)容設(shè)置為線上自主學習，安排線上討論、線上練習以及針對線上學習內(nèi)容的線下課堂分組討論，以便于教師充分掌握學生學習情況，保證學生線上學習的質(zhì)量。線下授課部分，借鑒對分課堂模式，引入分組討論，調(diào)動學生的學習積極性。把討論和講授的時間錯開約一周，讓學生在這期間充分消化吸收線上課程資源。通過網(wǎng)絡(luò)對學生進行教學，既可以打破傳統(tǒng)教學帶來的局限性，又可以提高學生的學習效率。在上課的過程中學生不僅可以學習文化知識，同時也能掌握一些計算機知識，現(xiàn)實中的老師跟學生在網(wǎng)絡(luò)中互相交流，減少了傳統(tǒng)教學老師在課堂中的監(jiān)管行為，給學生營造自由、輕松、愉快的學習氛圍，有利于提高學生的學習成績。

（三）設(shè)計反映量子科技發(fā)展新成果的科學研究題目

結(jié)合本科生的學習特點，遵循量子力學的教學規(guī)律，努力吸收近年來在教育思想、教學內(nèi)容、課程體系以及教學方法等方面已經(jīng)取得的新成果，綜合力、熱、光、電和原子等本科課程，在不斷完善量子力學授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合當前量子力學學科發(fā)展前沿，在教學過程中融入思想政治元素。不斷設(shè)計和持續(xù)更新反映目前量子物理相關(guān)學科科學技術(shù)發(fā)展新成果的科學研究項目。

（四）全面實行導師制，構(gòu)建校企聯(lián)合培養(yǎng)模式

基于學校組織的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和國家或遼寧省組織的物理學術(shù)競賽，教學團隊開設(shè)面向競賽和項目的相關(guān)輔助性實踐課程。在學校和企業(yè)導師的聯(lián)合指導下，以培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為目的，讓學生個人或團隊自主完成研究項目設(shè)計、項目實施和撰寫研究報告等工作。

（五）開展專業(yè)創(chuàng)新實驗，建設(shè)虛擬仿真教學中心

為更好地與專業(yè)教育融合，教學團隊在教學中應(yīng)用創(chuàng)新類實驗[5]，學生依托省級“物理綜合虛擬仿真實驗教學中心”教學平臺，以及擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“斯特恩-蓋拉赫虛擬仿真實驗中心”，大力推進把“問題導向”融入量子力學課程教學和實驗實踐教學，深化教學的內(nèi)涵建設(shè)，突出綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性和研究性項目的設(shè)計和訓練。同時加強了校內(nèi)外實踐基地建設(shè)，以量子力學教學內(nèi)容作為主體，積極引導學生參加學科競賽、課外科技創(chuàng)新活動和創(chuàng)業(yè)實踐，通過查閱資料、熟悉硬件、編寫程序等環(huán)節(jié)，完成設(shè)計內(nèi)容，提高學生的實踐能力，增強學生的創(chuàng)新精神。

（六）完善考核方式和評價體系

教學的考核評價是教學的重要環(huán)節(jié)，它能起到導向的作用?；贠BE成果產(chǎn)出教育理念[6]，減少對學習方式、學習時間等的關(guān)注，注重學習成果。根據(jù)教學目標設(shè)立相應(yīng)的考核內(nèi)容，將過程評價由原來的20%提高到30%[7]，其中包括出勤、課后作業(yè)、線上學習、分組情況討論和創(chuàng)新實驗設(shè)計等科研任務(wù)式考核方式，有效改進了教學不足的問題。

二、教學改革創(chuàng)新點

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下，基于OBE教育理念的量子力學課程體系建設(shè)，其主要創(chuàng)新點如下。

（一）能力導向的教學內(nèi)容新

依據(jù)應(yīng)用型人才的能力和素質(zhì)要求，注重實施能力導向的實踐教學。運用多媒體和虛擬仿真技術(shù)，將量子科技前沿和科研成果融入實踐教學內(nèi)容，結(jié)合理論知識，設(shè)計綜合性和研究性實驗。反映教學內(nèi)容的前沿性，提升教學內(nèi)容的完整性和教學技術(shù)水平的先進性，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。

（二）教學方法和教學手段新

信息技術(shù)與教育資源的融合，為教學方法手段創(chuàng)造了極佳的條件。在課堂教學中采用探究式、討論式、參與式和混合式等教學方法，最大限度地提高學生課堂的參與性和自主學習的積極性。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)逐漸與課堂教學融合，校企構(gòu)建智慧學習支持環(huán)境，采用雨課堂等具有開放、共享特點的移動互聯(lián)技術(shù)，實行“互聯(lián)網(wǎng)+教學”線上線下混合的教學，為課堂教學提供了多元化互動形式，如小組討論、師生討論、學習結(jié)果實時展示和同伴互評等。拓展了教學活動的形式，更好地支持學生參與問答、討論、問題解決等活動，為主動的參與式學習搭建橋梁，有效突破單一的講授式課堂教學方式，提高教學效率。

（三）教學評價機制新

在實踐教學中引入質(zhì)性分析與考試相結(jié)合的評價方式，從時間角度將課程教學和課程設(shè)計為若干個階段，每個階段制訂嚴密的計劃，并在階段結(jié)束時按照要求對學生進行嚴格的檢查和考核。舍棄僅以一紙報告評定成績的簡單考核模式，既強調(diào)筆試的重要性，又注重教學過程與教學效果的考核，通過小任務(wù)+大項目，組內(nèi)自評和互評機制，以激發(fā)學生平時學習的積極性，減少學生期末臨時突擊的現(xiàn)象。例如采用非標答案測試、反思報告、案例分析、課堂討論以及創(chuàng)新實驗設(shè)計等方式作為平時成績，結(jié)合期末考試成績，作為學生專業(yè)知識的評價方式。不僅考查學生的學習能力與溝通合作能力，還可以動態(tài)監(jiān)測學生的學習情況，考查學生的學科素養(yǎng)，充分體現(xiàn)學生知識、能力和素質(zhì)的綜合水平。

（四）課程教學體系新

以成果產(chǎn)出為導向的教學法將教學體系進行了重構(gòu)，打造了“以本為本”，即完全以學生為主體的教學思路，重點突出了學生創(chuàng)新型自主學習和教師研究型課堂教學兩個方面，使課程教學變革向“以學生全面發(fā)展為中心”推進。一是通過“變教師為導師”，將教師與學生一起組成學習共同體，在與課堂內(nèi)容的多向互動中引領(lǐng)學生自主學習，使大學課程由教走向?qū)W。二是通過“變考生為學生”，把學生作為學習主體，不再是為考試而學習的盲目者。從“聽課者”成為“問課者”，實現(xiàn)大學課程從“教的課程”走向“學的課程”。三是通過“變教材為參考書”，變革教材是教學的標準和評價尺度的傳統(tǒng)觀念，在教學過程中，教師已不再絕對服從教材，而是實現(xiàn)了從“教教科書”到“用教科書教”的轉(zhuǎn)變。

三、課程改革主要成效

（一）協(xié)同制訂教學大綱，明確教學體系

基于OBE理念，從學習成果的要求入手，確定可測量、可評估的課程學習目標，明確課程學習目標所覆蓋的知識單元、知識點與能力要求;確定主要的教學方法與教學策略，按照學生特點，合理安排教學活動;制訂詳細的評分標準;結(jié)合社會的需求引入新的觀念和理論，有明確的實現(xiàn)能力培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目設(shè)計及實驗要求，提高學生的綜合能力。

（二）引入研究型教學模式

OBE教學理念強調(diào)能力導向的教學模式，重視教學的產(chǎn)出，將研究型教學模式引入量子力學教學中，借助互聯(lián)網(wǎng)教學手段，采用小組話題討論，有效實現(xiàn)教學模式的創(chuàng)新。以此鼓勵學生自主思考，提高學生的實踐和應(yīng)用能力。

（三）形成產(chǎn)學研相結(jié)合的教學體系

產(chǎn)學研合作是社會對應(yīng)用型人才需求的客觀要求，也是各高校實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和改革教學模式的必然趨勢，無論產(chǎn)、學，還是研，都是將知識以不同的形式傳授給學生，達到吸收知識并轉(zhuǎn)化為自身能力的過程。教學團隊把校內(nèi)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和校企間協(xié)同育人作為產(chǎn)學研融合的實踐體系，加速學生的知識輸出環(huán)節(jié)，通過學生的實驗實踐活動引導學生形成跨學科思維方式，培養(yǎng)學生的自主學習興趣，提升學生的動手實踐能力，將所學知識運用到科學研究中。

四、推廣應(yīng)用效果

以量子力學課程為載體，將OBE理念貫穿于應(yīng)用型人才培養(yǎng)全過程，以產(chǎn)出為導向，以滿足社會需求為宗旨，注重學生能力獲得，為將理工科學生培養(yǎng)成不同類型的創(chuàng)新人才夯實基礎(chǔ)。在一定程度上對產(chǎn)學研合作教育等教學設(shè)計的豐富發(fā)展起到促進作用，同時將此實踐成果進一步推廣到我校其他理工學院進行拓展應(yīng)用，對我?；A(chǔ)課程進行成果導向式教學改革和人才培養(yǎng)具有重要意義。目前，主要應(yīng)用效果如下。

（一）教學內(nèi)容豐富，教學質(zhì)量提高

自教學改革實施以來，以提高教育教學質(zhì)量為目標，將課上教學內(nèi)容進行了整合與優(yōu)化，在參考其他院校教材的基礎(chǔ)上，深入挖掘課程資源，開展例證教學研究與實踐，建立功能完備的教學資源體系。包括教學大綱、授課內(nèi)容的章節(jié)設(shè)計、多媒體課件、校內(nèi)外專家協(xié)同制定的試題庫、多媒體資料庫以及教學團隊進行自主錄課的精品視頻庫等，逐步將量子力學課程打造成省級一流本科課程，提高了教學質(zhì)量，并為進一步建設(shè)精品課程提供了契機。

（二）構(gòu)建應(yīng)用人才培養(yǎng)模式下的新課程體系

該教學模式在物理學和應(yīng)用物理學專業(yè)推廣以來，通過教學質(zhì)量監(jiān)控的反饋信息，教學效果廣泛受到學生好評，對教師的教學方法和教學態(tài)度都予以了高度評價，學生的學習效果得以體現(xiàn)，綜合創(chuàng)新能力明顯加強。學生課堂平均出勤率達到95%以上，經(jīng)過三年的摸索與實踐，在注重過程評價，采用多樣化的考核模式基礎(chǔ)上，學生期末總成績實現(xiàn)了良好的正態(tài)分布，并能夠?qū)⒗碚撝R轉(zhuǎn)化為實踐能力，可自主完成與課程相關(guān)的學年論文和畢業(yè)設(shè)計達10篇。

（三）成果產(chǎn)出效果顯著，學科競賽成果突出

自該項教學改革以來，通過對量子力學課程教學產(chǎn)出模式的不斷探索和外延式拓展，在教學改革方面取得了一定的成績。在教學中不斷培養(yǎng)學生的自主學習能力和實踐創(chuàng)新能力等，近幾年取得了比較顯著的成績：建設(shè)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“斯特恩-蓋拉赫虛擬仿真實驗”教學平臺1個，并以服務(wù)校內(nèi)理工科學生近1000人;學生參加多項遼寧省大學生物理學術(shù)競賽，并在競賽中分別獲得一等獎、二等獎和優(yōu)秀獎等12項;指導大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目3項，其中1項獲批為國家級立項。

五、結(jié)語

為適應(yīng)當今社會對應(yīng)用型人才的需求，基于成果產(chǎn)出即OBE理念為教學導向，針對專業(yè)核心課“量子力學”進行了改革。在建設(shè)一支特色教學團隊的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多種教學模式，形成產(chǎn)學研相結(jié)合的教學體系，為將理工科學生培養(yǎng)成不同類型的創(chuàng)新人才夯實了基礎(chǔ)。

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◎編輯 魯翠紅

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