摘要：“固體物理”是新能源科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，該課程對本專業(yè)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)具有重要的理論支撐作用。該課程包含了晦澀難懂的概念和大量的公式推導(dǎo)，學(xué)習(xí)難度大，在現(xiàn)有的教學(xué)方式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)達(dá)成度一般，因此不能滿足新工科建設(shè)的要求。基于此，將OBE的教育理念融入“固體物理”的教學(xué)實踐中，通過對“固體物理”課程的預(yù)期目標(biāo)，課程實施及評價體系進(jìn)行改進(jìn)思考，期望提升“固體物理”課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及應(yīng)用固體物理理論分析和處理實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：OBE；固體物理；新能源科學(xué)與工程；教學(xué)思考

“固體物理”是新能源科學(xué)與工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)專業(yè)課程，是半導(dǎo)體物理與器件、發(fā)光二極管材料與器件和太陽能電池材料與器件等課程的理論基礎(chǔ)課程，承載了新能源科學(xué)與工程專業(yè)理論與實踐的橋梁作用［13］。該課程研究固體材料的微觀晶體結(jié)構(gòu)及其組成物質(zhì)的粒子之間相互作用與運動規(guī)律的學(xué)科，講述微觀粒子運動、晶體結(jié)合與化學(xué)鍵、晶格振動理論、能帶理論等內(nèi)容，從微觀上解釋固體材料的宏觀物理性質(zhì)，其目的是研究固體的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、固體中各種粒子運動形態(tài)和規(guī)律及它們的相互關(guān)系。固體物理的發(fā)展對半導(dǎo)體材料、光電材料、太陽能電池等方向的影響日益增長，對相關(guān)前沿技術(shù)的出現(xiàn)起到了至關(guān)重要的推動作用，是重要的基礎(chǔ)學(xué)科［13］。新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以掌握固體物質(zhì)的相關(guān)理論知識，提高學(xué)生的物理邏輯思維能力，增強(qiáng)創(chuàng)新能力，可為畢業(yè)后從事新能源等相關(guān)工作提供理論支持。然而，“固體物理”課程相較于新能源科學(xué)與工程專業(yè)的其他專業(yè)課程來說，理論性非常強(qiáng)，包含了晦澀難懂的物理概念和大量的公式推導(dǎo)。當(dāng)前，在OBE教育理念下，現(xiàn)有的“以教學(xué)內(nèi)容為中心”的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的需求［45］，需要探索新的教育模式。

OBE（OutcomebasedEducation）教育理念是指成果導(dǎo)向教育，其核心是“以學(xué)生為中心”，是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和實際應(yīng)用能力為目標(biāo)，使他們具備適應(yīng)不斷變化的社會和工作環(huán)境的能力。這一理念最早是20世紀(jì)50年代美國學(xué)者提出，90年代在西方發(fā)達(dá)國家興起的教育改革主流理念［6］。中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會在歷年頒布的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中充分體現(xiàn)了OBE教育理念，意味著當(dāng)前高校的培養(yǎng)方案和課程教學(xué)需要結(jié)合OBE教育理念，推動工程教育的教學(xué)改革。該理念將教育的重點聚焦在學(xué)生在學(xué)習(xí)期間需要具備什么能力，并取得的目標(biāo)能力，在教學(xué)設(shè)計、教學(xué)活動、教學(xué)評價三個方面進(jìn)行閉環(huán)管理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，最終達(dá)到以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為教育目標(biāo)的目的。這突破了傳統(tǒng)的教師講授、內(nèi)容為本的模式，在提高教育成效上具有非常明顯的優(yōu)勢［7］。

本文以“固體物理”課程為例，充分結(jié)合OBE教育理念，考慮課程的內(nèi)容和實際教學(xué)實踐的現(xiàn)狀，圍繞畢業(yè)目標(biāo)達(dá)成度指標(biāo)，提出有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計理念，對新能源科學(xué)與工程專業(yè)的“固體物理”課程進(jìn)行教學(xué)思考，并提出可能的改革方向和措施，建設(shè)好課程，提高“固體物理”課程的教學(xué)成效，以期為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)和認(rèn)證等教育改革提供部分支撐。

1OBE教育理念

1.1OBE教育理念的發(fā)展歷程

OBE教育理念是一種以學(xué)生為中心的教育模式，以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向的教育。在20世紀(jì)50年代，美國教育心理學(xué)家初步提出了OBE教育理念觀點，他認(rèn)為教育應(yīng)該是以目標(biāo)或?qū)W習(xí)成果為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)教育最終目的不是僅僅掌握一點知識，而是讓學(xué)生學(xué)會一定的能力。60年代末到70年代初，教育學(xué)家和學(xué)者們認(rèn)為OBE教育理念能夠提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能和學(xué)習(xí)能力，在他們對OBE教育理念的發(fā)展和推廣下，在美國的教育改革中吸收了OBE教育理念。然而，在20世紀(jì)80年代OBE理念受到了一些挑戰(zhàn)，有學(xué)者批評OBE過于注重標(biāo)準(zhǔn)化和測試評估，忽略了學(xué)生的興趣和發(fā)展需求，擔(dān)心理念的實施會導(dǎo)致學(xué)校進(jìn)行強(qiáng)制性教育，而忽略學(xué)生的多樣性，剝奪了學(xué)生的自我決定權(quán)［610］。

20世紀(jì)90年代后，在對美國教育的實用性和教育成果的重要性進(jìn)行評估和反思后，人們對OBE教育理念進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，OBE教育理念逐漸成為在美國、英國等國家的教育改革主流理念［6，10］?，F(xiàn)如今，OBE教育理念逐漸從以前的以成果為中心轉(zhuǎn)變?yōu)楦幼⒅貙W(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)，推崇多元評價模式、基于項目學(xué)習(xí)和實踐學(xué)習(xí)等教學(xué)方法。2013年，我國成為《華盛頓協(xié)議》的正式會員，這種理念逐步應(yīng)用于我國的工程領(lǐng)域?qū)W科，正成為我國現(xiàn)代教育的重要組成部分。

1.2OBE教育理念的特點和原則

OBE教育理念是一種以學(xué)生為中心的教育模式，意為以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向的教育，是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和實際應(yīng)用能力為目標(biāo)，使他們具備適應(yīng)不斷變化的社會和工作環(huán)境的能力［1112］。

OBE教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)定，并將學(xué)生的學(xué)習(xí)成果作為評估和課程設(shè)計的核心，教師們需要明確課程的預(yù)期結(jié)果，幫助學(xué)生達(dá)到這些目標(biāo)。OBE教育理念鼓勵針對不同學(xué)生的不同需求和能力，教師需要進(jìn)行個性化的指導(dǎo)和支持，使每個學(xué)生都能在自己的學(xué)習(xí)階段得到發(fā)展和成長。OBE教育注重將知識和技能應(yīng)用到具體實際情境中，通過實踐和解決問題的教學(xué)活動來培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)造力。OBE教育重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和發(fā)展，通過持續(xù)改進(jìn)，關(guān)注他們在學(xué)習(xí)中的努力和進(jìn)步，而傳統(tǒng)教育只有標(biāo)準(zhǔn)化考試成績。OBE教育致力于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，使他們具備終身學(xué)習(xí)的能力和意愿。

OBE教育理念鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過程，并主動承擔(dān)自己學(xué)習(xí)的責(zé)任。學(xué)生在目標(biāo)設(shè)定、學(xué)習(xí)計劃的制訂和學(xué)習(xí)成果的評估過程中都應(yīng)該積極發(fā)揮主動角色。OBE教育理念鼓勵學(xué)生之間的合作和互動，通過小組項目和集體討論等互動形式來促進(jìn)學(xué)生之間的合作和共享知識。OBE教育強(qiáng)調(diào)多種評價方法的使用，包括考試、作業(yè)、項目、演示、實踐操作等不同形式的評估方式，這樣可以更全面地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和能力。OBE教育注重將學(xué)習(xí)與現(xiàn)實世界聯(lián)系起來，提供實際的問題和情境給學(xué)生解決，激發(fā)學(xué)生的興趣和動機(jī)。OBE教育倡導(dǎo)教師和學(xué)生之間的持續(xù)反饋和交流，以及針對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和表現(xiàn)進(jìn)行及時調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)。

總之，OBE教育模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的全面發(fā)展，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成果、能力和解決問題的能力，鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。同時，它也要求教師更多地從學(xué)生的需求出發(fā)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和個體發(fā)展，以提供更有效的教育支持和指導(dǎo)。

2“固體物理”課程教學(xué)現(xiàn)狀

對于新能源科學(xué)與工程的“固體物理”課程而言，主要的困難表現(xiàn)在如下三個方面。（1）課程的理論難度大。“固體物理”課程起著連接基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)課程的橋梁作用，包含了大量的公式推導(dǎo)和晦澀的物理概念，通過研究微觀粒子及其運動規(guī)律來闡明固體宏觀的物理性質(zhì)，對于沒有較強(qiáng)物理知識背景和數(shù)學(xué)能力的新能源科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生，往往覺得固體物理課程理解起來困難［1314］。（2）課程學(xué)時少?！肮腆w物理”作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，理論學(xué)時只有48學(xué)時，需要講述晶體結(jié)構(gòu)、分析晶體結(jié)構(gòu)的實驗方法、晶格振動和晶體的性質(zhì)、金屬電子論、固體的能帶等內(nèi)容，還需補(bǔ)充先行支撐課程知識，如統(tǒng)計物理與量子力學(xué)，使得教師只能匆忙完成教學(xué)大綱所規(guī)定內(nèi)容，教學(xué)效果不理想［14］。（3）課程教學(xué)方式不靈活?！肮腆w物理”是一門理論性強(qiáng)的課程，一般教師使用傳統(tǒng)的教學(xué)方式按照大綱和書本知識點進(jìn)行理論講解教學(xué)，缺乏形象而容易接受的事例，讓學(xué)生無法將所學(xué)的固體物理知識與新能源科學(xué)與工程專業(yè)中的實際應(yīng)用聯(lián)系起來，容易導(dǎo)致課堂氣氛不活躍，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的興趣而學(xué)不懂，導(dǎo)致學(xué)生相應(yīng)的工程應(yīng)用能力沒有得到培養(yǎng)，不利于人才的綜合能力培養(yǎng)［15］。

3OBE理念在“固體物理”課程教學(xué)中的思考

針對新能源科學(xué)與工程專業(yè)“固體物理”課程存在的問題，可以結(jié)合OBE教育理念，對該課程的相關(guān)目標(biāo)、教學(xué)實施及評價體系進(jìn)行了思考，幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用物理概念，培養(yǎng)他們解決問題的能力和實踐技能。

（1）設(shè)定明確的課程目標(biāo)，支撐培養(yǎng)目標(biāo)，匹配學(xué)生實際需求。OBE理念注重培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，要求畢業(yè)的達(dá)成度能夠支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，課程教學(xué)要求的達(dá)成度也能支撐畢業(yè)要求的達(dá)成，這需要保證教育目標(biāo)與成果保持一致。因此，明確“固體物理”課程的培養(yǎng)目標(biāo)包括：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠了解固體物理學(xué)發(fā)展的基本情況，以及固體物理學(xué)對于近代物理和近代科技發(fā)展的作用，了解固體物理所研究的基本內(nèi)容和固體物理研究前沿領(lǐng)域的概況；學(xué)生能夠掌握固體物理學(xué)的基本概念和基本規(guī)律，掌握晶體宏觀物理性質(zhì)及其組成粒子之間相互作用與運動規(guī)律；學(xué)生能解釋晶體基本物理性質(zhì)的微觀機(jī)理，具備自主學(xué)習(xí)的能力，并能培養(yǎng)應(yīng)用固體物理學(xué)理論分析和處理問題的能力。這些目標(biāo)與課程內(nèi)容和學(xué)生的實際需求相匹配，以便評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

（2）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改變教學(xué)方式，提升學(xué)生的主體地位。固體物理課程不僅應(yīng)該注重理論知識的學(xué)習(xí)，還應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能，將固體物理的概念與實際情境相聯(lián)系，幫助學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題。例如，通過制作金剛石的模型、使用計算機(jī)模擬工具等方式學(xué)習(xí)計算金剛石聲子譜和能帶結(jié)構(gòu)，掌握原胞、倒格子、布里淵區(qū)等基本概念，形象掌握晶體色散關(guān)系和能帶理論。鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積極參與，采用互動式的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的興趣和主動學(xué)習(xí)的態(tài)度。例如，設(shè)計鋰電池正極材料的探索性學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生通過鋰電池正極材料的結(jié)構(gòu)，以及調(diào)研文獻(xiàn)數(shù)據(jù)體驗和探索固體物理的概念和現(xiàn)象。通過這些活動，學(xué)生可以自主發(fā)現(xiàn)和理解固體物理的相關(guān)原理，組織問題解決活動或項目驅(qū)動學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生運用固體物理知識和理論來解決實際問題。例如，可以分組探索不同種類材料（單晶硅、石墨烯等）的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，提供這些真實材料的案例和挑戰(zhàn)，讓學(xué)生通過合作、調(diào)研、實驗等方式解決問題，并在過程中不斷反思和改進(jìn)，鼓勵學(xué)生共同合作、討論和分享自己的觀點和理解，通過與他人的互動，學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)、交流和促進(jìn)彼此的思維發(fā)展。

（3）多元評價方式，提供反饋指導(dǎo)，客觀公正評估成果。除了傳統(tǒng)的考試評估，可以采用其他的評估方式來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和能力。例如，通過項目作業(yè)、合作項目報告等形式對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評估，作為最后總評分的一部分，以更全面地了解他們的知識和技能。及時提供學(xué)生的小組學(xué)習(xí)反饋，幫助他們在項目推進(jìn)過程中糾正錯誤和改進(jìn)學(xué)習(xí)策略。教師可以通過小組討論、個人反思、一對一輔導(dǎo)等方式與學(xué)生互動，提供個性化的指導(dǎo)和支持。鼓勵學(xué)生進(jìn)行反思，讓他們思考自己在學(xué)習(xí)過程中的成長、遇到的困難以及解決問題的策略。同時，教師也可以透過學(xué)生的項目成果、展示和口頭表達(dá)等方式，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評估和反饋。

結(jié)語

總之，新能源科學(xué)與工程專業(yè)的固體物理課程主要是為后面的半導(dǎo)體材料、光電材料、太陽能電池等應(yīng)用器件作一個理論基礎(chǔ)的培養(yǎng)。一方面，我們要注意把基礎(chǔ)概念和理論講清楚，尤其注意在教學(xué)過程中培養(yǎng)理科解決問題的思維方式。要將所講述的固體物理內(nèi)容和專業(yè)方向的應(yīng)用聯(lián)系起來，讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過程中感受到所講述的內(nèi)容不是海市蜃樓，而是和專業(yè)和生活密切相關(guān)的具體實踐。另一方面，將OBE教育理念融入固體物理課程可以使學(xué)生更加主動地參與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)實踐和解決問題的能力，并將所學(xué)知識應(yīng)用于實際情境中，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，提高他們在固體物理領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用能力，促進(jìn)他們的主動學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

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作者簡介：陳長材（1991—），男，漢族，江西贛州人，博士，講師，研究方向：稀土磁性材料及其相關(guān)物理效應(yīng)研究。