基于OBE理念的“耐火材料”课程教学改革与实践

郭正启，杨聪聪*，朱德庆，潘  建   

（中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083）

[摘  要]：随着高等教育改革的深入推进，传统教学模式已无法满足新工科下培养未来多元化、创新型卓越工程人才要求。针对目前《耐火材料》实践教学中存在的诸多问题，论文尝试引入OBE理念，进行教学改革，围绕教学成果，聚焦能力培养，明确教学目标，优化教学内容，革新教学方法，构建多元化评价体系，从而激发学生自主学习兴趣和动力，提升面向行业和社会的人才培养质量，这也为其他工程学科课程的实践教学改革提供借鉴。

[关键词]：耐火材料；OBE理念；教学改革

[基金项目]： 2021年湖南省【教育厅】普通高等学校教学改革研究项目,新工科背景下基于OBE理念的《耐火材料》教学改革研究（HNJG-2021-0294）；2021年中南大学教学改革项目，新工科背景下基于OBE理念的《耐火材料》教学改革研究（2021jy009）。

[作者简介]：郭正启（1988-），男，湖北黄石人，工学博士，中南大学资源加工与生物工程学院副教授，博士生导师，主要从事钢铁冶金方向的研究；杨聪聪（1989-），男，浙江浦江人，工学博士，中南大学资源加工与生物工程学院讲师（通讯作者），硕士生导师，主要从事钢铁冶金方向的研究。

[中图分类号]：G642.0   [文献标识码]：A   

耐火材料工业是冶金以及其它高温工业的支撑和先行工业，其产品广泛应用于钢铁冶金、有色冶金、建筑材料、石油化工、电力等国民经济各领域的高温工业生产过程，对促进上述行业健康稳定的发展具有重要作用。随着我国国民经济的迅猛发展和工业水平的疾速提高，社会对于耐火材料相关的专业人才的需求数量逐渐攀升，对专业人才的专业素养亦是日趋提高。《耐火材料》课程作为材料学的一个重要分支，也是学习高温专业的基础，是培养学生专业素养和动手能力的关键学科，其教学质量直接关系到耐火材料专业人才的塑造。近些年来，随着我国高等教育改革的深入推进，传统的《耐火材料》教学理念已经无法适应当前工程教育专业认证和“新工科”人才培养的要求。为了解决目前《耐火材料》课程教学过程中，存在教学目标不清晰；重教师，轻学生；重理论，轻实践；教学方式单一；考核方式不客观、不全面等问题，积极引进基于OBE(Outcom—Based Education)理念的教育模式，建立以学生为中心的教学体制，拓展教学思路，革新教学方法，丰富教学方式，改革评价方式，推动“新工科”背景下“耐火材料”专业课程的改革与创新，提高教育教学的质量和人才培养素质，以满足“新工科”建设对人才的需求^[1-3]。

1、《耐火材料》实践教学现状及存在的问题

前期，教学团队根据OBE教学理念及教学改革相关内容，结合“雨课堂”，设计问卷，并对近3年选修过《耐火材料》的学生（共计155名）进行问卷调查。然后，根据调查统计结果、教学团队的教学经验以及与同行业一线教学老师的交流，总结了《耐火材料》课程教学过程的存在的主要问题如下：

①教学目标不清晰：虽然，在《耐火材料》教学过程中，严格遵循拟定的教学大纲，按照教学计划开展教学，但是忽视“以成果为导向”的教学目标。本门课程的教学目标，是通过该课程的学习，掌握耐火材料制备的原理及基本工艺、熟悉耐火材料的结构与性能，理解耐火材料的组成、结构、性能与制备工艺之间的联系；能够运用无机材料结构化学的基础知识和基本原理，对耐火材料加工过程中的工程性问题进行解析，通过比较和综合，优选方案，解决耐火材料设计或生产过程中的复杂工程问题。但在实际教学过程中，由于教学目标不明确，教学效果不理想，学生并没有通过课程有效掌握基本概念、理论和方法，更没有能力解决复杂的耐火材料工程问题。

②重教师，轻学生：目前，在《耐火材料》教学过程中，多以教师为中心，学生参与度低下，即重视知识的传授，忽视能力的培养。这种教学主体的错位，以注入式教学为主，严重制约了学生独立学习能力的发展，抹杀了学生创造力及发现问题、分析问题和解决问题的能力，无法达到较好的教学效果。显然，这违背了OBE的教育理念。教学过程中，应该从“重教”转变成“重学”，以学生为主体，把教学过程的重心由“教师教什么”转移至“学生学什么”。着重关注学生全面能力的构成与培养途径，即以专业知识为支撑的业务能力，尤其着力自我发展、社会适应能力的培养。

③重理论，轻实践：在目前教学过程，普遍存在“重理论性”和“轻实践性”的问题。由于过多地重视理论教学而轻视实践教学，片面地强调理论教学的重要性而忽视实践教学的作用，使得学生动手能力没有得到明显的提高。因此，在教学过程中，需要“理论结合实际”，引导学生在“干中学”。

④教学方式单一：传统《耐火材料》课程教学过程中，主要是教师口头讲解辅以黑板板书或者PPT 演示的教学方式，讲授的内容较为抽象客观，部分同学接受困难就易产生睡觉玩手机等现象，学生学习兴趣不强，积极性不高，导致教学质量和效率也达不到预期的要求毫无疑问，这些教学方式不符合 OBE 理念，人才培养质量难以达到新工科的发展要求。

⑤考核方式不客观、不全面：《耐火材料》考核形式过于单一，多以期末考试占比60%，平时成绩40%，无法实现学生教学成果的客观评价。新工科背景下OBE 理念重视学生学习成果的达成以及个人发展，因此，应构建了“以学生能力为中心”的多元化形成性评价体系，重视学生的个人进步和能力的培养。

2、秉承OBE理念，构建《耐火材料》课程教学改革框架

OBE的基本理念是 “以学生为中心，以学习成果为导向，持续改进”，高等学校的核心任务是培养符合行业认可的既定质量标准要求的毕业生，其评价标准以培养目标和毕业要求为导向^[4-6]。作为冶金工程、材料工程等专业重要的基础课—《耐火材料》具有实践性强、工艺流程长、设备众多等特点，教学内容主要分为理论知识和实践操作两大部分，具有基础性、实践性以及和专业课的衔接性等特点。

以教师为中心的“填鸭式”的传统《耐火材料》课程教学已经无法培养出新工科时代所需的人才，为提升教学质量，《耐火材料》课程教学应从革新教学理念，优化教学模式，丰富教学内容和制定合理的考核评价方式等方面着手，秉承“以学生为中心，以产出为导向的”工程教育理念，教学内容应贴合当今耐材发展技术，教学模式要紧密结合现代教学技术，除了理论知识外，更应该培养学生的工程实践能力，塑造新时代背景下的复合型人才。

基于此，教学改革的实施过程中，需改进的三个主要方面为：以学习成果导向反向设计课程目标、以学生为中心的教学实施、和学生学习成果考核评价。其课程教学改革思路路线如图1所示。

图1 耐火材料课程教学改革思路路线图

3、基于OBE理念的《耐火材料》课程教学改革探索

根据新工科提出的培养未来多元化、创新型卓越工程人才要求，《耐火材料》课程教学内容、教学方法、评价机制等需进行改革与优化。本论文引入OBE新教学理念，丰富教学内容；通过以“学生为中心”，建立小组合作学习、实践教学、项目主题教学、学生互动课题教学、线上线下混合教学等相结合的立体化教学模式；提出过程性的多元化（课题讨论、发表观点和随堂考核、论文作业、主题PPT报告、实践评价、期末考试）评价方式，全面评判学习效果，确保学生对课程知识的掌握达到预期目标。最终，以期通过教学改革，能提高学生自主学习能力及跨学科综合考虑问题的能力，增强学生的专业技能，提高学生在“新工科”背景下适应社会的能力，为“新工科”建设培养应用型专业人才奠定坚实的基础。

3.1 基于OBE理念，明确教学目标

OBE教学思想提出了“逆向设计”：从内部和外部的需要来明确本专业的培养目标，然后根据专业的培养目标来决定毕业要求，并在特定的课程中逐一实施^[5,6]。同时，毕业要求要符合教学内容，并能为教学内容、课时等提供一定的参考。因此，在教学实践过程中，应体现学生通过本课程的学习能够达到的能力要求

基于该理念，《耐火材料》教学的目标设计可分为知识体系、理论应用和工程创新三个层面（图2所示）。首先是知识层面，通过该课程的教学使学生能掌握耐火材料制备的原理及工艺基础、耐火材料的结构与性能，理解耐火材料的组成、结构、性能与制备工艺之间的关系。其次是理论应用层面，能够运用无机材料结构化学的基础知识和基本原理，对耐火材料加工过程中的工程性问题进行解析，通过比较和综合，优选方案，解决耐火材料设计或生产过程中的复杂工程问题。最后是工程创新层面，积极引导学生自主学习、发现问题，利用掌握的基础理论和应用，对耐火材料制备各工程涉及的单元或工艺流程，具备研究和改进耐火材料性能、开发新材料、新产品、新工艺的基本能力。

图2 耐火材料课程教学目标

3.2 改革课堂教学模式

（1）扩展教学内容，重构课程体系

传统《耐火材料》教学过程中，教师一般对生产实践、耐材制备原理和工艺流程讲解比较透彻，主要精力放在了工艺选择、反应影响因素及制备物理化学变化的总结，而对耐火材料制备新技术及其应用场景介绍较少，且目前使用的《耐火材料》教材本身存在以下问题：内容更新较慢、对现有的新技术和新理论介绍不多。

针对上述问题，在教学内容上要强调"新"。在课堂上引入新的技术，把专业知识引入到解决社会问题的过程中，以提高学生的学习兴趣，并把他们的注意力集中在科技的发展上。通过调研、检索等方法，了解"新工科"时期耐火材料制备工艺、工艺、设备的最新发展趋势，在保有基本制备工艺的基本知识的基础上，添加最新工艺、工艺、设备，并配以视频、动画等形式。同时，利用高校共享资源或计算机手段，利用仿真技术对耐材制备工艺过程的实现进行模拟仿真，巩固和强化学生所学的知识。

另外，做好素质型课程体系的建设，将《耐火材料》相关课程的优秀教学成果、科研前沿案例、学科前沿动态、创新大赛成果、典型工业生产案例等有机地融入本课程的授课内容中，增加课程教学的趣味性、灵活性和先进性，达到拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣的目的。

（2）重视实验环节，实践和理论并重

传统耐火材料课程中几乎没有实验环境，因此，学生无法理论联系实际，其实践能力培养环节缺乏。在基于OBE理念的《耐火材料》教学改革中，应重视实验环节对学生实践能力的培养，课程教学中应实践与理论并举，并进行两者的有机结合。比如将耐火材料的性能表征部分通过重组，设置为实验环境，并进行单独授课。通过实践，加强学生对耐火材料性能的检测的认识，加深对耐火材料制备的理解，提高其对该课程的兴趣。此外，也可将《耐火材料》中镁质耐火材料，作为案例，在实验室中，分小组一起完成不同镁质耐火材料的制备过程，包括：原料准备、混料、困料、预压成型、干燥、烧结和性能检测等环节，并通过专题讨论，举一反三，让学生在学习和掌握镁质耐火材料的制备基础上，自我完成碱性耐火材料、硅铝质耐火材料等多种耐火材料的相关内容学习和制备。这不仅可以提高学生对于《耐火材料》课堂的生动性和趣味性，而且可改善课外实践教学对于理论教学的衔接性，从而提高教学效果和学生能力的培养。

（3）聚焦“学生为中心”，改革《耐火材料》教学方式

耐火材料工艺原理、工艺流程与设备的展现越直观动态，学生的学习效果越显著，但传统的教学模式由于其方式过于单一，基本是教师讲授，传递的知识是客观抽象的，学生的参与感较低，容易产生睡觉或者玩手机等现象，因此亟待提升教学过程中学生的参与度，确保学生获取到足够的学习成果。

针对耐火材料课堂开放性强、专业应用范围广及学科交叉的特点，拟改变传统单一的教学模式，采用翻转课堂、慕课、小组合作学习、项目主题教学、学生互动课题教学、实践教学、线上线下混合教学模式等多手段相互有机融合，以此来激发学生的学习兴趣，改善教学效果，降低教师授课的讲解难度。

例如，其中提到的“翻转课堂”就是小组合作学习和项目教学法结合的典型案例，教学目标和教学内容由教师选定，在互联网平台上上传资料，下达任务，也就是所谓的“先学后教、以学定教”的模式，这样降低教师的讲课难度，也能激发学生的自我学习能力。学生自主或者在教师的引导下分组，以小团队的形式参与耐火材料研究进展的论文写作或者以耐火材料制备方法及性能表征的专题研讨，且以PPT形式进行展示。让学生不仅在课堂上能够用PPT展示专业课问题，表达自己的观点，同时还可以培养团队意识。此外，在论文写作或者PPT制作过程，小组同学可以分工协作，在检索和查阅文献、总结关键问题与解决方法、流程文字表达、熟练的PPT制作和最终流畅的进行课堂展示等环节。此外，还有项目教学方法、“雨课堂”、实践教学等模式值得借鉴^[7,8]。

通过以学生为中心，优化教学方法，可激发学生学习兴趣，提高其课程参与度，增强了学习的主动性和积极性，提高教学效果和培养质量。

3.3 完善课程教学评价体系

考核是《耐火材料》课程教学中的重要环节，对反映教学效果和指导教学过程，具有重要的作用。通过课程考核，对学生学习效果进行多维度的检验，根据学生在理论学习、实践环节和实训表现进行评价，建立强调过程的课程学习考核激励模式，提高学生参与度，突显学生为主体的教学模式。同时，通过多维度考核，根据考核结果并进行分析，能够让教师更好地把握学生在学习情况，找出其偏弱的共性环节，为后续的课程教学设计提供指导。

《耐火材料》课程考核中，为改变过去单一的、依据期末考试成绩评价学生效果方式，采取以学生平时参与课题讨论、发表观点、随堂考核、平时作业、实验报告、论文写作、主题PPT汇报、期末考试等评价学生综合学习效果，强调过程评价^[9,10]。根据课程目标，设置每一环节所占的比值，如表1所示。以过程性的多元化评价全面评判学习效果， 引导学生重视过程学习与能力提升，并根据考核效果和反馈，针对学生掌握的薄弱环节，及时改进教育教学方法，做到教学效果的持续改进，不断提高工程人才的培养质量。例如，随堂考核中，可以针对每节课的重点内容，设置3~5个核心问题，每堂课预留5分钟左右，邀请学生进行回答，这能够及时反映学生掌握知识情况，有助于教师进行针对性的改进教学。论文写作环节可以设置一些开放性题目，比如“世界耐火材料的发展现状”, “在双碳背景下，耐火材料行业的发展思路”等，从而培养学生发散思维能力。主题PPT汇报环节，可设置“高温隔热耐火材料应用广泛，试用所学知识从组成和结构进行设计一种耐火度高于1200度的高温隔热材料”等实践性较强的课题，学生3~5人为一组，通过分工和合作，完成文献查询、PPT制作和PPT汇报，在提高学生的参与度同时，能够反映其运用知识和解决复杂问题的能力。期末理论考试由题库抽题，主要考查学生对理论知识的掌握情况以及应用理论知识解决实际问题的能力。

表1 耐火材料课程考核方式及比例分配

4、结论

综上所述，本论文针对传统教学《耐火材料》教学过程存在的问题，开展新工科背景下基于OBE理念的《耐火材料》教学改革研究，建立以学生为中心的教学理念，研究新工科涵盖的新结构、新模式、新质量、新体系，构建专业知识结构的新架构；教学实践中，优化教学模式，发展多种教学方法和手段，以师生互动课堂教学为驱动，注重理论结合实际，提高学生参与度，引导学生在“干中学”；同时，构建操作性强的多元化过程评价方式和手段，根据评价结果对教学进行持续改进。通过这些教学改革，进一步明确课程目标，创新教学方式和建立评价体系，提高教学质量，改善教学效果，引导和调动学生学习积极性，从而全面培养和提高学生的综合能力。

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Teaching Reform and Practice of Professional Courses of Refractory Material Based on OBE Concept

Zhengqi Guo， Congcong Yang， Deqing Zhu， Jian Pan

(School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China)

Abstract:  With the deepening of higher education reform, the traditional teaching mode has been unable to satisfy the needs of cultivating diversified and innovative excellent engineering talents in the future under the new engineering. On account of many problems existing in the current practical teaching of refractory, this paper attempts to introduce OBE concept to carry out teaching reform. Based on the teaching results, ability training should be taken seriously and the teaching objectives should be clarified. Meantime, the optimization of the teaching contents and methods and the formation of the diversified evaluation system will be achieved. This paper contributes to the stimulation of students' interest and motivation in autonomous learning and the improvement of the quality of talent training for industry and society, which can also provide reference for the practical teaching reform of other engineering courses.

Key words:  refractory; OBE concept; teaching reform