反向需求探究式教學(xué)模式在電子材料課程中的應(yīng)用與實踐

馬軍現(xiàn) 雷雪峰 謝輝

摘? 要：以“產(chǎn)教融合、按需學(xué)習(xí)”的理念為指導(dǎo)，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)布局，針對電子材料課程開展以“產(chǎn)品研發(fā)技能需求”為導(dǎo)向的教學(xué)模式改革。根據(jù)“產(chǎn)品→性能特征→基礎(chǔ)理論”的反向需求模式，從實際產(chǎn)品入手，對課程的教學(xué)內(nèi)容和體系進行重構(gòu)；遵循“產(chǎn)品構(gòu)件→肢解分化→性能分析→材料結(jié)構(gòu)特性→性能體現(xiàn)的基礎(chǔ)理論”的需求邏輯，以反向探究的教學(xué)模式實施課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生有意識地構(gòu)建材料的功能化實現(xiàn)與材料本身結(jié)構(gòu)特性、調(diào)控理論之間的映射對接關(guān)系；鼓勵從需求出發(fā)，開展自主式學(xué)習(xí)，在自身知識體系的基礎(chǔ)上尋找興趣點，通過外延式探索和實踐提升創(chuàng)新思維意識和解決問題的能力。課程著重培養(yǎng)人才技能、創(chuàng)新能力及在新體系、新環(huán)境下的再學(xué)習(xí)能力，以實現(xiàn)社會對人才技能的需求與高校人才培養(yǎng)輸出之間的良好對接。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)教融合；研發(fā)與技能導(dǎo)向；學(xué)習(xí)方式；教學(xué)模式；反向需求

Abstract： Guided by the concept of "production-education integration and on-demand learning" and combined with local industrial layout， the teaching mode reform oriented by "product research and skills demand" is carried out for the course of Electronic Materials. According to the reverse demand model of "product→performance characteristics→basic theory"， the teaching content and system of the course are reconstructed from the actual products. Following the demand logic of "product component → dismemberment and differentiation → performance analysis → material structural characteristics → basic theory of performance embodiment"， classroom teaching is implemented by reverse inquiry teaching mode， and the students are guided to consciously construct the mapping and connection relationship among the functional realization of materials， the structural characteristics of materials and the regulation theory. Students are encouraged to carry out independent learning based on the needs， to find points of interest on the basis of their own knowledge system， and to improve the awareness of innovative thinking and the ability of solving problems through extended exploration and practice. The course focuses on cultivating talents' skills， innovation ability and re-learning ability under the new system and new environment， so as to achieve a good connection between the social demand for talents' skills and the output of talents training in universities.

Keywords： production-education integration; R&D oriented and skill-driven; learning style; teaching model; reverse demand

社會對人才的技能需求主要聚焦于技能人才需具備與實際產(chǎn)業(yè)發(fā)展、市場需求動向相匹配的研究開發(fā)創(chuàng)新能力，具備根據(jù)企業(yè)實際需求對新領(lǐng)域、新知識的快速學(xué)習(xí)能力。以達到“快速進入角色、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，拿來即用”的技能素養(yǎng)。因此，作為人才輸出高地的高校在人才培養(yǎng)方面亟需實現(xiàn)“授之以魚”到“授之以漁”的角色轉(zhuǎn)換，在具體施教過程中應(yīng)更加注重理論知識與技能需求掛鉤，重點培養(yǎng)人才的知識應(yīng)用能力，新體系、新環(huán)境下的再學(xué)習(xí)能力，用理論知識指導(dǎo)性經(jīng)驗武裝自己的創(chuàng)新思維能力。這也是OBE教學(xué)理念的精髓所在。但傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要集中于填鴨式課堂講授為主，且內(nèi)容與當(dāng)前產(chǎn)業(yè)需求不合拍，脫軌滯后；在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)方面顯得蒼白無力，容易引導(dǎo)學(xué)生進入“課堂知識無用論”的理解誤區(qū)。社會也會看低高校人才培養(yǎng)的價值，對學(xué)生就業(yè)能力持懷疑態(tài)度，表現(xiàn)為對人才技能及創(chuàng)新能力的不尊重，影響學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量，從而難以實現(xiàn)校企之間人才供需的真正融合[1]。

大學(xué)生從新生轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲂枨蟮膽?yīng)用型人才，需要經(jīng)歷三個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和提升，即課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)及校外實踐[2]。目前，各高校針對校內(nèi)、校外實踐提出了多種有效策略，如將地方院校已有資源與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)發(fā)展特色相結(jié)合，搭建實訓(xùn)平臺，突出專業(yè)特色[3-4]；在社會、行業(yè)企業(yè)、學(xué)校與學(xué)生之間構(gòu)成三維一體的關(guān)系下，提升管理體制的科學(xué)性和高效性[5-7]；加強教師隊伍建設(shè)，從企業(yè)外聘教師或派出教師到合作企業(yè)定崗鍛煉[5，8]；通過校企聯(lián)合，在優(yōu)化課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上開展技能訓(xùn)練，提高學(xué)生的專業(yè)技能和實踐能力[9]；通過學(xué)科競賽、行業(yè)技能大賽等為抓手開展教法改革等[10]。在基于產(chǎn)教融合的課程改革方面，李燕[11]提出從改革目標(biāo)、課程體系、教學(xué)活動、教育資源和評價體系五個方面開展深度模塊化教學(xué)改革；文進等[12]提出新工科人才的培養(yǎng)需結(jié)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，將學(xué)科特點與需求導(dǎo)向結(jié)合，重新梳理知識點，更新教學(xué)內(nèi)容和課程體系；孟慶森等[13]提出，依據(jù)科技創(chuàng)新和科學(xué)研究的要求設(shè)置課程體系，以典型項目或產(chǎn)品帶動專業(yè)課程教學(xué)，以科學(xué)研究成果回饋和補充教學(xué)內(nèi)容。以上觀點均從宏觀方面對課程體系的改革提出了積極的策略，但在課程內(nèi)容選取、課堂設(shè)計、教學(xué)模式等方面沒有給出具體的建議。本文以電子材料課程為例，開展以“產(chǎn)品研發(fā)技能需求”為導(dǎo)向的教學(xué)模式改革，遵循“產(chǎn)品構(gòu)件→肢解分化→性能分析→材料結(jié)構(gòu)特性→性能體現(xiàn)的基礎(chǔ)理論”的需求邏輯，以反向探究的方式實施課堂教學(xué)，為產(chǎn)教融合背景下的課堂教學(xué)提供新思路。

一? 教學(xué)內(nèi)容的取舍原則

課程采用李言榮等編寫的國家級精品課程教材《電子材料》，教材依照“概論→材料的分析和表征→制作工藝→材料種類”的順序依次對電子材料展開介紹。在實際教學(xué)過程中，課程結(jié)合珠三角地方電子信息材料產(chǎn)業(yè)布局，重點圍繞半導(dǎo)體器件、LED照明、磁性功能材料、人工智能器件及材料、功能性導(dǎo)電材料、電子封裝材料和功能型電介質(zhì)材料七大板塊進行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置。課程引入產(chǎn)品實例，將產(chǎn)品的實際組成進行拆解，依照各模塊的材料組成、功能范疇、性能需求及理論支撐對章節(jié)內(nèi)容進行補充和刪減，構(gòu)建產(chǎn)品的研發(fā)需求及目標(biāo)與材料的結(jié)構(gòu)特征、性能體現(xiàn)、調(diào)控理論等方面的映射對接關(guān)系。達到培養(yǎng)“產(chǎn)品性能需求與材料選擇理論”之間形成映射反應(yīng)的研發(fā)技能素養(yǎng)目的。本文以課程中LED照明概述一章為例進行介紹。

中山市古鎮(zhèn)鎮(zhèn)以燈飾聞名全國，教材中關(guān)于LED燈的相關(guān)知識分散在第8章半導(dǎo)體材料和第11章光電材料和熱電材料。課程以LED燈為核心對內(nèi)容重新梳理和補充，授課內(nèi)容及框架如圖1所示。

二? 反向需求探究式教學(xué)模式的實施

課程以應(yīng)用型人才技能需求及研發(fā)素養(yǎng)為核心，改變傳統(tǒng)的“理論先行，性能隨后，材料列舉斷后”的課堂教學(xué)模式，采用反向需求探究式教學(xué)模式實施課堂教學(xué)。課堂教學(xué)的組織及實施遵循的邏輯如圖2所示。

課程倡導(dǎo)以產(chǎn)品為研究對象，從認識產(chǎn)品入手，遵循“產(chǎn)品構(gòu)件→肢解分化→性能分析→材料結(jié)構(gòu)特性→性能體現(xiàn)的基礎(chǔ)理論”的需求邏輯，將產(chǎn)品分解為不同的功能化模塊，介紹各模塊必須滿足的性能需求及由此而選擇的功能化材料，并結(jié)合科技及行業(yè)發(fā)展前沿介紹產(chǎn)品新功能、新材料與新需求，進而從材料結(jié)構(gòu)與性能間的映射關(guān)系入手講解基礎(chǔ)理論知識，通過基礎(chǔ)理論搭建材料結(jié)構(gòu)、性能與產(chǎn)品功能之間的橋梁。同時，鼓勵學(xué)生通過產(chǎn)品理解材料結(jié)構(gòu)、性能及相關(guān)理論知識的同時，進行知識體系的梳理與總結(jié)，在拓展實踐中挖掘興趣點，深耕細作，不斷積累研發(fā)技能與素養(yǎng)。

課程通過課前、課中和課后三環(huán)節(jié)分解教學(xué)任務(wù)。

課前，提出與產(chǎn)品相關(guān)的問題，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)其探究心態(tài)，通過翻閱教材、查閱資料、觀摩實物等方式搜集相關(guān)素材，了解產(chǎn)品的特點、功用及基本構(gòu)成，找出自身需求的興趣點、重點與難點，并作出“需求筆記”，以便課中與老師實現(xiàn)“對接”。以需求為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計，從生活中常見、常用的產(chǎn)品出發(fā)，提出實際問題，能夠使學(xué)生產(chǎn)生對相關(guān)知識的“需求感”，對知識的獲取目標(biāo)明確而清晰，更利于學(xué)生展開自主學(xué)習(xí)，高效鎖定需要掌握的核心內(nèi)容，有益于下一步課堂教學(xué)的順利開展。

課中，老師將教學(xué)任務(wù)與學(xué)習(xí)者的“需求筆記”相結(jié)合，靈活開展相關(guān)知識點的講授、并通過交互式教學(xué)活動解決學(xué)習(xí)者在預(yù)習(xí)及學(xué)習(xí)活動中產(chǎn)生的疑問，該課堂教學(xué)策略的實施可促進學(xué)習(xí)者結(jié)合老師的講授，對產(chǎn)品功能化實現(xiàn)原理、功能化實現(xiàn)所需材料的性能、材料功能化的實現(xiàn)依據(jù)和材料的結(jié)構(gòu)特性等進行強化吸收；同時，又利于教師將學(xué)生“拉入”教學(xué)活動，以參與者的身份融入課堂教學(xué)，有效提高學(xué)生的參與度，提升學(xué)習(xí)成效。

課后，除以作業(yè)的形式督促學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解之外，鼓勵學(xué)生通過查閱資料、撰寫綜述、實驗實踐等方式拓展知識體系的外延探索，鼓勵尋找課題研發(fā)的需求點，并借助于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、畢業(yè)設(shè)計、技能大賽等平臺，創(chuàng)造實驗實踐條件，尋找切實可行的解決方案，在外延式教學(xué)環(huán)境下，持續(xù)培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識及解決問題的能力。

仍以LED照明概述中的一節(jié)課為例，展示課程的具體實施方式（圖3）。

課前，教師以問題的形式拋出預(yù)習(xí)任務(wù)，三個問題由淺入深，呈現(xiàn)出遞進關(guān)系：第一問，通過實踐引發(fā)學(xué)生探究的興趣，主動明確什么是LED燈；第二問，引導(dǎo)學(xué)生對LED燈的結(jié)構(gòu)進行拆解，了解其構(gòu)成及核心部件（芯片）；第三問，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱專業(yè)資料，對芯片的材料、結(jié)構(gòu)、性能有所了解，并嘗試提出有效問題。課中，教師通過線上平臺收集學(xué)生的有效問題，并針對LED芯片的垂直結(jié)構(gòu)等重點問題進行講解與拓展，通過交互式活動，如提問、搶答、判斷和討論等多種形式帶動學(xué)生主動思考，提升課堂參與度，進而通過大數(shù)據(jù)分析評價學(xué)生對重難點的理解與掌握情況。課后，根據(jù)本次課程的重難點布置強化作業(yè)及下次課的預(yù)習(xí)任務(wù)，同時提出拓展問題，鼓勵學(xué)生通過問題拓展尋找自身的興趣點，為學(xué)生提供自由查閱資料、設(shè)計方案的空間，訓(xùn)練其創(chuàng)新思維及動手能力。

三? 課程的教學(xué)效果

相較于傳統(tǒng)教學(xué)，采取反向探究的方式，依據(jù)“產(chǎn)品構(gòu)件→肢解分化→性能分析→材料結(jié)構(gòu)特性→性能體現(xiàn)的基礎(chǔ)理論”的需求邏輯實施課堂教學(xué)，具有以下幾點優(yōu)勢。

1）從產(chǎn)品實例入手，突出課程的實用性，讓學(xué)習(xí)者體會到理論聯(lián)系實際的樂趣和學(xué)習(xí)的價值感，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，可有效提升學(xué)習(xí)主體自主學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)成效。

2）將產(chǎn)品構(gòu)件進行拆解分化，先指引學(xué)生了解各部分的結(jié)構(gòu)和材料，進而建立材料與性能的對接關(guān)系，最終聯(lián)系專業(yè)理論知識，理解產(chǎn)品的性能體現(xiàn)，由表及里，由淺入深，層層遞進，更利于學(xué)生從實踐的角度加深對理論知識的理解，也更易建立材料的結(jié)構(gòu)特征、性能體現(xiàn)、調(diào)控理論等方面的映射對接關(guān)系。對于培養(yǎng)和提升學(xué)習(xí)者的科學(xué)邏輯思維和產(chǎn)品研發(fā)能力是極其重要的手段。

3）通過課后拓展實現(xiàn)課程的開放式探索，為學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題創(chuàng)造訓(xùn)練條件，深化其對課程理論知識的理解與實際應(yīng)用。

實踐表明，采取“產(chǎn)教融合、按需學(xué)習(xí)”的反向探究式教學(xué)模式開展教學(xué)，因與日常生活及生產(chǎn)實踐聯(lián)系緊密，極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。通過引導(dǎo)與反復(fù)訓(xùn)練，學(xué)生能夠更加順暢地將所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用于對實際產(chǎn)品的分析。部分同學(xué)能夠從實踐應(yīng)用的角度出發(fā)，提出有意義的問題，并嘗試通過實驗、實踐給出分析解決的方案，有效地提升了創(chuàng)新思維能力和解決實際問題的能力。圖4展示了部分學(xué)生以視頻形式制作的拓展作業(yè)。

（d）? 手機拆解與內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹

四? 結(jié)束語

以應(yīng)用型人才技能需求及研發(fā)素養(yǎng)為核心培養(yǎng)目標(biāo)，對電子材料課程的內(nèi)容體系及教學(xué)方式進行了改革。課程結(jié)合珠三角地方電子信息材料產(chǎn)業(yè)布局，以具有代表性的產(chǎn)品為授課對象，將課程內(nèi)容劃分為七大模塊；以“產(chǎn)品構(gòu)件→肢解分化→性能分析→材料結(jié)構(gòu)特性→性能體現(xiàn)的基礎(chǔ)理論”為主導(dǎo)的反向需求探究式教學(xué)模式實施課堂教學(xué)，從產(chǎn)品的功能組成入手，采用反向肢解剖析的教學(xué)方法建立產(chǎn)品性能實現(xiàn)與材料結(jié)構(gòu)特性之間的理論映射對接。用有效專業(yè)理論知識支撐人才的創(chuàng)新性思維和研發(fā)技能，著重人才技能、創(chuàng)新能力及在新體系、新環(huán)境下的再學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。實踐證明，在“產(chǎn)教融合、按需學(xué)習(xí)”的教學(xué)理念指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)者更易產(chǎn)生“所學(xué)能用，學(xué)以盡用”的學(xué)習(xí)價值歸屬感，進而激發(fā)自主學(xué)習(xí)的積極性，在學(xué)習(xí)中深化、豐富自己的專業(yè)理論知識，更有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力，分析問題及解決問題的能力，可有效彌補地方、社會對人才技能的需求與高校人才培養(yǎng)輸出之間的對接缺陷。

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