Outcome-Oriented Curriculum Design to Help to Cultivate Comprehensive Abilities of Graduate Students——With the Physics of Materials Course as an Example

如前所述，课程是研究生知识结构形成和能力培养的重要载体. 这就意味着在课程设置与实施中要充分体现研究生培养目标中所规定的知识结构和能力培养的要求，这也是近期国内研究生课程教学改革所体现的重要共识^[4-6]. 课程的设计包括宏观的课程体系设计和微观的课程教学设计^[7]. 课程体系是指支撑所有培养要求达成的课程集合，传统的课程体系设计主要遵循以教师为中心和以学科为导向，课程体系的构成充分体现学科属性，即知识结构强调学科知识体系的系统性和完备性. 而微观的课程教学设计则主要以教材为导向，教师根据课程确定教材，再由教材内容安排教学内容，课程目标也主要围绕着教学内容来制定，核心要求是掌握和积累学科知识. 在这样的课程设计模式下，学习者仅仅成为教学实施环节的被动执行者. 整个设计逻辑强调的是“教”的支配性，而忽略了“学”的能动性，导致教学环节的知识传授与能力培养明显脱节，使课程作为传递知识、养成能力的载体无法充分发挥作用. 为此，需要重新探寻课程教学设计的逻辑.

工程教育专业认证倡导“以学生为中心，产出导向，持续改进”的理念为教学资源配置和人才培养质量提升提供了一条行之有效的途径. “产出”所指为学生取得的学习成果，即达成某种预期职业和专业成就应当具备的知识、能力和素养的培养要求，培养要求可理解为培养目标的具体化表现，包括课程学习在内的所有培养环节的设置要能完备、合理地对应实现所有培养要求^[8]. 笔者认为，“产出导向”的理念对培养学术型硕士研究生具有很大的引领价值. 由于国内不同培养单位自身定位和办学水平的差异，对研究生培养要求不尽相同，但基本的模式可概括为以知识作支撑，以能力为核心，以素养促发展，图 1所示为对应研究生培养目标的一般性知识、能力和素养要求的分解图. 研究生教育主张通过“研究”培养人才，在知识、能力和素养的达成上更加注重发挥学习者的自主性. 课程是支撑培养要求达成的必不可少的载体，对此，笔者基于“产出导向”的理念提出研究生课程设置的基本原则：

培养目标分解成涵盖不同知识、能力和素养的更为具体的培养要求. 课程体系的设置是为了支撑培养要求的达成，是保证培养质量的基本要素. 不同课程之间对培养要求的贡献须明确是互补或深化，避免简单重复. 专业学位课程要对学习者专业知识和能力的培养发挥主要的支撑作用.

课程目标要清晰且合理地对接培养要求，以产出为导向设置课程目标，就要求课程目标必须明确指向学习者的学习成果与效果，课程目标的权重应根据课程对培养要求达成的贡献程度来确定，对于课程强支撑的培养要求，分解产生的课程目标所占权重值也相应更高.

教学内容要能支撑课程目标，教学方法和教学组织形式的选择应当服务于课程目标的实现，支撑各课程目标对应的教学内容和教学环节的投入量与课程目标权重应基本一致，在满足这一原则的前提下，研究生课程教学内容还需具有学科的深度，能够体现学科前沿和交叉状况，以利于培养学习者的研究和创新能力.

评价的目的是检验课程目标的达成情况，因此需对每项课程目标进行逐一评价，针对课程目标采用最合适的评价方式，重视过程考核的应用. 评价标准的制定同样要针对课程目标，过程评价要有合理可行的量规表，通过评价既要反映课程目标的达成情况，又要能揭示教学各环节的不足，为教学的持续改进提供依据.

材料物理学是我院针对材料学科学术型硕士研究生开设的专业学位课程，设置3学分，本课程的内涵是从固体物理基本概念、原理和定律出发，重点阐述固体材料特别是晶体材料热、电、磁、光性能的物理机制，揭示并深刻理解材料结构决定性能的基本原理，引导学习者运用相关知识及原理对材料科学与工程领域涉及物理层面的科学问题进行剖析，为其从事功能材料的研究、设计与开发奠定坚实的基础.

明确课程目标对培养要求的对接关系是课程设计的首要任务，并将引导课程内容、教学方式和考核方式的选用. 对应多个课程目标的课程，各目标所占权重由规划课程体系时所赋予的课程对培养要求达成的贡献程度来衡量. 作为专业学位课程中的核心课程，材料物理学课程要对学习者专业知识和能力的培养发挥主要的支撑作用. 依据本学科研究生培养目标分解方案，材料物理学的具体课程目标与培养要求的对应关系如表 1所示，可见其对学科基础知识和知识建构能力起相对较强的支撑，对应于课程目标1和目标6的权重也相对较高.

根据“课程内容的组织以实现课程目标为导向”的基本原则，材料物理学课程内容的编排一方面要体现知识性，另一方面也要融入知识性目标之外的教学任务，以任务驱动的方式促进本课程所设能力和素养类目标的达成. 对此，针对知识性目标，课程组以C.Kittel所著的Introduction to Solid State Physics为参考编排学科基础知识教学内容，而学科前沿和交叉知识板块以经典文献和近期发表的精选文献为主要题材，并根据学科发展动态和教学需要进行实时调整.

课程采取灵活多样的教学方式，成立了教学课程组. 基础知识板块以课堂教授为主，在知识传递的方法上强调建构性思维，探寻知识建构的内在逻辑，引导学习者思考前人在建立相关理论时的思路与逻辑，并针对具体的基础知识专题引导构建思维导图. 课程对于知识点的细节并不作为课堂教学的重点，而是辅以线上教学，利用“学习通”和“雨课堂”等线上教学工具将提前制作的模块化学习资料发布给学习者，学习者结合学习任务灵活制定学习计划，网络系统自动记录学习过程，并作为考核的参考依据. 针对前沿知识和交叉知识板块，课程组借鉴在材料物理本科专业课程教学中采取的“专题化”课程教学模式^[9]，设计了任务驱动与自主学习相结合的教学方式，任课老师提供与课程内涵相关且体现前沿性和交叉性的一定数量经典文献和近期发表的精选文献，学习者通过自主学习，凝练出文献中的相关科学问题和研究思路，制作以解决科学问题为目的的思维导图，以点带面，引导扩展学科知识的深度和广度.

能力和素养类目标的达成以融入式教学为主. 将涉及的文献调研、学术交流和知识建构的能力培养与学科前沿和学科交叉知识的学习环节相融合，制定相应的任务和必须达成的目标，学习者可结合自身兴趣和个人特点开展自主学习和团队合作学习，通过线上教学工具记录学习过程，接受任课老师监督. 学术规范和团队合作的课程目标通过学习过程的任务设置得以实现，在整个教学环节中任课老师灵活运用教学方法，多措并举，充分调动和发挥学习者的自主学习能动性，以此提升学习者在课程学习中的获得感.

材料物理学课程的考核以评价学习者通过完整的课程学习后达成各个课程目标的情况为目的. 表 2所示为各课程目标对应采取的考核方式及占比，由于本课程教学涉及过程环节较多，每个课程目标的达成都需要制定与之匹配的考核方式，需要说明的是，课程组在制定考核机制时应尽量使某一种考核方式对应于尽可能少的课程目标，如期末考试，课程组根据考核方式的特点仅将其用于对目标1(学科基础知识)和目标6(知识建构能力)的考核，其中对目标1进行主要考核，而对目标6为次要考核，目标6对应的知识建构能力达成情况还需结合课程报告共同评价. 严格执行考核机制有助于使考核结果有针对性地反映出某一课程目标的达成情况，学习者在各考核方式所得成绩占总成绩取决于课程目标的权重，具体计算可依据公式(1)：

其中，η_m为第m种考核方式占总成绩权重; w_n为第n个课程目标的权重; k_nm为第n个课程目标在第m种考核方式中的占比; z_n为第n个课程目标下对应所有考核方式占比的总和，即$z_{n}=\sum\limits_{m} k_{n m} $. 对考核方式占总成绩权重设置±2%的偏差，用于应对教学计划实际执行过程中可能的调整. 以课程报告为例，在设定其占总成绩权重时，具体计算方式为：

1) 课程报告涉及对课程目标2，3，6，7等4个课程目标的考核，各课程目标权重按表 1分别设置为w₂=10%，w₃=10%，w₆=20%，w₇=5%，其余课程目标对应课程报告的权重为零;

2) 课程目标2对课程报告考核方式占总成绩权重的贡献值为

3) 同理可依次算出：

4) 将课程报告对应所有课程目标的权重贡献值求和，得到η₂=24.58%±2%，对应于表 2课程报告占总成绩权重设为25%.

此外，针对主观性较强的教学环节，课程组设计了考核评价量规表，根据量规表既可以直观地评价课程目标的达成情况，也可以更好地引导学习者开展自主学习. 量规表清晰地对应于各评价要点，执行过程中具有公开性和透明性，根据评价结果，量规表能够直观地反映出教学环节的问题，有利于持续有效地提升课程教学质量. 表 3以课程报告为例，给出成绩评定的量规表，在制定量规表评价标准时，关键在于设置好合格档次的评价标准，学习者考核结果为合格即意味着达到课程目标的最低要求，学习者最终所取得的课程总成绩为各考核方式成绩按各自权重加权平均计算所得，这种以课程目标为导向的学习成绩可以直观地反映出学习的成效与不足，有利于增强学习者学习的主动性，提高综合能力，从而促进研究生培养目标的达成.

课程评价的目的是检验学习者在完成课程学习后达成课程目标的情况，为课程教学的持续改进提供依据. 材料物理学课程以完成修课并提交学习成果的所有研究生为评价对象，并以最近一次完成学习的23名学生为例，考核方式和占比严格按表 2设定，各考核方式下学生成绩分布如图 2所示.

根据对研究生学位课程总评成绩达标的最低要求(≥75分)，所有参加本课程学习的学生均达标. 再根据学生不同考核方式下的成绩，进一步可计算出课程目标的总体达成度，计算方式为

图 3所示为所有课程目标总体达成度，结果表明，学生对课程目标7(学术规范意识)和课程目标8(团队合作意识)的达成度为0.94，优于其他课程目标. 课程目标3(学科交叉意识)相对薄弱，需要通过后续课程的学习进一步加强. 同时，在本课程的下一轮教学中也需在涉及学科交叉意识培养的相关环节，如文献研读和课程报告中给予更多的引导，促进学生的能力和素养得到更加全面的发展.

课程教学是研究生教育的基本环节，是研究生知识结构形成和能力养成的重要载体. 通过课程教学夯实研究生学科知识，打牢创新基础，是提升研究生综合能力和科学素养的必不可少的教学环节，传统的研究生课程设计以学科为导向，对研究生的能力和素养的培养存在显著的不足. 对此，笔者借助工程教育专业认证的核心理念，探索了基于产出导向的研究生课程设计逻辑与基本原则，将研究生的培养目标明确为不同维度的知识、能力和素养类培养要求，基于课程对培养要求的贡献进一步分解产生可直接反映学习者学习成果的课程目标，围绕课程目标开展教学各环节的设计并将其应用于教学实践，取得了良好的教学实效，这将为研究生课程教学的合理设计、课程目标达成评价以及培养目标的实现起到促进作用.