《化學電源》課堂教學與實踐教學相結合教學模式的探索

唐安平 周智華 徐國榮 劉立華

摘要：本文闡述了高校開設《化學電源》課程的必要性，探討了將課堂教學與日常生活相結合、與“三個實踐”教學環(huán)節(jié)相結合、與大學生創(chuàng)新實驗相結合、與課程設計相結合以及抓住時機創(chuàng)設“話題探討”等教學方法在《化學電源》課堂教學過程中的應用。

關鍵詞：化學電源；課堂教學；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）36-0141-02

隨著石油、煤炭等化石能源的日漸枯竭，環(huán)境保護受到越來越多國家的關注，化學電源作為高效的能量轉換裝置日益受到人們的青睞，以動力電池技術為核心的新能源汽車將成為解決能源和環(huán)境問題的理想選擇。鑒于化學電源在能源和環(huán)保中的重要作用，發(fā)達國家紛紛投入大量人力和財力研發(fā)新型化學電源。此外，微電子技術的飛速發(fā)展和便攜式電子產品的普及也對化學電源的發(fā)展不斷提出更高的要求，對相關專業(yè)人才的需求也在增加。因此，越來越多的高校將《化學電源》作為獨立的課程進行教學。

基于市場形勢，著眼于培養(yǎng)應用型大學生的目標，我校將《化學電源》課程設置為應用化學專業(yè)的一門主干專業(yè)課程。該課程主要介紹各種化學電源的工作原理、電池材料、性能、工藝制作技術和應用，在此基礎上進行初步的化學電源課程設計和畢業(yè)設計，為大學生更好地了解化學電源的生產工藝流程、技術進展及本行業(yè)的發(fā)展趨勢創(chuàng)造條件，力求使學生的理論水平、創(chuàng)新能力與實踐能力均符合現代化社會生產的要求?；谝陨夏康模痘瘜W電源》課程教學要求做到強化實踐環(huán)節(jié)、注重能力培養(yǎng)、提高綜合素質[1]。其教學內容需注重與化學電源生產、應用、研究的結合。課程的講授不但要傳授學生基本的理論知識，還要讓學生了解行業(yè)的發(fā)展現狀和前景，為將來的職業(yè)規(guī)劃提前做好準備。因此，筆者在《化學電源》課程的教學實踐中從以下幾個方面進行了探討。

一、《化學電源》課堂教學與日常生活相結合

隨著科技的進步，鉛酸電池、鋰離子電池、鋅錳電池等化學電源與人類的日常生活有著日益密切的聯系。因此，根據“教育即生活”這一教學理念，我們可以找到《化學電源》課堂教學與日常生活的結合點，也就是說，在《化學電源》課堂教學中要有意識地加強化學電源與日常生活的聯系，引導學生從生活走進化學電源的殿堂。例如，在學習鉛酸電池的自放電時，首先給學生介紹汽車長時間不用時經常出現的一個現象——一些長期停放的汽車重新使用時經常出現無法啟動的現象。然后向學生提問：哪些因素會導致作為汽車啟動電源的鉛酸電池容量損失？如果汽車長期不用應該怎么保養(yǎng)它的啟動電源？讓學生深入思考，然后引導學生發(fā)散思維，分組討論獲取有關自放電的反應、自放電的危害和啟動電源保養(yǎng)注意事項等。在講授電池的額定能量時，首先指導學生查看手機電板或充電寶上標注的有關參數，然后提問：XX Wh表示什么意義？在介紹了額定能量的含義后繼續(xù)提問：充電寶額定能量的大小對我們的日常出行有影響嗎？接著播放《關于民航旅客攜帶“充電寶”乘機規(guī)定的公告》的視頻，通過視頻讓學生了解民用航空局對充電寶額定能量的執(zhí)行標準。

二、《化學電源》課堂教學與“三個實踐”教學環(huán)節(jié)相結合

《化學電源》是一門實踐性和應用性很強的專業(yè)課程，這一特性決定了教學過程中必須注重理論聯系實際，將理論教學和化學電源的實際應用、生產過程結合起來，強化學生實踐能力的培養(yǎng)。為此，我們將課堂教學與實習、專業(yè)實驗、畢業(yè)設計（論文）等三個實踐環(huán)節(jié)相結合，以培養(yǎng)學生的實踐能力。

1.實習環(huán)節(jié)。針對性地組織學生前往“湖南桑頓新能源有限公司”、“湘潭電化科技股份有限公司”等電池或電池材料生產企業(yè)進行生產實習或畢業(yè)實習，使學生熟悉鋰離子電池的設計、制造、檢測或電解二氧化錳電池材料的制備等書本上學不到的知識，增強對電池和電池材料的了解和認知。

2.專業(yè)實驗環(huán)節(jié)。在應用化學專業(yè)實驗課程中，開設了方形鎳氫電池制作與性能測試、R20S鋅錳干電池放電曲線的測量、扣式鋰離子電池的制備及性能測試、氫氧燃料電池的輸出特性測量、電解MnO2的制備、MnO2電容器的組裝及性能測試等與化學電源相關的實驗。

3.畢業(yè)設計（論文）環(huán)節(jié)。在近幾年的畢業(yè)設計（論文）選題環(huán)節(jié)，我們結合化學電源的生產與教師的科研，為學生布置了如下題目：鉛酸電池工藝初步設計、金屬氫化物-鎳電池工藝初步設計、方形鋰離子電池工藝初步設計、鋰-二氧化錳電池工藝初步設計、鋰離子電池LiVOPO4正極材料的制備與電化學性能研究、碳載鉑電極的制備與表征及其電催化性能、金屬摻雜碳材料炭化產物的制備及氧還原活性研究、a-Ni-Mn3O4納米復合物的“一鍋法”合成及超級電容特性研究等。

三、《化學電源》課堂教學與大學生創(chuàng)新實驗相結合

我校近幾年積極實施了大學生創(chuàng)新實驗計劃。以此為契機，我們鼓勵應用化學專業(yè)的學生在從事化學電源科研的教師指導下積極參與，在專業(yè)層面上進一步拓展了學生的科研活動，讓學生有更多的機會進入實驗室親身體驗學術研究，從而為畢業(yè)后從事科研工作、產品開發(fā)奠定了一定的基礎。具體措施如下：有意向指導本科生創(chuàng)新實驗的教師公布與化學電源相關的課題后，學生再根據自己的興趣完成相應的選題與課題申報，然后按照一個課題—三至五個學生組成一個團隊—一位指導教師的模式運行。目前，學生已圓滿完成了無離子交換膜的“自呼吸式”肼/空氣燃料電池、核殼結構氧化錳的制備及其電化學電容研究、回收鋅錳干電池并從中制備LiMn2O4技術的研究、鋰離子電池正極材料LiMnBO3的制備和電化學性能研究等課題。通過這些課題的研究促進了學生對化學電源知識前沿的把握和學科知識的理解。

四、《化學電源》課堂教學與課程設計相結合

化學電源課程設計是《化學電源》課程教學中理論聯系實踐的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用化學電源的基本知識來解決生產實際問題的一次工程訓練。其目的是要求學生能夠運用化學電源的基本知識進行單體電池設計、培養(yǎng)學生化學電源設計與撰寫設計報告的能力以及增強學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。本課程設計的基本過程如下：指導教師提前將課程設計指導書和任務書發(fā)給每位學生，然后按照課程設計進度安排和設計步驟，由指導教師進行講解和設計指導，最后由學生獨立進行設計與撰寫設計報告。

五、抓住時機創(chuàng)設話題探討

各行各業(yè)經常會出現在社會上引起強烈反響的事件，如果以這些事件為契機，適當地設計一些與教學密切相關的話題進行探討，就能引起學生對社會問題的關注，培養(yǎng)學生對新的焦點問題進行多元思考和獨立判斷的能力[2]。例如，在講述鉛酸電池鉛的缺點時，首先播放一段有關鉛污染的視頻，然后針對我國鉛污染事件頻發(fā)的現狀，在課堂上組織了以“鉛酸電池企業(yè)社會責任”為話題的探討。在話題探討過程中，一般圍繞以下幾個方面進行討論：造成鉛污染事件的原因有哪些？如何避免此類事件的再發(fā)生？有什么建議和對策？在講述鎳鎘電池的缺點與市場前景時，插入王傳福以鎳鎘電池的生產為契機而創(chuàng)辦比亞迪公司的成功案例，接著組織以“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”為主題的探討，然后建議準備在高科技領域創(chuàng)業(yè)的大學生，一定要注意結合自己的專業(yè)知識，開發(fā)具有自主知識產權的產品。

參考文獻：

[1]匡衛(wèi)，付麗紅.高校工科教學改革研究與探討——基于課堂教學和實踐教學的視角[J].科教文匯，2015，（306）：65-66.

[2]曹鳳月.課堂實踐教學：高校實踐教學的基礎環(huán)節(jié)——高校課堂實踐教學模式新探索[J].中國勞動關系學院學報[J].2009，23（4）：106-109.