《能源材料》課程的教學實踐與改革探索

毛景 胡俊華 姚志強 張曉俐

【摘要】《能源材料》是材料科學與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。針對該課程教學中的內(nèi)容涉及面廣、與科研生產(chǎn)實際聯(lián)系密切以及前沿領(lǐng)域內(nèi)容更新快等特點，我們從教學內(nèi)容、教學方法與手段、考核與反饋等方面進行了改革。探討了本門課程教學過程中如何調(diào)動學生學習和參與的積極性、激發(fā)學生對課程的興趣、優(yōu)化教學內(nèi)容和教學方法以及改進考核與反饋環(huán)節(jié)，將教學與科研和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，提高整體教學效率的可行措施。

【關(guān)鍵詞】能源材料 教學方法 改革 考核 反饋

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）09-0228-02

《能源材料》是材料科學與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，是將材料科學的理論基礎(chǔ)應(yīng)用于能源材料領(lǐng)域的一門課程，在介紹各種能源材料的理論、構(gòu)成、制備、性能與應(yīng)用和發(fā)展趨勢的同時，要求學生初步具備將材料科學基礎(chǔ)理論與能源材料科研與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的能力，與《材料化學》《材料物理》《固體物理》《金屬材料》《材料科學基礎(chǔ)》《電化學》等課程內(nèi)容交叉較多。《能源材料》課程的主要內(nèi)容包括：1.傳統(tǒng)能源材料，如火電材料、核電材料等；2.新型可再生能源材料，如二次電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、半導體照明發(fā)光材料、風電材料、熱電材料等。

1.《能源材料》課程特點

1.1知識點多，內(nèi)容涉及面廣

本課程不僅涉及傳統(tǒng)能源材料，還涉及新能源材料，不僅涉及的能源種類繁多，而且涉及的基本原理也很多，如物理化學、金屬材料、固體物理、結(jié)構(gòu)化學、電化學中關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)、組成、制備、性能，能量存儲與轉(zhuǎn)換，物質(zhì)之間相互作用與反應(yīng)，電子傳輸與界面等基本原理。如此知識點龐雜、涉及面廣泛的課程，要求主講人能夠把握主線、恰當設(shè)計、突出重點、循序漸進。

1.2與科研生產(chǎn)實際聯(lián)系密切

《能源材料》作為一門溝通基礎(chǔ)與應(yīng)用的課程，和科研生產(chǎn)實際聯(lián)系非常密切。課程的每一部分內(nèi)容都廣泛地應(yīng)用與生產(chǎn)和生活，和人們的生活息息相關(guān)。其有利因素在于容易激發(fā)學生學習的興趣，其挑戰(zhàn)在于需要主講人有豐富的科研經(jīng)歷和生產(chǎn)實踐的知識，需要緊密地將講授內(nèi)容與實際相結(jié)合，并引導學生利用課程所學知識分析解決科研生產(chǎn)實際遇到的問題。

1.3前沿領(lǐng)域內(nèi)容更新快

《能源材料》是一門前沿熱門科學，特別是新能源材料，是當前前沿熱點，因此內(nèi)容和知識更新?lián)Q代非?？欤@需要主講人能夠把握當前前沿科研進展，及時更新教學內(nèi)容，確保教學與科研不脫節(jié)。

2.《能源材料》教學內(nèi)容設(shè)計與改革

2.1針對本課程知識點多，內(nèi)容涉及面廣的特點，對課程內(nèi)容進行了重新編排與梳理。將課程分成兩個大的板塊：傳統(tǒng)能源材料和新能源材料。針對傳統(tǒng)能源材料，重點講述其基本原理和生產(chǎn)應(yīng)用，針對新能源材料，則在此基礎(chǔ)上，增加前沿知識，使學生了解其發(fā)展階段、存在的問題、解決問題的思路、發(fā)展趨勢等。將原理—特點—方法—應(yīng)用—發(fā)展作為一條主線貫穿整個教學內(nèi)容，使教學內(nèi)容有內(nèi)在邏輯，又將知識點適當重復，相互交聯(lián)，形成具有主線、邏輯，相互交聯(lián)成網(wǎng)的課程架構(gòu)。內(nèi)容設(shè)計還注意突出重點，將重點放在應(yīng)用廣泛、和生產(chǎn)生活結(jié)合緊密的一些能源材料上。此外，由于本課程面向金屬材料、材料化學和無機非金屬材料三個二級學科的學生，因此針對三個專業(yè)學生的課程基礎(chǔ)，在相應(yīng)的基礎(chǔ)部分，增加了基礎(chǔ)知識的回顧，從而為不同專業(yè)學生補齊了短板。

2.2針對與科研生產(chǎn)實際聯(lián)系密切的特點，增加了與實際相結(jié)合的內(nèi)容的比重。采取案例式編排，每一部分選取一個生產(chǎn)或科研案例，針對案例進行剖析，講解如何從基本原理出發(fā)，將原理應(yīng)用于實際生產(chǎn)科研，如何結(jié)合實際恰當設(shè)計工藝流程、工藝參數(shù)，如何恰當選取設(shè)備，如何對生產(chǎn)過程進行檢測與評價，如何選取研究路線、設(shè)計研究方案、科學分析數(shù)據(jù)、得出研究結(jié)論。采取文字、圖片、視頻相結(jié)合的方式，營造更加生動和貼近實際的教學環(huán)境。針對重點講述的鋰離子電池材料，組織學生參觀相關(guān)企業(yè)或邀請企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)人員講課，取得了良好效果。組織學生參觀校內(nèi)相關(guān)的實驗室，使學生現(xiàn)場了解相關(guān)科研流程。

2.3針對前沿領(lǐng)域內(nèi)容更新快的特點，隨時根據(jù)最前沿的研究進展補充更新課程內(nèi)容。通過查閱最新國內(nèi)外文獻、參加學術(shù)會議、與業(yè)內(nèi)企業(yè)交流等方式獲取最新研究進展，并提煉出適合學生水平的內(nèi)容，與原有的課程內(nèi)容有機結(jié)合，使課程內(nèi)容不斷循環(huán)更新，不與時代脫節(jié)。

3.《能源材料》教學方法改革與創(chuàng)新

3.1引入“翻轉(zhuǎn)課堂”理念，將課堂講授與學生參與結(jié)合起來

我們認為，單純的翻轉(zhuǎn)課堂或者課堂講授，都不足以達到最大化的教學效果。課堂講授的優(yōu)點在于系統(tǒng)完備、全面深入，能夠盡可能地將必需的知識傳遞給學生，缺點在于不能夠發(fā)揮學生的積極性，學生的參與感不強，難以獲得獨立分析解決問題的能力。以學生參與為主的“翻轉(zhuǎn)課堂”，優(yōu)點在于可以發(fā)揮學生的主動學習能力，有利于調(diào)動學生積極性，鍛煉學生的分析解決問題能力，但缺點在于不能保證課程體系的完備性，不利于系統(tǒng)掌握本門課程的內(nèi)容?；谏鲜龇治觯菊n程采取了課堂講授為主、學生參與為輔的教學策略，重點對學生參與的方法進行了改革與創(chuàng)新。

學生參與環(huán)節(jié)，主要形式是安排每一個學生進行課堂學術(shù)報告。教師從課程中精選出若干適合學生的報告主題，要求學生從中選擇一個進行符合學術(shù)規(guī)范的課堂報告。教師對PPT制作，報告內(nèi)容編排，口頭報告注意事項進行講授和演示，要求學生按照規(guī)范進行準備。學生根據(jù)主題查閱資料，提煉內(nèi)容，制作PPT課件并上臺演講，在準備過程中，教師隨時接受答疑。每一個演講結(jié)束后，都安排其他學生提問交流，最后由教師作出點評，指出優(yōu)點與不足。通過這樣的教學環(huán)節(jié)，學生普遍反映受到了生動的理論聯(lián)系實際、結(jié)合課程解決問題以及如何恰當表達自己的思想等方面的訓練，收到了良好的效果。

3.2改進多媒體教學手段

課程采取板書與多媒體課件結(jié)合的方式進行教學。針對一些公式推導環(huán)節(jié)，采取板書教學，有利于學生跟上推導思路、掌握推導過程、學會分析問題。針對一些較為抽象以及涉及生產(chǎn)過程的環(huán)節(jié)，除了文字和圖片課件外，還增加了大量的視頻和動畫課件。如火電機組、核電機組、風電發(fā)電機、鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池等的工作原理，在課堂放映了反映這些原理的動畫，并進行講解，克服了過去枯燥抽象的弊端。還收集放映了反應(yīng)火電、核電、鋰離子電池制備、太陽能電池組裝等的現(xiàn)場視頻資料，使學生如身臨其境般感受生產(chǎn)現(xiàn)場的實際場景，收到了良好的教學效果。

4.《能源材料》考核與反饋環(huán)節(jié)的改革探索

本課程大膽采用了考核與訓練相結(jié)合的考核方法，打破了過去教學與考核相互分離的弊端?？己朔譃槠綍r成績和期末成績兩部分，平時成績包括課堂出勤和課堂報告打分，期末考核主要是課程論文。課堂報告和課程論文不僅是考核環(huán)節(jié)，同時也是教學環(huán)節(jié)。教師對準備過程全程指導，特別是期末課程論文，嚴格要求學生按照學術(shù)規(guī)范撰寫，不達標者指出問題，個別指導，直到完全達標。這樣，就使課程論文在承擔考核功能之外，還承擔了教學功能，使學生受到了初步正規(guī)的學術(shù)訓練。

教學反饋是不斷改進教學內(nèi)容的重要環(huán)節(jié)，課程將考核與教學反饋相結(jié)合，在課堂報告和課程論文溝通中，發(fā)現(xiàn)課堂教學問題，了解學生意見建議，并隨時改進教學內(nèi)容和方式。

5.總結(jié)

《能源材料》是材料科學與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，針對該課程的特點，我們在教學內(nèi)容、教學方法、考核與反饋等方面進行了改革創(chuàng)新，收到了良好的效果。下一步將繼續(xù)根據(jù)教學中收到的反饋，從內(nèi)容到形式繼續(xù)改革創(chuàng)新，不斷結(jié)合能源材料領(lǐng)域科研和生產(chǎn)的最新進展，完善教學設(shè)計，進一步提高本課程的教學質(zhì)量與效果。

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