新工科背景下《能源材料》課程建設與教學改革探索

吳愛平 王蕾 閆海靜 焦艷清

摘要：新世紀人才的培養(yǎng)要注重學生綜合素質(zhì)的提高，要注重培養(yǎng)和訓練學生的創(chuàng)新意識和實踐動手能力。能源與材料是科學進步和人類社會發(fā)展的兩大重要支柱，《能源材料》課程是材料化學專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎課程，該課程具有涉及內(nèi)容知識廣泛、與科研生產(chǎn)聯(lián)系密切以及科學前沿更新快的特點。在“新工科”建設背景下，依托學院師資優(yōu)勢和教育部重點實驗室科研平臺，通過對《能源材料》教學模式的探索與改革來充分調(diào)動學生的積極性，激發(fā)學生對課程的興趣，讓學生由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У闹鲃訉W習，提高課程教學質(zhì)量和效果。

關鍵詞：能源材料 ?科研融入教學? 教學模式? 教學改革

Exploration on Curriculum Construction and Teaching Reform of under the Background of New Engineering

WU Aiping? WANG Lei? YAN Haijing? JIAO Yanqing

（College of Chemistry， Chemical Engineering and Materials， Heilongjiang University， Harbin， Heilongjiang Province， 150080 China）

Abstract： The cultivation of talents in the new century should pay attention to the improvement of students' comprehensive quality， innovation consciousness and practical ability. Energy and materials are two important pillars of scientific progress and the development of human society. The course is an important professional basic course for undergraduates majoring in Material Chemistry. This course has the characteristics of extensive content knowledge， close connection with scientific research and production and rapid renewal of scientific frontier. Under the background of "new engineering" construction， relying on the advantages of college teachers and the scientific research platform of key laboratories of the Ministry of Education， through the exploration and reform of the teaching mode of ， we can fully mobilize students' enthusiasm， stimulate students' interest in the course， change students from passive learning to effective active learning， and improve the quality and effect of course teaching.

Key Words： Energy materials; Integrating scientific research into teaching; Teaching mode; Teaching reform

世界范圍內(nèi)新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)革命正在重塑世界經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和競爭格局，為應對新經(jīng)濟的挑戰(zhàn)，服務國家“一帶一路”“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來發(fā)展的高度，我國高等工程教育主動出擊積極推進新工科建設，培養(yǎng)造就一批基礎扎實、多元化、工程能力突出的創(chuàng)新型人才^[1]。材料化學專業(yè)是材料科學與現(xiàn)代化學相結(jié)合的新興交叉學科，是培養(yǎng)系統(tǒng)掌握化學和材料科學的基礎知識、基本原理和基本實驗技能的具有創(chuàng)新精神的高端應用型人才的學科?！赌茉床牧稀肥遣牧匣瘜W專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎課程，主要介紹新能源材料領域的基本原理及當今國內(nèi)外的最新研究進展。然而，本課程涵蓋的知識點多、內(nèi)容涉及面廣、理論性強，使得學生的學習難度增大，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和發(fā)散思維?！赌茉床牧稀分v授內(nèi)容和科研生產(chǎn)實際聯(lián)系密切，課程內(nèi)容廣泛地應用于實際生產(chǎn)和生活當中，和人們的生活息息相關^[2-3]。然而，傳統(tǒng)的灌輸式教學模式以及受教材限制的授課內(nèi)容具有明顯的局限性，學生只能在課堂上被動的聽講、記筆記來接收老師所講授的內(nèi)容，不能真正的去理解、去進行實踐，因此雖然教學內(nèi)容很重要，但理論知識與實踐的脫鉤導致學生不能真正的去掌握所學的知識。因此，為了適應新工科的要求，培養(yǎng)具備扎實基礎、全球視野、整合能力、領導能力、實踐能力的創(chuàng)新型復合人才，現(xiàn)有的教學內(nèi)容和教學模式需要進一步優(yōu)化調(diào)整，教學手段有待提高和完善，主講教師應具有相關的科研經(jīng)歷和生產(chǎn)實踐的知識，有機地將授課內(nèi)容與科研成果相結(jié)合，引導學生利用課程所學知識，分析和解決科研生產(chǎn)實際遇到的問題，培養(yǎng)學生自主學習能力和創(chuàng)新能力，提高課堂教學質(zhì)量，為國家科技經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展培養(yǎng)造就大批創(chuàng)新型人才。

1《能源材料》課程建設和教學改革探索

1.1 課堂講授和學生參與有機結(jié)合

在課程教學中采取教師課堂講授為主，學生參與為輔的教學模式，保證課程體系完整性的同時增加學生的參與度。學生參與環(huán)節(jié)，主要形式是課前自主學習以及安排學生進行課程相應知識點的講授。在課前自主學習環(huán)節(jié)，教師提前在學習通等線上教學軟件中提供相關課程資源，學生根據(jù)教師的要求在課前進行自主學習、做好筆記、找出相應問題，隨后在課堂上提出自己在自主學習過程中遇到的問題，通過授課教師和同學們的幫助來解決和理解遇到的問題，從被動的聽講者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W習者，提高學生獨立思考能力和團隊合作能力。

傳統(tǒng)的課堂授課方式中，主要是教師單向地輸出，學生被動地聽，學生在學習中的主體性和主動性被嚴重忽略。此外，由于《能源材料》課程的內(nèi)容理論性強，導致部分學生在課堂上難以跟上教師的教學思路和節(jié)奏，容易出現(xiàn)學習精力不集中、走神等問題，長期以往下去，最終對課程失去興趣，學習失去動力，導致課堂教學達不到預期效果，不利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和實踐創(chuàng)新能力。因此，要讓學生積極參與到課程教學中，改變學生被動的聽講、記筆記的傳統(tǒng)學習方式，為學生提供更多自主學習的機會，將被動學習化為主動學習。教師根據(jù)課程大綱設置，提供多個與課程相關的知識點供學生選擇，由學生在課堂上進行講授，通過課上講授與討論相結(jié)合的方式實現(xiàn)對知識的理解與吸收。在此過程中，學生們3～5人一組，各有分工，學生們會積極主動地去學習、查閱資料，提煉內(nèi)容、相互討論、制作PPT課件。同時，在學生準備的過程中，教師通過微信群、QQ群、學習通等線上交流平臺隨時接受答疑，加強學生與教師之間的交流溝通，增加學生的主動性同時增進師生間的感情^[4]。學生進行PPT講解后由其他同學提出問題，相互交流，從而進一步加深對所學知識點地理解，最后由教師做出點評，指出優(yōu)點與不足。比如在講授鋰離子電池材料時，安排學生進行相關內(nèi)容的講解，同學們查閱材料、制作PPT、課上進行討論，加深了對知識點的掌握，取得了較好的教學效果。因此，這種教學模式不但提高了學生的課堂參與度，鍛煉了他們查閱資料能力、提升了他們制作PPT的能力、表達能力和組織語言的能力，還可以提高學生學習的主動性，而且在討論期間可以進行思想碰撞，有利于培養(yǎng)適應新時代要求的優(yōu)秀人才。

1.2 改進多媒體教學，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量

目前，大多數(shù)教師采用單純的PPT講授，學生被動接受的簡單“灌輸式”的教學模式，然而單純的PPT授課方式難以長時間的激發(fā)學生的學習興趣，長時間的聽課會導致學生疲倦、注意力分散，對講授內(nèi)容記憶不深刻、理解不深入，從而降低教學質(zhì)量^[5]。因此，在教學過程中要充分利用網(wǎng)絡資源，采用文字、聲音、圖形、圖像、視頻和動畫于一體的多媒體技術(shù)，提升課程的吸引力，激發(fā)學生的學習興趣，改善課程的教學節(jié)奏。在PPT的制作上要下功夫，不能是簡單的文字敘述，應增加一些聲音、圖形、圖像和動畫吸引學生的注意力，讓學生保持高的學習興趣和積極性，比如在講述鋰離子電池的工作原理時，選擇動態(tài)圖片，讓學生了解鋰離子穿過隔膜在電池正負極材料之間的嵌入與脫出過程，增加學生對鋰離子電池工作原理的直觀認識，能更好的理解“搖椅式電池”這一概念的由來。此外，更重要的是，在課程講授過程中，要注意在一些與科研生產(chǎn)聯(lián)系密切的知識點中引入相關視頻，例如在講授新型二次電池材料-鋰離子電池材料時，播放我國寧德時代公司的宣傳片，一方面學生能了解最新的鋰電池材料進展，另一方面也為中國企業(yè)在國際上取得的成績感到驕傲與自豪，在傳播專業(yè)理論知識的同時培養(yǎng)學生們的民族自信心和自豪感;在講述燃料電池相關內(nèi)容中，引入中國大學MOOC中四川大學的氫能與燃料電池課程的相關視頻，通過視頻的動畫效果可以更加直觀的看到燃料電池單電池的組裝和測試過程，通過清晰直觀的方式把復雜的過程弄明白，從而加深學生的記憶與理解。在網(wǎng)絡高度發(fā)達的今天，教師要全面提高自身素質(zhì)，講授傳統(tǒng)知識的同時引入新時代元素，緊跟時代步伐，充分利用中國大學MOOC（慕課）國家精品課程等網(wǎng)絡資源將先進的教學理念和教學模式以及前沿科技成果引入到課堂教學當中，充分激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生的主動性和積極性，提高教學質(zhì)量和效果。

1.3 科研與教學有效結(jié)合，加深對理論知識的理解與運用

在課堂教學中，利用視聽覺媒體開展教學活動可以吸引學生的注意力，但是對理論知識的實際運用上仍缺少認識，理論與實踐脫鉤，學生不能學以致用。針對上述問題，結(jié)合本課程的特點，依托學院師資優(yōu)勢和教育部重點實驗室科研平臺，將科研有效地融入到教學當中，進一步提高學生的學習興趣，加深對理論知識的理解，掌握能源材料的最新研究動態(tài)，為之后的科學研究打下基礎。例如在講述電池用碳材料（石墨、碳納米管、石墨烯、石墨炔）時，向同學們介紹學校付宏剛教授團隊利用生物質(zhì)材料（玉米桿、椰殼、棕櫚殼等）制備碳材料的實例，同時邀請教育部重點實驗室王蕾研究員給學生們講解如何利用豐富的生物質(zhì)碳源來制備功能型的石墨烯材料，通過科研實例讓學生了解不同碳材料的結(jié)構(gòu)與功能;在講授新型二次電池（鋰離子電池）、燃料電池材料時，增設實踐認知環(huán)節(jié)，帶領同學們參觀相應實驗室、實驗設備，結(jié)合教育部重點實驗室教師的最新科研成果和科研平臺進行講授。學生對自己學校的教師比較熟悉，通過參觀相應的實驗室、對相關教師研究工作的介紹以及相應實驗設備的了解，首先引起學生的學習興趣和求知欲，其次學生能夠更好的了解所學理論知識在實際科研中的應用，比如在講授鋰離子電池部分時，涉及到手套箱的使用，電池的組裝以及性能測試，在理論課上沒有直觀的認識，通過增加實踐教學，讓學生們了解當前能源材料領域前沿科研方向和課題，還能讓他們更好地理解所學理論知識的必要性，增強學習的興趣和動力。

1.4 多元化綜合評價指導課程建設

工科類專業(yè)基礎課程對學生的學習評價方式主要基于平時成績和期末考試進行的，考核形式比較單一^[6]。平時成績主要分為課堂出勤率和隨堂作業(yè)完成情況，占比在15%～30%，期末考試以開卷或閉卷考試的形式給出期末成績，占比在70%～85%，作為主要評價指標，平時成績和期末考試成績構(gòu)成了課程的評價體系。然而無論是平時成績還是期末考試，反應的都是對課程知識點的考核，只能簡單反應學生對所學理論知識的掌握情況，不能全面反映學生的實際能力和綜合素質(zhì)。因此，這種簡單的評價方式不能滿足新工科背景下培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才的要求。根據(jù)新工科建設的理念，我們對能源材料課程的評價方式進行改革，構(gòu)建了多元化綜合評價體系，既有形成性評價，又有終結(jié)性評價，以全面、客觀、有效的方式實現(xiàn)對學生綜合素質(zhì)的考核。目前本門課程考核方式包括平時成績（10%）、課堂講授（15%）、實踐報告（20%）和期末成績（55%）四部分，這種多元化綜合評價體系更加合理，一方面考核了學生對課程知識點的掌握程度，另一方面對學生的主動學習能力、總結(jié)能力和實踐操作能力進行評價，進而能夠更好的評價學生的綜合素質(zhì)。

2 結(jié)語

在“新工科”建設背景下，對工科專業(yè)課程提出了更高的要求，針對《能源材料》課程的特點，本文從教學內(nèi)容、教學方式和考核方式上進行了初步的教學改革探索，依托學院師資優(yōu)勢和教育部重點實驗室科研平臺，采用科研融入教學的新模式，注重學研結(jié)合和創(chuàng)新思維訓練，開展體驗式的學習模式，培養(yǎng)學生的科學與創(chuàng)造性思維，為今后的工作學習奠定良好的知識儲備和思維習慣。通過課程改革以激發(fā)學生的學習興趣，提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才。

參考文獻

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[3] 秦海英.研究生《能源材料》課程教學改革探索[J].教育現(xiàn)代化，2017，4（26）：46-47.

[4] 蔡淑娟，李涌泉.“新工科”建設背景下的高等教育《焊接工程學》教學模式改革探索[J].山東化工，2019，48（5）：178-179，183.

[5]羅文，王文廣，王乃光.新能源材料發(fā)展背景下“材料科學基礎”課程教學改革探索——以新能源材料與器件專業(yè)為例[J].湖北第二師范學院學報，2020，37（2）：101-104.

[6]張振琳，韓穎，李青松，等.新工科背景下《高分子材料研究方法》課程教學改革的探索[J].高分子通報，2021（11）：81-84.