“雙一流”背景下《能源材料》課程建設初探*

劉 佳，王西鸞，袁同琦，孫少妮

(北京林業(yè)大學材料科學與技術(shù)學院，北京 100083)

2018年，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合制定了《關(guān)于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》。意見強調(diào)，“強化本科教育基礎地位，把一流本科教育建設作為‘雙一流’建設的基礎任務”[1]。課程作為學科建設和發(fā)展的支撐，對“雙一流”建設具有戰(zhàn)略性基礎作用。堅持將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和實踐能力培養(yǎng)融入課程體系既是推動“雙一流”建設的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和有效途徑，也是“雙一流”學科建設的核心[2-4]。2019年，北京林業(yè)大學“林產(chǎn)化工”專業(yè)入選國家級一流本科專業(yè)建設點，這為學科發(fā)展提供了新的機遇。生物質(zhì)能源科學與工程方向是在林產(chǎn)化工專業(yè)基礎上新增的專業(yè)方向，是北京林業(yè)大學基于林業(yè)工程特色專業(yè)優(yōu)勢、同時整合林產(chǎn)化工學科教育資源而增設的。該專業(yè)主要研究生物質(zhì)能源的制備與利用，包括燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)材料與化學品等，旨在培養(yǎng)扎實掌握生物質(zhì)能源基礎知識、基本理論與技能、富有創(chuàng)新意識和實踐能力的相關(guān)人才。

《能源材料》是林產(chǎn)化工(生物質(zhì)能源科學與工程方向)專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，主要闡述新能源材料工程領(lǐng)域的基本理論和技術(shù)發(fā)展，不僅能夠為后續(xù)專業(yè)課程學習奠定基礎，同時為今后從事生物能源、材料、化工、環(huán)境等領(lǐng)域的科研人員及生產(chǎn)工作者提供基本的專業(yè)素養(yǎng)。這門課程內(nèi)容涉及電化學、工學、材料科學、應用化學、生物學、能源科學與動力等多個學科領(lǐng)域，具有鮮明的交叉學科特色，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神以及實踐能力具有重要推動作用，符合“雙一流”戰(zhàn)略背景下對一流學科建設的要求。近年來，隨著“雙一流”學科實施進程的持續(xù)深化以及內(nèi)涵的不斷延伸，時代發(fā)展對創(chuàng)新型人才的需求越來越迫切，加強《能源材料》交叉學科特色課程的教學研究已經(jīng)成為必然。這不僅是有效落實教學計劃，提高教學水平和創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保證，也是推動“雙一流”建設背景下《能源材料》課程發(fā)展的必然要求。筆者基于《能源材料》課程教學過程中的經(jīng)驗，結(jié)合北京林業(yè)大學林產(chǎn)化工專業(yè)的特色背景，分析了《能源材料》課程的特點及現(xiàn)狀，并針對如何實現(xiàn)高質(zhì)量的教學成效進行了探索。

1 《能源材料》課程特點及現(xiàn)狀

1.1 課程特點

《能源材料》課程是一門基礎與實踐并重的綜合性專業(yè)課程，是在先行必修課程(有機化學、無機化學、物理化學、生物質(zhì)化學)基礎上開設的專業(yè)課程，同時又是燃料電池、生物質(zhì)能源科學基礎實驗等專業(yè)基礎課程的先修課程，是基礎知識與專業(yè)領(lǐng)域之間的橋梁和紐帶，對生物質(zhì)能源科學與工程專業(yè)本科生培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。該門課程的知識體系主要包括鋰離子電池、生物質(zhì)能、太陽能電池、燃料電池、核能及其他新能源材料等六大知識模塊，以及相關(guān)器件的基本概念、工作原理、特性參數(shù)、材料加工技術(shù)和評價方法等，具有理論性、系統(tǒng)性及科學性強等教學特點，對于學生掌握新能源領(lǐng)域基礎理論、培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新思維和實踐能力具有重要作用。

1.2 課程現(xiàn)狀

(1)教材的專業(yè)契合度不高

目前課程使用的教材為朱繼平主編的《新能源材料技術(shù)》。這本教材針對性適用于材料物理與化學、化學工程與工藝、能源化學等工科類專業(yè)，而《能源材料》課程依托的林產(chǎn)化工專業(yè)主要面向林產(chǎn)資源的生產(chǎn)和可再生加工利用，具有鮮明的林業(yè)特色。這就導致現(xiàn)行教材在新能源與林業(yè)工程相交叉的部分教學內(nèi)容較為薄弱，不利于激發(fā)綜合交叉學科發(fā)展的活力和競爭力；同時交叉學科知識的空白區(qū)域也難以契合學生的專業(yè)背景和基礎，與學生先修專業(yè)知識產(chǎn)生脫節(jié)，教學效果不佳。

(2)教學方式單一

《能源材料》課程目前仍然采用傳統(tǒng)單一的接受型教學模式，即以教師灌輸教學為主，學生被動學習為輔。這種“填鴨式”的教學模式缺少師生之間的交流，難以調(diào)動學生的積極性，也不利于培育學生建立良好的創(chuàng)新思維習慣，不適用于交叉學科的課程教學。另外，授課過程容易脫離實際，具體表現(xiàn)在側(cè)重理論講授，而忽視實踐教學，這必然使學生在后期從事生產(chǎn)和科研工作時只會紙上談兵，而做不到學以致用，無法滿足“雙一流”建設對高層次、高水平人才的需求。

(3)教學評價體系不合理

以往的教學評價是以平時成績和期末考試成績進行加權(quán)綜合，其中期末考試采用閉卷形式，在教學評價中占比70%，這也是目前多數(shù)高校專業(yè)課程采用的教學評價方式。這種考核方式多注重學生對知識掌握和理解程度的考察，而缺乏實踐深度和價值，不能夠準確衡量學生的知識水平。這容易造成學生心理不平衡，形成惡劣的競爭和學習氛圍。同時，這種傳統(tǒng)的評價體系也限制了學生創(chuàng)造能力的發(fā)揮和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，難以激發(fā)學生創(chuàng)造的活力和能動性，有悖于“雙一流”學科建設對新型創(chuàng)新復合型人才培養(yǎng)的宗旨。

2 “雙一流”背景下《能源材料》交叉學科特色課程建設思考

“雙一流”建設背景下推動《能源材料》交叉學科特色課程的核心在于學生創(chuàng)新能力的培育和創(chuàng)造思維養(yǎng)成[5-6]。針對課程建設的現(xiàn)狀及面臨的主要問題，筆者在教學內(nèi)容、教學方式及評價體系三方面進行了思考，以期通過教學研究實現(xiàn)高質(zhì)量的教學成效。

2.1 定位教學目標，加強教材建設

教材是教學工作順利開展的前提和基礎，也是提高教學質(zhì)量的關(guān)鍵保障。針對現(xiàn)行《能源材料》課程缺乏權(quán)威針對性教材的現(xiàn)狀，我們從專業(yè)實際課程體系和人才培養(yǎng)方案出發(fā)，結(jié)合林產(chǎn)化工(生物質(zhì)能源科學與工程方向)專業(yè)的學科特點和學生已掌握的先修基礎知識，定位教學目標，提高適應性強、契合度高的林業(yè)特色教材建設。

一方面，在現(xiàn)行教材基礎上，對傳統(tǒng)知識板塊進行整合，重點突出林業(yè)特色，優(yōu)化教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系。具體來說，對電化學器件的組成、工作原理、電池設計與組裝等教學內(nèi)容進行適當?shù)貕嚎s，重點提煉不同電化學器件對材料的要求及其與生物質(zhì)材料的交叉領(lǐng)域，實現(xiàn)教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)的整體規(guī)劃，從而使其符合本專業(yè)學生的學科背景，加深學生對《能源材料》課程的理解和掌握生物質(zhì)材料在能源領(lǐng)域的應用。另一方面，吸納最新的教學實踐經(jīng)驗和科研成果，對新能源與產(chǎn)化工交叉的空白領(lǐng)域進行補充和調(diào)整，拓寬教材知識體系。涉及的交叉內(nèi)容主要體現(xiàn)生物質(zhì)材料在鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池等電化學器件的應用與發(fā)展。例如在“鋰離子電池”這一章節(jié)的教學內(nèi)容中，筆者結(jié)合前期科研文獻調(diào)研，對生物質(zhì)聚合物及其衍生材料如碳材料、聚合物材料、復合材料等在電池正極、負極及隔膜的多領(lǐng)域的應用進行總結(jié)和整理，并輔以文字教材、電子教案、三維教學動畫等多形式的教學素材，這對激發(fā)學生學習熱情和豐富知識體系儲備具有重要作用。

2.2 樹立學生主體，創(chuàng)新教學方式

教學過程是以學生為主體的活動，教師要從學生的發(fā)展需要出發(fā)，不斷創(chuàng)新教學方式，改進教學手段?！赌茉床牧稀氛n程的實際教學活動只有充分激發(fā)和調(diào)動學生主觀能動性，才能培育學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造思維，收獲滿意的教學效果。為此，我們從學生主體發(fā)展視角出發(fā)，以學生創(chuàng)新思維和實踐能力培育為核心，在教學過程的課程設計、課堂教學、課后活動全過程對《能源材料》課程的教學方式進行了創(chuàng)新。具體措施如下：

(1)課前針對性調(diào)研

由于學習背景和適應能力不同，學生個體間的學習情況存在顯著差異。這就需要教師課前針對課程中的熱點、難點、重點對學生的興趣關(guān)注點及認知情況進行調(diào)研，了解學生的知識需求；進而從學生實際學情出發(fā)，科學合理地制定教學內(nèi)容和設計教學方式，提高教學的針對性和實效性。需要課前調(diào)研的課程有鋰離子電池對正、負極及隔膜材料的要求、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)、燃料電池需解決的關(guān)鍵技術(shù)。依據(jù)調(diào)研結(jié)果，首先以學生重點關(guān)注的熱點問題作為引入切口，創(chuàng)設情境，從易于接受的生活常識或?qū)嵺`引入，在學生腦海中勾勒出具象畫面，激發(fā)學生的興趣；然后針對學生的認知情況，將學生普遍感到困惑的知識難點作為授課重點，結(jié)合思維導圖、情境教學、案例教學等多種教學手段，逐步對抽象或枯燥的教學內(nèi)容進行多維度分析和解釋，加深學生理解；最后，圍繞課程的教學內(nèi)容重點難點，以學生創(chuàng)新思維培育為導向，基于調(diào)研收集的案例，引導學生豐富問題的思考角度，使其樂于思考、敢于發(fā)散。組織課前調(diào)研，有助于針對性地設計教學內(nèi)容和推動其他聯(lián)動教學環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，既能夠增加課堂氣氛，提升教學效果，又激發(fā)了學生的創(chuàng)新潛能和實踐能力的養(yǎng)成，符合“雙一流”建設對課程建設的要求。

(2)課程增設研討環(huán)節(jié)

增設和開展研討教學是實現(xiàn)高質(zhì)量教學的助推器，也是激發(fā)學生創(chuàng)新潛能和提升創(chuàng)造能力的一種行之有效的策略?！赌茉床牧稀氛n程的知識體系是鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、生物質(zhì)能材料等多模塊耦合的，在重點知識模塊，根據(jù)授課情境設定不同類型研討課題。所采用的研討課題主要有：生物質(zhì)材料的能源高值化利用、燃料電池類型及關(guān)鍵技術(shù)、不同類型新《能源材料》應用對比、國內(nèi)外新能源材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。在課程研討環(huán)節(jié)組織學生以小組討論形式，進行研討課題的調(diào)研、分析與討論的全過程，搭建理論知識與實踐的橋梁，使學生在調(diào)研探索、自主分析、互動討論過程中，內(nèi)化相關(guān)知識模塊，拓展交叉學科空白，形成自主構(gòu)建知識體系的能力。最后，學生小組將討論后的觀點或成果以圖像、視頻及演示文稿等方式進行分享和展示，教師進行最后歸納總結(jié)，這既提高了學生的課堂參與度，又能鍛煉學生的辯證思維和創(chuàng)新能力。

(3)開展線下拓展性課程

拓展性課程是樹立學生為主體、促進學生個性化發(fā)展的先進教學方式?！赌茉床牧稀吠卣剐哉n程方向包括：生物質(zhì)材料在電化學儲能領(lǐng)域的應用、太陽能電池與光伏發(fā)電、燃料電池器件與智能電子等。教師精選合適的拓展課程，鼓勵學生參與線下拓展課程和創(chuàng)新實踐，使學生在掌握理論知識的基礎上，鍛煉實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神。線下拓展課程包括多種形式：開放性實踐、視頻制作、專題教育、創(chuàng)新實驗、交流探討、慕課資源平臺共享等。例如，針對“生物質(zhì)材料在電化學儲能領(lǐng)域的應用”拓展課程，首先選拔對該課題有興趣的學生，在教師指導下，全過程參與文獻調(diào)研、實驗設計與完成，自主完成生物質(zhì)材料的預處理、電池器件組裝以及基于電化學器件的LED燈光顯示節(jié)能控制等開放性實踐項目，這能夠有效調(diào)動學生積極性、激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，同時又可以使學生掌握理論知識的實際運用，以及發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力。

2.3 堅持創(chuàng)新導向，改進評價體系

《能源材料》課程的綜合性強、知識點多、內(nèi)容覆蓋范圍廣，以往的教學考核難以準確反饋學生的實踐能力，不利于學生創(chuàng)新思維的培育。改革的評價體系應堅持以創(chuàng)新為導向，構(gòu)建實踐教學立體式評價主體，促進學生的個性化成長，增強教學的實效性。首先，基于現(xiàn)有考核模式，實現(xiàn)評價方式的多元化，變封閉考核為半開放考核，具體表現(xiàn)在：減少單一性閉卷考核的權(quán)重比例，由原來閉卷考試成績占總評價的70%縮小到50%，使考核目的在于突出知識體系的重點；降低日?？记跈?quán)重；增加開放性研討和拓展課程的教學評價方式。多元開放考核體制能夠使學生從被動考核轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃臃答?，既有助于促進學生熟練掌握基礎理論知識體系，同時也能夠激發(fā)學生對內(nèi)化知識主動轉(zhuǎn)化，鍛煉其創(chuàng)新實踐能力。重視課堂研討考核，對研討小組的前期調(diào)研、課程自主討論分析、后期成果報告的多層次研討設置權(quán)重比例(所占權(quán)重比例分別為15%，45%和40%)，結(jié)合教師點評、學生互評、團隊自評等多樣化評價體系進行加權(quán)綜合評價，變結(jié)果考核為過程考核，重視學生實踐過程的參與程度以及學生個體對團隊合作的貢獻。再者，將拓展實踐課程納入考核評價體系，以學生創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力為核心，量化線下拓展課程考核，對學生線下實踐成果匯報、專題教育心得、實驗成果總結(jié)、開放課程成果展示等進行綜合評價。

3 結(jié) 語

“雙一流”建設背景下推動課程建設的核心在于新型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，這是從國家戰(zhàn)略層面對高等學校一流學科建設和改革提出的時代使命和重要要求。本教學研究內(nèi)容主要依托北京林業(yè)大學林產(chǎn)化工(生物質(zhì)能源科學與工程方向)專業(yè)，以《能源材料》特色課程建設為教學研究對象，圍繞創(chuàng)新思維和實踐能力的人才培養(yǎng)目標，針對課程特點及現(xiàn)狀，從推進特色教材建設、創(chuàng)新教學方式和靈活改革教學評價體系等幾個方面入手，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，實現(xiàn)高質(zhì)量教學，為推動林產(chǎn)化工一流學科的發(fā)展奠定基礎，同時以課程為依托平臺為授課青年教師的教學素養(yǎng)、教學手段、教學技能和教學方法的提高起到支撐作用。