基于OBE 理念的“鋰離子電池材料及應用”的教學實踐研究＊

鄧魁榮，馬國強，范東華

（五邑大學應用物理與材料學院，廣東江門 529020）

Outcome based education（OBE，成果導向教育）強調(diào)將學生學習的成果作為教學的核心，教學的目標是學生取得的學習成果，教師通過反向構建相應的教學模式和考核評價體系來指導學生漸進式學習，同時評估學生在各個階段的學習成果，達到提高教學質(zhì)量的目的。用OBE 理念來探索新時期人才培養(yǎng)模式是當前高等教育的一個重要發(fā)展趨勢。從社會對人才需求角度出發(fā)，高校對人才的培養(yǎng)應從注重學習成績向關注學習成果轉(zhuǎn)變，教育理念應從“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W生為中心”，改革課程目標、內(nèi)容、教學方式方法和考核方式等，培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需求的人才。

1 課程目標

五邑大學應用物理與材料學院的材料科學與工程專業(yè)以新能源材料與器件為主要研究方向，目標是為學校所在地區(qū)培養(yǎng)和輸送新能源行業(yè)的高素質(zhì)應用型人才。根據(jù)學校辦學理念、材料科學與工程專業(yè)的定位、目標和OBE 理念，制定了“鋰離子電池材料及應用”課程目標：①理解鋰離子電池的相關基本概念、基本構成和工作原理，掌握鋰離子電池各種材料合成、改性與應用，且運用這些知識解決實際中鋰離子電池的復雜工程問題；②運用鋰離子電池各種材料的合成、改性與應用相關知識，對鋰離子電池體系中獲得的信息進行判斷，將有效信息用于鋰離子電池體系問題的分析并得出有效結論；③學生依據(jù)鋰離子電池材料的種類、性質(zhì)和生產(chǎn)工藝，對相關復雜工程問題進行調(diào)研，根據(jù)具體使用或應用目標完成相關需求分析，明確材料與器件設計、加工和優(yōu)化過程中的約束條件；④在學習中了解掌握鋰離子電池最新發(fā)展動態(tài)和國家對鋰離子電池相關法律法規(guī)及產(chǎn)業(yè)政策，以及相關產(chǎn)業(yè)政策、知識產(chǎn)權和技術標準的核心理念。

2 教學內(nèi)容

根據(jù)材料科學與工程專業(yè)的畢業(yè)要求和該課程的教學目標，設置“鋰離子電池材料及應用”課程的教學內(nèi)容有鋰離子電池基本理論、正極材料、負極材料、電解質(zhì)材料、隔膜材料、安全性、生產(chǎn)工藝等，主要介紹這些材料的基本性質(zhì)、結構與性能關系、合成方法、生產(chǎn)工藝、改性方法。其中，電極材料是影響鋰離子電池電化學儲鋰性能的關鍵因素，開發(fā)具有高能量密度、高倍率性能、長壽命及安全可靠的電極材料是鋰離子電池所面臨的挑戰(zhàn)，也是當前的熱門研究領域。通過本課程的學習使學生掌握鋰離子電池的基本概念、基本構成和工作原理，了解鋰離子電池各種材料的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、改性與應用，分析和解決鋰離子電池的工程技術問題，為研究開發(fā)鋰離子電池生產(chǎn)應用領域的新材料和新技術奠定理論基礎。當前教材中的內(nèi)容需要及時更新。在之前授課內(nèi)容的基礎上引入了電池的安全性及最新的研究進展。近年來由鋰離子電池安全問題造成的事故層出不窮，如Samsung Galaxy Note 7 大范圍電池起火爆炸事件，全球多輛特斯拉汽車自燃事件。要實現(xiàn)鋰離子電池的大規(guī)模應用安全性是必須要解決的問題。因此，教學中加入鋰離子電池安全性問題內(nèi)容很有必要，讓學生能夠從正負極材料、隔膜、電解質(zhì)、電池管理系統(tǒng)、添加劑等方面了解鋰離子電池安全問題的解決方法。

3 教學方式方法

傳統(tǒng)的教學模式無法激發(fā)學生的學習興趣，使得課堂教學效果不盡人意。而OBE 理念是以學生為中心、成果為導向而設計的新型模式，注重具有明顯意義的結果、為學生的成功提供支持、相信學生會取得成功、根據(jù)預期的結果來對教學進行反向設計。根據(jù)OBE 理念，為了提高學生的學習積極性、取得更好的學習效果，“鋰離子電池材料及應用”采用課堂討論、小班教學、線上線下相結合、自主學習成果展示等方式進行教學。

3.1 課堂討論

教師在課前布置一些能串聯(lián)某個知識點的問題讓學生帶著問題聽課，講解完后學生以小組為單位對問題展開討論并分享討論結果。例如在鋰離子電池電解液知識點的授課中，教師先提出一個問題：“為什么商業(yè)化的鋰離子電池使用的都是1 mol/L 的LiPF6和EC 以及線性碳酸酯的溶液？”同時提示學生要從鋰鹽、溶劑、濃度、成本、性能等角度去分析。在教師講解完這個知識點后讓學生以小組為單位討論。在討論中學生會深挖這個問題的影響因素，每個小組成員都會提出自己的觀點同時也吸收其他成員的觀點，最終每個小組討論的成果都能把問題的因素考慮進去，全面且正確地回答了問題。最重要的是在課堂討論的過程中達成了教學目標，即學生掌握鋰離子電池電解液的基本知識及相關影響因素，并且能夠用所學內(nèi)容分析問題。

3.2 小班授課

“鋰離子電池材料及應用”課程改革前采取大班授課的教學組織形式。由于學生較多，授課過程中很難進行有效的師生互動，教師也無法及時掌握學生的學習情況。而小班授課的過程中，師生之間可以充分的進行互動，能夠了解學生的學習狀態(tài)，解決學生遇到的問題，使學生從被動接受知識變?yōu)橹鲃訉W習。基于小班授課的優(yōu)點，將“鋰離子電池材料及應用”課程由大班授課模式改為小班授課，班級人數(shù)控制在50 人左右。經(jīng)過課程改革后，學生學習的積極性明顯提高，師生間能夠形成有效的互動，教學效果顯著提升。

3.3 自主學習成果展示

鋰離子電池技術及材料始終在創(chuàng)新進步，學生除了學習理論知識，還要積極主動地去了解最新進展，目的是培養(yǎng)學生充分利用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等進行主動學習的能力，學習成果以課題展示和課程論文的方式體現(xiàn)。課堂展示和課程論文題目可以教師定也可以學生自主選題，鼓勵學生根據(jù)自己的興趣選題，引導學生學習查閱文獻及運用網(wǎng)上資源，提高多方面獲取知識的能力。課堂展示和課程論文中，學生基本都能夠把選題的最新研究進展、面臨的問題、未來潛力等進行較好地歸納分析和總結。課堂展示和課程論文能夠引導學生對感興趣的領域進一步學習和探索，調(diào)動學生學習的積極性和主動性。

3.4 線上線下相結合

“鋰離子電池材料及應用”課程改革前以學生看課本以及聽老師用PPT 講課來學習，很難讓學生對抽象的概念、現(xiàn)象有直觀的理解。慕課、學堂在線等線上教學平臺近兩年來受到廣大教師的認可。充分利用線上教學平臺的資源，采取了線上線下相結合的教學模式，學生可以通過觀看這些線上教學平臺資源來進行學習。將山東科技大學劉瑞老師的在線課程“鋰離子電池”作為“鋰離子電池材料及應用”課程的線上教學資源，讓學生線上參與此課程以達到預習的目的。

4 考核方式

“鋰離子電池材料及應用”課程改革前主要通過考試成績來評價學生的學習效果，不利于學生全面發(fā)展。改革之后，“鋰離子電池材料及應用”課程考核主要是考查學生對知識的掌握和運用能力，以及學生分析問題和解決問題的能力。因此“鋰離子電池材料及應用”課程考核方式應該是多元化的。除了考試成績以外，平時的課堂討論、課后作業(yè)、課程論文、課堂展示等都以一定的權重計入課程的成績。這樣的評價方式能夠督促學生在平時的課堂討論、課后作業(yè)、課程論文、課堂展示去積極主動學習以獲得相應的考核評價。此外，通過撰寫課程論文、準備課程展示等方式能夠拓寬學生的知識面和對前沿進展的了解，鍛煉了學生的綜合能力。

5 結語

基于OBE 理念對“鋰離子電池材料及應用”課程的課程目標、課程內(nèi)容、教學方式方法和考核方式等方面進行了全面的改革和優(yōu)化，以持續(xù)提高教學質(zhì)量，學生的學習成果有了較大提升。未來的過程中，將基于OBE 理念對“鋰離子電池材料及應用”課程進行不斷的改革和優(yōu)化，以確保教學效果的不斷提升。