基于新工科理念的課程體系改革實踐研究*
——以“新能源材料與應(yīng)用”課程為例

萬紅日，陳 騰，徐 艷

(徐州工程學院 材料與化學工程學院，江蘇 徐州 221018)

在國家和省政策的支持下，徐州堅定不移地踐行新發(fā)展理念，狠抓產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、城市轉(zhuǎn)型、生態(tài)轉(zhuǎn)型和社會轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展實現(xiàn)了由低端到中高端的轉(zhuǎn)變。地方院校依據(jù)自身特點，依托示范區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)鏈，制定了“重基礎(chǔ)、寬口徑、多實踐，強化工程思維，作好工程師訓練”的專業(yè)培養(yǎng)目標，突出地方院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標優(yōu)勢，使學生畢業(yè)后具備一定的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，為地方經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)“下得去、留得住、用得上、能吃苦、上手快、有后勁”的應(yīng)用型人才[1-2]。

1 《新能源材料與應(yīng)用》課程的培養(yǎng)目標

《新能源材料與應(yīng)用》是新能源科學與工程專業(yè)的一門專業(yè)課，是一門理論性和實驗性很強的課程。該課程主要是新能源材料領(lǐng)域前沿知識的介紹，涉及新能源材料領(lǐng)域的方方面面，有助于推動新能源學科的發(fā)展，促進新能源技術(shù)與工程的研究。通過介紹當今能源利用的現(xiàn)狀、存在問題、未來解決辦法等，激發(fā)學生對對新能源材料的興趣，推動學生未來自主深入學習各類新能源材料知識，引導(dǎo)在新能源學科方向的發(fā)展。內(nèi)容包括：電池材料、新型儲氫儲能材料、生物質(zhì)能碳材料、太陽能電池材料基礎(chǔ)與應(yīng)用、風能和核能轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵材料等等。

2 《新能源材料與應(yīng)用》課程教學改革的必要性

當前我國能源利用效率低、能源動力技術(shù)落后。國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》明確指出：將提升一流人才培養(yǎng)與創(chuàng)新能力列為“重點領(lǐng)域及其優(yōu)先發(fā)展主題”。 《新能源材料與應(yīng)用》作為新能源科學與工程專業(yè)的一門特色課程，涉及能源利用的原理與基本系統(tǒng)和主要能源，新材料與應(yīng)用系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化，是培養(yǎng)從事新能源領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員核心課程。在“新工科”理念下培養(yǎng)地方應(yīng)用型高校工程技術(shù)人才越來越重要。我們就更新“新工科”理念下的課程體系、構(gòu)建協(xié)同育人機制和融合專業(yè)發(fā)展方向等方面對專業(yè)人才培養(yǎng)路徑進行了探索與實踐，提高地方應(yīng)用型高?！靶鹿た啤崩砟钕碌娜瞬排囵B(yǎng)質(zhì)量，強化工程項目能力培養(yǎng)，形成具有“新能源”特色的教研融合教學構(gòu)架，為未來經(jīng)濟發(fā)展提供人才支撐。

《新能源材料與應(yīng)用》課程理論與實驗高度統(tǒng)一，而理論與實驗的有機統(tǒng)一，可以提升學生的學習興趣，有助于培養(yǎng)學生的實踐技能和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實驗教學以演示和驗證型為主，教學過程一般采用學生課前預(yù)習、教師課堂講解與示范、學生實驗相結(jié)合的模式進行。整個過程中，教師扮演著核心的角色，學生按部就班完成各個實驗步驟，不能最大限度激發(fā)學生主動探索學習的興趣和獨立思考的意識。通過以參與教師的科研項目為基礎(chǔ)，融入教學內(nèi)容，設(shè)置具有探索性、設(shè)計性、研究性的教改課程內(nèi)容，改變“以教師為中心，使學生知道什么”的傳統(tǒng)教學觀念，向“以學生為中心，學生學到和用得怎樣”轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學生獨立思考和提升分析問題的能力，并結(jié)合小組交流與討論的形式，使每一位學生都能夠積極參與到整個過程中，最大限度激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生獨立思考的意識，提高學生實踐能力以及分析問題、解決問題的能力[3-5]

3 《新能源材料與應(yīng)用》教學現(xiàn)狀及問題

《新能源材料與應(yīng)用》是新能源科學與工程專業(yè)的一門特色專業(yè)課程。與其它專業(yè)課程的不同之處是，《新能源材料與應(yīng)用》具有涵蓋知識面廣、綜合性較強及與實際工程聯(lián)系較緊密等特點。綜合性較強是指課程涵蓋化學、化工、新材料、能源動力、電工等多個學科，屬于典型的交叉課程。但是學生并沒有相應(yīng)的工程基礎(chǔ)，往往很難理解課堂傳授的相關(guān)知識。作為一個新專業(yè)、新領(lǐng)域，理論和實驗教學體系還在不斷修正、完善中，缺乏值得借鑒的成功經(jīng)驗。對于理論教學，目前已經(jīng)有新能源類“十三五”精品規(guī)劃教材出版，包括：《儲能原理與技術(shù)》《生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)》《新能源技術(shù)經(jīng)濟學》和《能源與環(huán)境》等一系列教材，這些教材的出版為理論教學提供了非常好的教材資源。同時，不少高校教師也出版了大量的新能源方面的教材，為新能源科學與工程專業(yè)學生提供了豐富的課程參考資料。但是，關(guān)于實踐教學方面的教材比較少，嚴重制約了實驗教學的質(zhì)量。一是教師對實踐教學不夠重視，呈現(xiàn)形式化現(xiàn)象，對學生實踐能力的培養(yǎng)認識不足，實驗教學考核也相對比較簡單。二是由于是新課程，學校投入經(jīng)費不足，實驗室缺少相關(guān)教學設(shè)備，能夠開設(shè)的實驗內(nèi)容相對較少。此外，市場上的新能源教學設(shè)備，一方面品種較少，另一方面功能簡單，從而導(dǎo)致很多實驗項目主要用于原理驗證，缺乏難度和高度。無法為學生提供創(chuàng)新的空間。三是專業(yè)教師大部分從高校到高校，或者其他相關(guān)領(lǐng)域轉(zhuǎn)來，缺乏一定的工程經(jīng)驗。實驗內(nèi)容與工程實際差距較大，無法引起學生的興趣，學習積極性不高。

在教學效果上，目前仍然無法完全擺脫傳統(tǒng)的教學模式“以教師為主，學生為輔”的方式，按照教材的編排，先介紹理論知識，再將理論知識運用到具體實踐中。這些具體實踐多為老師的口頭表述或者通過視頻的方式觀看，效果不明顯，無法調(diào)動學生的學習積極性、主動性，不能激起學生興趣，同時也不能提高學生動手能力。因此，很難實現(xiàn)教學大綱要求的目標，教學效果較差[6]。

4 《新能源材料與應(yīng)用》課程體系改革的途徑和方法

以項目驅(qū)動式教學突破傳統(tǒng)教學的模式，提出了項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動式的新能源材料與應(yīng)用教學改革，這樣不僅能夠改善教學質(zhì)量，彌補上述出現(xiàn)的短板。項目驅(qū)動教學方法是以完成具體項目為載體，把教師具體的科研項目融入教學內(nèi)容中，讓學生通過自主學習的方式完成項目。在新能源材料與應(yīng)用教學中，按照項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動教學模式，實現(xiàn)“教、學、研”一體化的課堂教學(如圖 1)，以提高學生的知識能力和科研創(chuàng)新實踐能力，培養(yǎng)學生工程素養(yǎng)。不斷深化科研項目對從事新能源領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，有利于豐富完善本科教學內(nèi)涵；加快科學研究與本科教學深度融合，構(gòu)建新能源專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)新模式；推進新能源材料與應(yīng)用的教學方法改革，豐富實踐教學內(nèi)容，有利于提高學生解決新能源工程機械多學科交叉問題的能力；促進新能源學科教學體系、教改方案的構(gòu)建與完善，促進教學科研平臺融合建設(shè)。

5 《新能源材料與應(yīng)用》的課程體系改革的實踐措施與目標

首先，課程體系改革通過以一系列科研項目為載體，建立面向項目驅(qū)動的新能源材料與應(yīng)用的“教、學、研”一體化教研融合培養(yǎng)構(gòu)架。以科研項目為導(dǎo)向，主動提升學生的主動性和積極性，提高學生工程項目能力，充分發(fā)揮以“研”促教為專業(yè)人才培養(yǎng)服務(wù)的功能。其次，將科研項目融入新能源材料與應(yīng)用課程教學之中，結(jié)合新能源教學內(nèi)容融入系列子科研項目的教學方法改革，實現(xiàn)該課程教學由單一的知識傳授向綜合工程項目能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變、由填鴨式教學向主動式教研融合轉(zhuǎn)變，提高教學的針對性和工程項目性。

同時，以項目引導(dǎo)，開展科研項目教學設(shè)計，優(yōu)化教學科研項目融合教學理論，將系列新能源教學環(huán)節(jié)與科研項目實施相結(jié)合，建立新能源課程內(nèi)容與科研項目過程的映射關(guān)系模型。并且能夠緊扣國家政策“碳中和”和“新能源”兩桿大旗，構(gòu)建新能源的教學科研深入融合培養(yǎng)平臺，建立新能源三元體系“理論知識-項目驅(qū)動-能力提升”的教研融合機制(如圖2)。最終通過設(shè)計一系列新能源材料與應(yīng)用課程項目引領(lǐng)教學方法，改革傳統(tǒng)新能源材料與應(yīng)用課堂教學的方式與內(nèi)容。依據(jù)不同種類新能源設(shè)定相應(yīng)的項目引領(lǐng)方案，融入各新能源教學環(huán)節(jié)，形成一套集“教、學、研”一體化的教改方案。

圖2 “教、學、研”三元體系“理論知識-

課程體系改革的目標主要解決新能源材料與應(yīng)用的教學理論與實際脫節(jié)、行業(yè)結(jié)合不強的問題，以適應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、企業(yè)需求的新工科人才培養(yǎng)的問題；同時解決學生新能源工程能力差、科研參與少等諸多問題，使得以科研項目為載體的教研融合人才培養(yǎng)體系全程讓學生參與科研項目的問題；進而進一步解決學生在該課程學習過程中的學習興趣低、學習主動性差、動手能力弱的理論脫離實際問題，使學生在新能源材料與應(yīng)用理論學習中，掌握新能源關(guān)鍵性技術(shù)解決的基本過程與技術(shù)創(chuàng)新等問題。

6 結(jié)語

在“新工科”背景下，通過課程體系改革，以提高學生工程項目能力為目標，培養(yǎng)新型人才，為能源消耗比重大或工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的新能源產(chǎn)業(yè)服務(wù)，為關(guān)鍵性技術(shù)的解決打下堅實的基礎(chǔ)。構(gòu)建“教、學、研”一體化融合的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)社會發(fā)展需求、有競爭力的材料行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才。