“新型電池材料”課程教學改革探索與實踐

瞿佰華*，王榮華，岳繼禮

（重慶大學材料科學與工程學院 重慶 400044）

在邁向社會主義現(xiàn)代化強國的新征程上，要實現(xiàn)我國高水平科技自立自強，歸根結底需要高水平創(chuàng)新人才。過去，傳統(tǒng)高等教育為我國發(fā)展輸送了大量人才，但隨著產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化與升級，我國各領域核心技術步入國際先進或領先水平、面對于更加激烈的國際競爭，企業(yè)的人才需求隨之發(fā)生了巨大改變，從傳統(tǒng)技術型人才轉向技術創(chuàng)新型人才。因此，高等教育需要進行人才供給側改革，培養(yǎng)更高水平的高素質創(chuàng)新型人才，才能符合中國特色社會主義新時代發(fā)展的要求[1]。

我國“十三五”和“十四五”規(guī)劃中，新能源被列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的范疇，新能源技術領域是21 世紀對世界經(jīng)濟發(fā)展起決定性影響的五個重大技術領域之一。其中新能源技術有一個關鍵環(huán)節(jié)，即新能源材料與器件。新能源材料與器件專業(yè)的主干課程包括“新能源材料與器件概論”“新型電池材料”“應用電化學”“新能源材料設計與制備”，橫跨材料、物理、化學、電子等多個學科，該專業(yè)的目標是在對基本理論進行深入理解的基礎上，開發(fā)出新一代高性能綠色能源材料、技術和器件（如汽車、儲能電站、高端醫(yī)療等領域的電源）。

“新型電池材料”作為該專業(yè)的重要基礎課程，基礎電化學概念、基本電化學理論和材料的基本合成方法為本課程的講授重點，電池組裝與測試為實踐教學重點。通過本課程學習，學生將具備新型電池材料的合成和評價其電化學性能的能力，為后續(xù)開展新能源材料等方面的研究和科技攻關打下堅實基礎。該課程教學改革的探索和實踐對新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)模式優(yōu)化具有重要意義[2]。

1 “新型電池材料”課程教學存在的問題

1.1 上課形式單一

“新型電池材料”課程的授課方式多以教師講授為主、學生被動聽，講授內容為電池理論的基本概念、基本原理和電池分析方法，內容單調、枯燥、乏味，往往不利于提升學生的學習興趣。同時“新型電池材料”課程由材料化學等多學科交叉形成，具有知識體系零散，知識點繁雜等特征，因此教學難度增加。授課過程中，教師一味以自身教學節(jié)奏為主，忽略學生的吸收過程，導致學生跟不上教師節(jié)奏進度，機械性地記憶知識點，未能深入理解其知識點背后的科學意義，知識點難以靈活運用于實際問題的解答，從而影響學生的創(chuàng)新能力。因此，傳統(tǒng)的灌輸式教學方式并不能根本提升學生的創(chuàng)新思維和激發(fā)學生的學習興趣，反而導致學生將該課程歸入死記硬背式的應試教育，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[3-4]。

1.2 課程知識體系龐大，學時少

新型電池材料是一門綜合性強、多學科交叉、技術含量高的學科，有關新型電池材料的基本理論涉及許多的基礎課程，比如大學化學、物理化學、材料科學基礎和納米材料。雖然本專業(yè)學生在學習“新型電池材料”課程之前已對部分基礎課程有所學習，但每一門課程包含的內容多且側重點不同，學生可能對新型電池材料的知識儲備不足。同時，“新型電池材料”課程的課時有著嚴格的限定，這使得“新型電池材料”課程的教學工作面臨著一個不可避免的問題：如何利用有限的教學課時，更有邏輯地組織“新型電池材料”課程的內容，以便讓學生更好地吸收知識點[5]。

2 “新型電池材料”課程教學改革的思考與實踐

2.1 優(yōu)化更新課程教學內容

“新型電池材料”是新能源材料與器件專業(yè)的重要課程之一，主要培養(yǎng)學生對新能源材料的合成和測試能力。而課程教學內容陳舊單一，缺乏科技創(chuàng)新前沿的實驗項目教學，不能很好地體現(xiàn)新能源材料與器件專業(yè)創(chuàng)新型人才的定位。另外，其中大多數(shù)的電池制備實驗都是一些基礎的驗證性實驗，缺乏設計性實驗。大多數(shù)都是有固定的合成方法和步驟，學生機械性完成實驗，缺乏獨立思考和探索創(chuàng)新的空間，不能有效提高學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

針對“新型電池材料”課程中存在的問題，根據(jù)該課程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標，課程內容將新能源材料和器材領域的基礎知識、國際研究前和國家重大需求有機結合，全面優(yōu)化了課程內容，見表1。

表1 新型電池材料課程內容

課程內容包括了化學電源的概論和理論基礎（序號1-2），各個種類的電池工作原理介紹及其組成和特點（序號3-13），電池設計及電池測試技術（序號14）。該教學內容設計囊括了在實際生活中的應用的所有電池，并且介紹了電池的工作原理，電池設計及電池測試等內容。

2.2 開展模塊化教學，提升教學質量

模塊式教學（MES）當今是一種相對先進的教學模式。該教學法是通過分析每個專業(yè)特點，將教學大綱和教材開發(fā)成不同的教學模塊形成的組合教學模式。其教學目標明確，每一個模塊根據(jù)人才培養(yǎng)目標，按需授教、學用一致。模塊式教學可讓學生在整個學習過程中更加靈活，有助于提高學生的自主學習能力及其創(chuàng)新能力。

新型電池材料模塊化設計是對鋰電池、鋰離子電池、鉛酸蓄電池、燃料電池、一次電池、激活電池等多類型電池的文獻調研和研究，結合有關企業(yè)的生產(chǎn)情況，采用模塊式的模式組織教學內容。以一次化學電源為例，其一次電池的種類可以分成4 個子模塊，其中子模塊中包含符合該電池種類的多種新型電池材料的相關知識，如工作原理、結構組成等。每一模塊設立獨立的教學單位，教學目標明確，使學習的靈活性提高，并且有利于學生對知識的掌握，進一步提升學生對該課程的學習能力、創(chuàng)新能力和綜合素質。

模塊化設計對本課程傳統(tǒng)高等教育課堂教學進行了改革，推出了四位一體教學方式即“教、研、做、改”相結合，通過老師教學、學生討論研究、學生對電池材料進行設計實踐和學生在教師指導下改進等一系列過程，與傳統(tǒng)的老師只利用其掌握的專業(yè)知識泛性教學相比較起來，這種教學模式的設計提升了學生的動手能力、職業(yè)能力和創(chuàng)新能力。

2.3 理論與科研實踐相結合

“新型電池材料”知識點豐富，看似理論性和介紹性內容多，實際上實踐性極強，單純的理論學習不能很好地提升學生的學習興趣，反而會降低學生對所學內容的理解和實際運用能力。根據(jù)本專業(yè)的優(yōu)勢，提出理論學習與科研實踐相結合的教學方法，讓學生自己親手合成材料、組裝電池和測試電池，進一步提升學生的動手能力，教會學生如何將理論運用于實踐。學生通過自己動手練習，提升其感性認識，增強其實踐動手能力，也對一些材料進行合成，了解材料內部科學問題，促進其對其他專業(yè)課程的掌握學習，促使學生思考一些科學問題，進一步提升學生的創(chuàng)新能力，把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才政策落實下去[6]。

2.4 改革課程考核制度

目前，“新型電池材料”課程的考核成績分為三部分：上課出勤率、平時作業(yè)成績、期末考試，其中以期末考試為主體，占據(jù)80%以上。這種考核方式并不能完全體現(xiàn)學生的綜合能力。因此，在學生成績評定中適當提升學生的課外學習任務的成績，比如，在任務設計中有一項學生查找資料、閱讀文獻，自己動手制作電池，并且對學生自己制作的電池進行應用展示，這項任務可以適當給予一些成績。讓學生的學習積極程度得到顯著提升，使學生可以主動地去學習一些有關于新型電池材料的內容，多閱讀文獻，提升學生閱讀文獻能力，同時讓學生對本課程的理解深刻，進一步提升學生的學習能力和創(chuàng)新能力[7]。

2.5 將國家重大需求與專業(yè)內容有機結合

新能源將是未來一個時期最活躍的產(chǎn)業(yè)賽道，是國家的重大需求，也是國際學術前沿。在授課過程中將各種電池技術面臨的關鍵瓶頸難題、背后的科學問題、在國民經(jīng)濟中的應用場景有機結合，將會極大激發(fā)學生的學習興趣，可以引導學生主動將自己的專業(yè)融入國家發(fā)展大局[8]。目前新型電池的發(fā)展方興未艾，然而眾多電池的未來發(fā)展前景，對于本科生來說還缺乏足夠的認識，在課程內容的設計上，通過從原理、電池原材料、需求等多方面科學合理分析，可以在學生心中建立起比較明確的藍圖，在學生知道電池技術發(fā)展重點方向后，才能更準確將自己的專業(yè)應用于國家重大需求。

3 結論

“新型電池材料”作為新能源材料與器件專業(yè)的一門重要的學科基礎課，在前面學習的課程和后續(xù)學習的課程中起著橋梁的作用。學生學習質量的好壞，直接影響了其對新型電池材料和其他有關新能源材料科學領域知識的掌握。本文在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的前提下，研究“新型電池材料”課程的教學內容和作業(yè)設計改革，輔助以教學方式的改進。經(jīng)過對本課程教學改革，最大限度地提升了學生對本課程學習的興趣，課堂教學質量顯著提升。并且讓學生對知識點的理解整合和動手能力得到了加強，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。本次課程改革也對培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才提供了一定思路。