“兩性一度”理念在新能源專業(yè)課程教學(xué)中的實(shí)踐
——以“電池材料與器件”課程為例*

吳 玨，高偉萍，溫奇靈，王顯赫

(珠?？萍紝W(xué)院，廣東 珠海 519041)

為促進(jìn)高等教育進(jìn)一步發(fā)展，在2018年的第十一屆“中國大學(xué)教學(xué)論壇”中，教育部高等教育司原司長吳巖提出“兩性一度”的中國“金課”標(biāo)準(zhǔn)[1]。報(bào)告中，吳巖提出“雙一流”建設(shè)的核心是課程建設(shè)，其質(zhì)量是決定人才培養(yǎng)的重要因素；并提出一流課程建設(shè)需要具備高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，即所謂的“兩性一度”[2]。此后，“兩性一度”的課程教學(xué)理念，被不斷深入到高校課程改革中。

為適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和國家“雙碳”需求，新能源、新材料新興產(chǎn)業(yè)成為我國現(xiàn)階段發(fā)展的重點(diǎn)[3-4]。屬于“新工科”的新能源材料與器件專業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，重點(diǎn)培養(yǎng)新能源、新材料領(lǐng)域的應(yīng)用型人才。“電池材料與器件”課程主要介紹電池的工作原理、結(jié)構(gòu)、材料和相關(guān)技術(shù)，是高等院校新能源相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門必修核心課程。通過本課程教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握電池的組成、工作原理及電化學(xué)性能，了解各類電池的種類性能、應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展趨勢(shì)，能夠進(jìn)行基本化學(xué)電池的設(shè)計(jì)[5]。通過課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論電化學(xué)知識(shí)分析、判斷、解決電化學(xué)實(shí)際問題的能力[6]。

該課程既屬于專業(yè)必修課，理論性強(qiáng)、系統(tǒng)性強(qiáng)；課程又是專業(yè)技術(shù)課，“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)系密切，課程知識(shí)可直接為解決電池相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)實(shí)際問題服務(wù)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞這一特點(diǎn)，結(jié)合“兩性一度”一流課程建設(shè)要求和“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[7]，開展教學(xué)的創(chuàng)新和實(shí)踐。下面從教學(xué)模式、課程評(píng)價(jià)等方面出發(fā)，以方法與案例相結(jié)合的形式展開論述(如圖1所示)，供相關(guān)專業(yè)參考。

圖1 課程建設(shè)思路

1 課程高階性

課程的高階性，要求通過教學(xué)實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素質(zhì)三者的有機(jī)融合，并培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的高級(jí)思維和綜合能力。針對(duì)“高階性”的目標(biāo)，可通過教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)。

1.1 打造高階教學(xué)模式

“電池材料與器件”課程中講授的各類電池體系，大多數(shù)廣泛用于日常生活。因此，教學(xué)過程中應(yīng)注重理論知識(shí)與實(shí)際生活的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

案例1，通過設(shè)置微型實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移的高階能力。將理論教學(xué)結(jié)合工程實(shí)際，通過微型實(shí)驗(yàn)室形成具有工程背景的教學(xué)形式。從傳統(tǒng)紙質(zhì)案例，轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝襟w立體化、數(shù)字化、智能化案例。在案例分析過程，教師通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)，從不同視角、方法展開探索，學(xué)會(huì)自主設(shè)計(jì)課程案例。例如，講解電池測(cè)試方法知識(shí)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生通過建模分析、課題交流的形式，充分激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和求知欲，提高學(xué)生分析問題、解決問題和實(shí)踐能力。教師可從科研生產(chǎn)實(shí)際問題提取研究方向，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用課堂知識(shí)，通過自主思考、團(tuán)隊(duì)討論解決實(shí)際問題。例如，“電化學(xué)測(cè)試方法”章節(jié)，針對(duì)電池使用壽命問題，可安排學(xué)生采用電化學(xué)阻抗譜方法分析電池的電化學(xué)阻抗演化過程。組織學(xué)生分小組進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，并學(xué)習(xí)進(jìn)行電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)譜圖的理論模擬。并按照模擬結(jié)果，結(jié)合文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行譜圖解析，從而預(yù)測(cè)電池的使用壽命。通過微型實(shí)驗(yàn)室的課程訓(xùn)練，讓學(xué)生了解課程內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用、并鍛煉學(xué)生解決問題的能力。

案例2，組織學(xué)生到動(dòng)力電池企業(yè)參觀，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用有更直觀了解。例如，在講授“鋰離子電池”章節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)，選擇珠海格力鈦有限公司、珠海冠宇有限公司組織學(xué)生實(shí)地參觀。通過直觀接觸生產(chǎn)實(shí)際過程、與企業(yè)人員面對(duì)面交流的方式，直接了解課題知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用及目前面臨的實(shí)際問題，并鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行問題解決。在此過程中，學(xué)生可更好地鞏固課堂教學(xué)過程中電池制備過程，靈活運(yùn)用電化學(xué)測(cè)試過程等知識(shí)。同時(shí)在參觀過程中介紹企業(yè)的發(fā)明專利和創(chuàng)新發(fā)展，滲透思政育人元素，激發(fā)學(xué)生對(duì)新能源專業(yè)的專業(yè)使命感和科技報(bào)國熱情。在實(shí)踐教學(xué)過程中，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生通過專業(yè)知識(shí)分析實(shí)際工程問題的高階思維方式。

2 課程創(chuàng)新性

課程的創(chuàng)新性主要包括三個(gè)方面。首先，課程內(nèi)容需體現(xiàn)前沿性與時(shí)代性；其次，教學(xué)形式需體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性；此外，學(xué)習(xí)結(jié)果需具有探究性和個(gè)性化。為實(shí)現(xiàn)課程的創(chuàng)新性，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式兩方面進(jìn)行改革[8]。

2.1 引入最前沿教學(xué)內(nèi)容

電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日新月異?！半姵夭牧吓c器件”課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，在教學(xué)過程應(yīng)突出課程的重難點(diǎn)和前沿性。一方面，在教學(xué)過程中以重、難點(diǎn)為主線，補(bǔ)充相關(guān)的物理、化學(xué)、電化學(xué)知識(shí)。通過整合基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。另一方面，引入課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的前沿知識(shí)。在課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)處引入最新科研文獻(xiàn)、專利的方式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)電池基本理論知識(shí)的同時(shí)，更加意識(shí)到理論對(duì)科技發(fā)展的重要性。

案例3，以“文獻(xiàn)+專利”形式，讓學(xué)生更多地感知電池行業(yè)的發(fā)展前沿。我國在動(dòng)力電池方面已位于世界領(lǐng)先地位，可通過觀看《大國重器》、前沿講座等視頻方式，讓學(xué)生切實(shí)了解發(fā)展現(xiàn)狀，提升學(xué)生的民族自豪感[5]。如借助比亞迪“刀片電池”寧德時(shí)代“固態(tài)電池” “6 μm 銅箔”等專利的介紹，讓學(xué)生直觀了解電池設(shè)計(jì)對(duì)電池工作性能的直接影響；觀看中國科學(xué)院物理研究所對(duì)“鈉離子電池”的研發(fā)過程，了解我國科學(xué)家科技報(bào)國、刻苦嚴(yán)謹(jǐn)、自強(qiáng)不息的科學(xué)精神。同時(shí)，課程還從學(xué)校延伸至工業(yè)界，如邀請(qǐng)電池企業(yè)界的專家做課堂講座，讓學(xué)生從工業(yè)視角更好地了解電池企業(yè)的真實(shí)需求和發(fā)展方向。

2.2 深化教學(xué)模式創(chuàng)新

在教學(xué)模式方面，可以根據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀和方向，及時(shí)調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，將新技術(shù)、新方法、新思路融入到課堂教學(xué)中。

案例4，設(shè)置翻轉(zhuǎn)課堂，通過研討式與互動(dòng)式相結(jié)合的課程教學(xué)方式，加強(qiáng)“教師、學(xué)生和社會(huì)”三者間的互動(dòng)性。例如，教師選取新能源汽車高能量密度動(dòng)力電池設(shè)計(jì)的教學(xué)案例，將學(xué)生帶入真實(shí)的工程問題。教學(xué)過程中，將學(xué)生分成4人一組，各組由1名組長、3名成員組成[9]。教師根據(jù)工程案例設(shè)定具體研討目標(biāo)及待解決問題，各組圍繞問題展開文獻(xiàn)調(diào)研、案例收集和組內(nèi)討論，圍繞工程案例相關(guān)問題發(fā)表自己見解，并針對(duì)問題匯總和總結(jié)小組解決方案。最后各小組將討論結(jié)果制作課件，進(jìn)行課堂課題展示和交流。通過“研討式與互動(dòng)式”相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂，提高學(xué)生的課堂參與度，并加強(qiáng)學(xué)生、教師和社會(huì)三者間的聯(lián)系。

案例5，增加課程配套實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和知識(shí)遷移能力[10-11]。為增加本課程的實(shí)用性，可適當(dāng)設(shè)置課程配套實(shí)驗(yàn)研究課題，以增強(qiáng)課程內(nèi)容的可實(shí)踐性和研究性。例如，在鋰離子電池章節(jié)的教學(xué)過程中，可通過“仿真教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的模式來訓(xùn)練學(xué)生處理和分析電化學(xué)數(shù)據(jù)的能力。在介紹電池組裝實(shí)驗(yàn)步驟之前，可先介紹電池行業(yè)目前面臨的工程問題和目前常用的分析方案和解決措施，從而培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)籌項(xiàng)目開展的能力。讓學(xué)生了解電池分析常用測(cè)試方法的原理，從而體現(xiàn)課程的高階性。實(shí)驗(yàn)過程采用問題導(dǎo)向、分組實(shí)驗(yàn)等探索方式進(jìn)行，從而達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐能力和電化學(xué)數(shù)據(jù)分析能力。

3 課程挑戰(zhàn)度

課程的挑戰(zhàn)度，可適當(dāng)增加課程難度，增加課程設(shè)計(jì)的研究性、創(chuàng)新性、綜合性內(nèi)容，讓學(xué)生體驗(yàn)挑戰(zhàn)、勇于挑戰(zhàn)；嚴(yán)格考核評(píng)價(jià)，讓學(xué)生體會(huì)歷經(jīng)磨練、能力增強(qiáng)的過程。

3.1 提高學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的挑戰(zhàn)度

在傳輸專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，注重學(xué)生學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)。在每章小結(jié)部分引入思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)整合能力和邏輯思維能力。本課程涉及知識(shí)面廣，涵蓋無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)。通過讓學(xué)生自主繪制思維導(dǎo)圖，整理每章節(jié)的重(難)點(diǎn)知識(shí)，并發(fā)現(xiàn)和總結(jié)各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)。在此應(yīng)注意，學(xué)生在繪制過程中不應(yīng)僅停留在簡(jiǎn)單知識(shí)點(diǎn)的匯總，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和總結(jié)各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系、邏輯順序等。

3.2 直面教師課程內(nèi)容建設(shè)的挑戰(zhàn)度

課程內(nèi)容是一門理論課程的教學(xué)基礎(chǔ)，本課程結(jié)合“新工科”和“金課”標(biāo)準(zhǔn)的要求，不斷引入最前沿和最重要的知識(shí)。教學(xué)過程中，一方面，降低課程知識(shí)本身的枯燥度和理解難度；另一方面，針對(duì)學(xué)生需求拓展教學(xué)內(nèi)容，提高課程的深度和廣度，最終形成融知識(shí)、實(shí)驗(yàn)、趣味、能力和素質(zhì)為一體、以學(xué)生為中心的課程教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)“立德樹人”的根本教學(xué)任務(wù)。本門課程尚未有權(quán)威或經(jīng)典教材，相關(guān)教材有“物理化學(xué)” “化學(xué)電源” “動(dòng)力電池”等，但由于背景不同，教材內(nèi)容、難度等較難滿足本課程實(shí)際教學(xué)需求。為此，在課程設(shè)計(jì)之初，教師通過大量閱讀相關(guān)教材、文獻(xiàn)，選取其中適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的內(nèi)容，通過課前發(fā)放課件、PDF格式文件的方式用于學(xué)生課前傳閱和預(yù)習(xí)。

3.3 增加綜合能力考核的挑戰(zhàn)度

課程的考核應(yīng)實(shí)現(xiàn)多樣化，并減少考核知識(shí)點(diǎn)的單純記憶，注重知識(shí)遷移應(yīng)用。

例如，考核內(nèi)容盡量減少“記憶型”知識(shí)點(diǎn)，增加多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的融合、遷移的考核，增加應(yīng)用型題目考核。一方面，提高平時(shí)作業(yè)開放性題目占比、案例討論占比及課堂展示占比；另一方面，期末考試命題減少“記憶類”知識(shí)點(diǎn)考核，增加綜合性能力的考核。另外，通過課堂隨機(jī)提問的方式，實(shí)時(shí)了解學(xué)生吸收知識(shí)的情況；引導(dǎo)學(xué)生閱讀專業(yè)文獻(xiàn)，既可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)詞匯、鍛煉論文檢索能力，也可以通過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)更深入地理解和鞏固課堂所學(xué)知識(shí)。課程考核以“終結(jié)性評(píng)價(jià)和過程性評(píng)價(jià)相結(jié)合”的評(píng)價(jià)模式，實(shí)時(shí)、全面地考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果。針對(duì)實(shí)踐類課程環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)相應(yīng)細(xì)致的考核評(píng)價(jià)表。過程性考核重在肯定學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的努力和進(jìn)步，并及時(shí)將考核結(jié)果反饋給學(xué)生。各評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)均有據(jù)可查，綜合考察學(xué)生的能力和態(tài)度，以及個(gè)性和提升幅度等因素，激勵(lì)學(xué)生將學(xué)習(xí)重心從考前突擊轉(zhuǎn)移至綜合能力素質(zhì)的整體提升。

4 結(jié)語

本文基于“兩性一度”的教學(xué)理念，對(duì)“電池材料與器件”理論課程通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和重構(gòu)教學(xué)體系，提高教學(xué)的“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”，從而加強(qiáng)學(xué)生的綜合能力?！半姵夭牧吓c器件”是新能源材料與器件專業(yè)的一門重要且新穎的專業(yè)課程，初步實(shí)踐結(jié)果表明，圍繞“以學(xué)生為中心，理論聯(lián)系實(shí)際”理念的教學(xué)創(chuàng)新，學(xué)生的分析思維、邏輯思維等“復(fù)合”能力，以及文化自信、國際視野等均得到顯著提升。