“雙碳”目標(biāo)下新能源材料與器件專業(yè)項(xiàng)目式教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐

田園園，高 芳，金 巍，曹俊斌

（山西工學(xué)院 山西 朔州 036000）

工業(yè)革命后，溫室效應(yīng)及環(huán)境污染現(xiàn)象隨著全球一次能源消費(fèi)量的增加而不斷惡化。為此，我國出臺了“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略，旨在推動(dòng)我國能源轉(zhuǎn)型快速發(fā)展。穩(wěn)步推進(jìn)以煤炭為主體型能源向兜底保障型能源轉(zhuǎn)變[1-2]，加速發(fā)展風(fēng)、光、氫等清潔能源，是未來我國乃至世界能源革命的重要方向。在我國相關(guān)新能源政策的扶持下，光伏等新能源產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，在產(chǎn)能方面已處于世界各國的前列，但其原始創(chuàng)新及關(guān)鍵技術(shù)仍面臨著“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。某些高精尖行業(yè)技術(shù)仍處于被封鎖的困境，新興能源產(chǎn)業(yè)所需的戰(zhàn)略科學(xué)家匱乏，復(fù)合型人才稀缺，產(chǎn)業(yè)人才稀少問題日趨嚴(yán)重[3]。

新能源材料與器件專業(yè)是為適應(yīng)我國新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要而設(shè)立的專業(yè)。而在傳統(tǒng)工科教育模式中，出現(xiàn)的“教學(xué)同質(zhì)化”“實(shí)踐脫離工程實(shí)際”等問題[4]，無法滿足新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。所以新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)方案建設(shè)必須緊扣地方能源轉(zhuǎn)型發(fā)展需求，基于“新工科”理念和“雙碳”政策，優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系建設(shè)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供原始創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)支撐，以期改變傳統(tǒng)工科教育產(chǎn)出落后實(shí)際需求的現(xiàn)狀?；诖?，筆者介紹了結(jié)合項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)理念，對專業(yè)的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了初步探索，并對過程中的實(shí)踐進(jìn)行思考與總結(jié)，以期為新能源材料與器件專業(yè)的教學(xué)改革提供新的借鑒。

1 地方高校新能源材料與器件專業(yè)的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐探索

為進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)教融合深度發(fā)展，2021 年我省教育廳頒發(fā)了《山西省教育廳關(guān)于推進(jìn)應(yīng)用型本科高校建設(shè)的指導(dǎo)意見》。隨即山西省內(nèi)多所應(yīng)用型本科高校應(yīng)運(yùn)而生，山西工學(xué)院便是山西省首批轉(zhuǎn)設(shè)高校之一。山西工學(xué)院緊密結(jié)合地方發(fā)展現(xiàn)狀，將辦學(xué)定位錨定于“立足山西，面向全國，做好朔州事情”。新能源材料與器件專業(yè)便是依據(jù)山西省尤為朔州市能源轉(zhuǎn)型發(fā)展迫切需要而申辦的應(yīng)用型本科專業(yè)。如圖1 所示，筆者依據(jù)地方能源企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展而產(chǎn)生大量新能源應(yīng)用型人才需求的空缺現(xiàn)狀，設(shè)置專業(yè)動(dòng)態(tài)化方向。結(jié)合校政企三方面人才構(gòu)建師資隊(duì)伍，共同參與學(xué)生培養(yǎng)。課程教學(xué)體系深度融入高校以學(xué)生為中心的培養(yǎng)理念，并有效結(jié)合政府、企業(yè)的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向共同參與制定。在課程教學(xué)體系的實(shí)施過程中，有效推動(dòng)教學(xué)體系改革、教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，按照項(xiàng)目式教學(xué)理念對課程體系進(jìn)行整合，分為：通識課程模塊、項(xiàng)目鏈?zhǔn)秸n程模塊、項(xiàng)目鏈?zhǔn)綄?shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。進(jìn)一步深化產(chǎn)教融合基地的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)校政企三方共享共建、共同發(fā)展的初衷。校政企三方根據(jù)實(shí)際發(fā)展難題和地方能源轉(zhuǎn)型面臨的困境共同參與研究方向的制定，擬定項(xiàng)目式課題。高校骨干教師及企業(yè)技術(shù)人員依托產(chǎn)教融合基地，發(fā)揮科研創(chuàng)新優(yōu)勢帶領(lǐng)并培育學(xué)生進(jìn)行技術(shù)難題攻關(guān)和科研前沿探索，開展以項(xiàng)目成果為導(dǎo)向的教學(xué)研究。

圖1 新能源材料與器件專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐示意圖

1.1 項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)的必要性

“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，倒逼企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。碳稅政策的下達(dá)致使一次化石能源的使用成本急劇增加，環(huán)保要求不斷提高，傳統(tǒng)高污染、高能耗的生產(chǎn)模式必然“轟塌”[5]。地方企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展必然產(chǎn)生大量的新技術(shù)、新崗位、新人才需求。企業(yè)將轉(zhuǎn)型發(fā)展所面臨的技術(shù)難題交予高校合作，融入學(xué)生培養(yǎng)過程中設(shè)定為項(xiàng)目式成果要求，一方面可為企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供解題之策，另一方面，在此過程中所產(chǎn)生的“訂單式”培養(yǎng)人才可直達(dá)企業(yè)解決用工之需。

新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生具備開發(fā)新能源材料、研究新工藝、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料專門人才。在新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)中融入項(xiàng)目式教學(xué)理念對培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、評價(jià)體系等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，使學(xué)生以項(xiàng)目成果為導(dǎo)向，通過“構(gòu)想—驗(yàn)證—完善—制造出某種東西”的路徑，使學(xué)生轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)被動(dòng)學(xué)習(xí)模式，提升學(xué)生的主觀能動(dòng)性，以主動(dòng)探索學(xué)科專業(yè)知識，提升創(chuàng)新及實(shí)操動(dòng)手能力。

學(xué)生在對專業(yè)導(dǎo)論等基礎(chǔ)專業(yè)課程的初識過程中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲。在此階段學(xué)生的思維開闊、天馬行空而不受傳統(tǒng)慣性思維約束，學(xué)生們主動(dòng)參加科研探索的熱情高漲。以項(xiàng)目鏈?zhǔn)浇虒W(xué)理念對專業(yè)課程進(jìn)行重構(gòu)，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生興趣向?qū)I(yè)培養(yǎng)方向深化，據(jù)不同學(xué)生的興趣方向，輔以高校教師科研項(xiàng)目、企業(yè)工程項(xiàng)目為題，融入專業(yè)學(xué)習(xí)過程。以“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽”等活動(dòng)賽事為項(xiàng)目式教學(xué)依托背景，為學(xué)生營造科研創(chuàng)新儀式感，提升成就感。

1.2 項(xiàng)目式課程的構(gòu)建

山西省能源轉(zhuǎn)型過程中伴隨新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式的產(chǎn)生而必將出現(xiàn)大量的應(yīng)用型人才缺口?！渡轿魇」夥a(chǎn)業(yè)鏈2023 年行動(dòng)方案》指出，到2023 年底，力爭省內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)能穩(wěn)定在20 GW以上，產(chǎn)業(yè)鏈“延鏈”“補(bǔ)鏈”取得實(shí)效。據(jù)此，新能源材料與器件專業(yè)擬定了四個(gè)動(dòng)態(tài)方向，能量轉(zhuǎn)換材料與器件方向，培育光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等卓越工程師，助力光伏產(chǎn)業(yè)、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展；儲能材料與器件方向，培育儲能器件設(shè)計(jì)與制備人才，推動(dòng)地方電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；特殊功能材料與器件專業(yè)方向，儲備電解水、燃料電池等技術(shù)相關(guān)人才，補(bǔ)充新能源多方位發(fā)展；廢舊電池回收與資源化方向，培養(yǎng)新能源材料與器件資源化再利用后備軍，布局未來綠色儲能發(fā)展。

以特殊功能材料與器件方向（電解水）為例，構(gòu)建項(xiàng)目式教學(xué)模塊化課程。氫能的開發(fā)應(yīng)用是破解環(huán)境污染和能源危機(jī)的有效途徑之一，研究表明電解水制氫是高效綠色可持續(xù)的制氫途徑[6]。然而電解水制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展受限于其高成本、高能耗的生產(chǎn)過程。以研發(fā)低成本、高效率的制氫工藝為成果需求，通過項(xiàng)目鏈?zhǔn)秸n程模塊和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解氫能等新能源行業(yè)的發(fā)展背景，學(xué)習(xí)新能源材料與器件的理論知識，培育學(xué)生的動(dòng)手操作能力，以期在企業(yè)行業(yè)難題中實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時(shí)達(dá)到畢業(yè)要求。

如圖2 所示，在新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生完成通識課程模塊的學(xué)習(xí)后，暨大二學(xué)年，實(shí)施項(xiàng)目式課程模塊教學(xué)。開設(shè)專業(yè)導(dǎo)入課程模塊，使學(xué)生在專業(yè)初識過程中對新能源材料與器件專業(yè)具有初步的了解。專業(yè)導(dǎo)入課程模塊中，改變傳統(tǒng)專業(yè)導(dǎo)論課程模式，以邀請報(bào)告的形式開展專業(yè)導(dǎo)論教學(xué)，使學(xué)生們可以近距離接觸專業(yè)“大?！睂＜?，了解專業(yè)方向中的前沿進(jìn)展，國際國內(nèi)行業(yè)形勢變化，從而拓寬學(xué)生的知識面。高校與當(dāng)?shù)啬衬茉雌髽I(yè)建立合作，通過結(jié)合校企合作項(xiàng)目，教師科研項(xiàng)目等建立項(xiàng)目課題庫，學(xué)生可組隊(duì)在項(xiàng)目庫中自由選擇至少一個(gè)項(xiàng)目課題，開展后期的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)過程中，依據(jù)材料類專業(yè)方向特點(diǎn)，項(xiàng)目式課程模塊分為“材料合成與制備”模塊、“材料分析與表征”模塊、“器件組裝與測試”模塊，依次分布在該專業(yè)學(xué)生的大三、大四學(xué)年。在項(xiàng)目式課程模塊的實(shí)施過程中，同時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)高度引入企業(yè)生產(chǎn)過程示范，使學(xué)生真正在企業(yè)生產(chǎn)過程中學(xué)習(xí)新能源材料與器件的工程技術(shù)。

圖2 新能源材料與器件項(xiàng)目鏈?zhǔn)秸n程模塊化實(shí)踐流程圖

1.3 課程思政元素導(dǎo)入項(xiàng)目式教學(xué)

“雙碳”目標(biāo)及國家相關(guān)政策的鼓勵(lì)下，我國在全球新能源產(chǎn)業(yè)格局中占據(jù)著重要的地位。以光伏發(fā)電為例，我國引領(lǐng)全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈，2021 年我國多晶硅、硅片、電池片、組件的產(chǎn)量在全球占比分別高達(dá)76%、96.2%、82.5%、76.1%。然而在某些制造、檢測等高端設(shè)備上均強(qiáng)烈依賴進(jìn)口，面臨著“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。因此，課程思政元素導(dǎo)入項(xiàng)目式教學(xué)勢在必行。在項(xiàng)目式課程體系設(shè)置中，深入開展情懷教育。講解經(jīng)典案例，分析國內(nèi)外大型環(huán)境污染及保護(hù)的事件或事故；探討國內(nèi)外發(fā)展史上重大科學(xué)技術(shù)突破的建設(shè)案例；分析比對國內(nèi)外科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀等。將這些內(nèi)容作為思政元素導(dǎo)入項(xiàng)目式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新活力、強(qiáng)化愛國情懷、樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。結(jié)合國家政策、地方發(fā)展，力求在專業(yè)的學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中秉承工匠精神、厚積薄發(fā)以破解技術(shù)難題，擔(dān)當(dāng)國之大任。

1.4 創(chuàng)新性考評貫穿項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生成績的認(rèn)定一般主要為兩個(gè)部分：其一是實(shí)驗(yàn)過程中的動(dòng)手能力考核，主要考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力；其二是學(xué)生的分析總結(jié)能力，主要考查學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫能力[7]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中并沒有重點(diǎn)體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與考核。在新能源材料與器件專業(yè)的項(xiàng)目式教學(xué)過程中，高校教師與地方企業(yè)負(fù)責(zé)出題，設(shè)定符合專業(yè)方向的課題。學(xué)生在以項(xiàng)目成果為導(dǎo)向的模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中，結(jié)合查閱科技論文、技術(shù)報(bào)告等資料，設(shè)計(jì)擬定實(shí)驗(yàn)方案，在教師的指導(dǎo)下開展實(shí)驗(yàn)，最終完成目標(biāo)成果。另一方面，任課教師需要根據(jù)不斷變化的企業(yè)難題分析、拆解、設(shè)計(jì)項(xiàng)目式課題，不斷吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，與學(xué)生共同參與完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。在新能源材料與器件專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中增加創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與考評占比，構(gòu)建適應(yīng)于項(xiàng)目式教學(xué)的考評機(jī)制，與此同時(shí)培養(yǎng)和提升學(xué)生及教師的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

1.5 注重項(xiàng)目式教學(xué)過程性評價(jià)

傳統(tǒng)工科教學(xué)模式下，學(xué)生成績認(rèn)定一般為學(xué)生考試成績和課堂表現(xiàn)成績兩部分構(gòu)成，且學(xué)生考試成績占比較大。這種傳統(tǒng)模式教育下的評定方式更加注重結(jié)果性評價(jià)，而忽略了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維養(yǎng)成過程及創(chuàng)新能力提升過程。因此，建立與項(xiàng)目式教學(xué)模式相匹配的課程評價(jià)體系，才能使學(xué)生高效地獲取知識和提升能力。

項(xiàng)目式教學(xué)過程性評價(jià)，其主體由傳統(tǒng)教學(xué)模式下任課教師的單一主體改變?yōu)閰⑴c項(xiàng)目式教學(xué)當(dāng)中的多元化主體（專業(yè)教師+企業(yè)工程師+學(xué)生互評）；其評價(jià)內(nèi)容，以項(xiàng)目式教學(xué)過程中的多維度構(gòu)成，分別為學(xué)生的從事項(xiàng)目學(xué)習(xí)的態(tài)度責(zé)任、動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、團(tuán)隊(duì)間的交流情況、項(xiàng)目的執(zhí)行進(jìn)度及質(zhì)量、知識領(lǐng)悟程度、思維技巧等方面；其評價(jià)依據(jù)由傳統(tǒng)教學(xué)模式下的卷面成績改變?yōu)榭疾祉?xiàng)目執(zhí)行過程中的多元化成果，包含項(xiàng)目式成果要求的完成度、項(xiàng)目匯報(bào)情況以及隨項(xiàng)目式教學(xué)過程所產(chǎn)生的過程性考查等。

2 新能源材料與器件專業(yè)項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐總結(jié)

項(xiàng)目式教學(xué)模式在筆者所負(fù)責(zé)的新能源材料與器件專業(yè)中已開展實(shí)施并初見成效。筆者在專業(yè)導(dǎo)論課程中結(jié)合自身科研與橫向課題經(jīng)歷，向同學(xué)們介紹專業(yè)背景和企業(yè)所面臨的重大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。筆者依據(jù)學(xué)生群體不同的興趣方向，進(jìn)行分組和項(xiàng)目課題的雙向選擇，以開展后續(xù)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，要求學(xué)生分工明確并相互交流。不同組之間除日常理論課程的學(xué)習(xí)外，還定期以“組會”形式召開討論，相互交流學(xué)習(xí)成果心得，相互促進(jìn)。隨著項(xiàng)目式教學(xué)過程的推進(jìn)，要求學(xué)生團(tuán)隊(duì)參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，并取得了良好的成績。

值得注意的是，在整個(gè)項(xiàng)目式教學(xué)過程中，教師已不再占據(jù)主導(dǎo)地位，所做工作更多是引導(dǎo)與答疑解惑。學(xué)生獲得課題后，則是遇到問題—師生討論—主動(dòng)探索—提出方案—實(shí)驗(yàn)論證。通過這種目標(biāo)導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，學(xué)習(xí)效率得到了有效的提升。并且，構(gòu)建項(xiàng)目鏈?zhǔn)秸n程模塊的方式打破了不同課程之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)了更高效的教與學(xué)。

3 結(jié)語

在國家“雙碳”目標(biāo)和應(yīng)用型本科高校建設(shè)的背景下，為提升新能源材料與器件專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量，培育出更多優(yōu)秀人才，新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)方案需在教改實(shí)踐中不斷創(chuàng)新與完善。筆者緊扣地方能源企業(yè)發(fā)展需求并基于項(xiàng)目式教學(xué)理念，對新能源材料與器件專業(yè)的教學(xué)改革開展了初步的探索與實(shí)踐，并取得了一定的成效。在新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)模式優(yōu)化與完善過程中，仍需融合項(xiàng)目式教學(xué)理念進(jìn)行長期而持久的改革與創(chuàng)新，以不斷適應(yīng)社會發(fā)展需求，為地方發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。