新工科背景下《新能源材料》課程創(chuàng)新與實(shí)踐*

胡 磊，王黎麗，梁德偉，劉伶俐，楊 蕾，胡恩柱

(合肥學(xué)院能源材料與化工學(xué)院，安徽 合肥 230601)

當(dāng)今世界化石燃料逐漸枯竭，能源短缺已成為人類發(fā)展所必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。同時(shí)面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，新能源和新材料優(yōu)勢明顯，應(yīng)用前景廣闊。新能源包含的種類較多，其中有水能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等。隨著新能源行業(yè)的興起和傳統(tǒng)能源行業(yè)的升級(jí)改造，培養(yǎng)新能源領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人才，已經(jīng)成為我國應(yīng)用型高校的重要目標(biāo)之一。近年來，新工科教學(xué)改革的背景下，需要新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式，而新能源行業(yè)處于突飛猛進(jìn)不斷發(fā)展中，亟需培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)，具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才[1]。《新能源材料》課程作為能源化工專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)選修課，內(nèi)容豐富，集多學(xué)科交叉為一體的綜合性課程。在此之前，本專業(yè)學(xué)生已經(jīng)完成了生物資源利用技術(shù)、油品化學(xué)等專業(yè)方向課，對(duì)于新能源與傳統(tǒng)能源都有了一定的認(rèn)識(shí)和了解，有著一些共同點(diǎn)，也有一些區(qū)別，結(jié)合起來能夠幫助學(xué)生掌握新知識(shí)，同時(shí)也能彌補(bǔ)能源化工專業(yè)課程體系局限和不足。

《新能源材料》課程主要包含鋰離子電池、太陽能電池、燃料電池等章節(jié)。本課程旨在讓學(xué)生了解新能源材料的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景，理解新能源材料的主要任務(wù)及面臨的挑戰(zhàn)，新能源材料的基本特征和基本類型，理解新能源材料的基本性質(zhì)，熟悉新能源材料的一些基本制備方法，懂得應(yīng)用這些基本方法去分析和解決新能源材料實(shí)際應(yīng)用的具體問題[2-3]。作者根據(jù)《新能源材料》開課以來所遇到的問題，初步探討了該課程模塊化教學(xué)改革的探索、激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和考核方式創(chuàng)新等方面的對(duì)該課程進(jìn)行探索，以獲得適用于我院能源化學(xué)工程專業(yè)新能源材料的教學(xué)模式，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果[4]。

1 新能源材料課程教學(xué)現(xiàn)狀與突出問題

首先，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，大四學(xué)生普遍存在主觀能動(dòng)性不足，課前不預(yù)習(xí)，課后不復(fù)習(xí)，單純的靠教師上課的講解，對(duì)待自己的未來也沒有合理的生涯規(guī)劃，同時(shí)學(xué)習(xí)方法和自學(xué)能力的不足導(dǎo)致消極對(duì)待課程內(nèi)容。其次，新能源材料的知識(shí)面廣，知識(shí)點(diǎn)繁雜，存在許多跨學(xué)科背景知識(shí)，學(xué)生掌握和理解有一定的難度。傳統(tǒng)的教學(xué)方法大多是教師講授新能源材料的一些基本方法、基本類型和基本性質(zhì)，忽略了對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)以及缺少一定的實(shí)踐，導(dǎo)致應(yīng)用這些基本方法去分析和解決新能源材料實(shí)際應(yīng)用的具體問題的能力偏弱。再者，隨著科技不斷發(fā)展，各種新材料和新工藝都在不斷的大量涌現(xiàn)，教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)書本對(duì)于新材料的前沿會(huì)有部分的滯后性，知識(shí)更新的速度較快，未能展現(xiàn)出前沿科學(xué)的現(xiàn)狀。作為地方應(yīng)用型高校，也需要立足當(dāng)下，與時(shí)俱進(jìn)，努力培養(yǎng)出合格的應(yīng)用技術(shù)型人才。

2 新能源材料的教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

基于上述存在的現(xiàn)狀和突出問題，我在教學(xué)過程中主要從以下幾個(gè)方面做探討。

2.1 模塊化教學(xué)改革的探索

合肥學(xué)院現(xiàn)正在推行模塊化教學(xué)體系的改革，以能力為導(dǎo)向，滿足企業(yè)需求，培養(yǎng)合格的高素質(zhì)水平人才。首先，樹立“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，由知識(shí)輸入向主動(dòng)學(xué)習(xí)的知識(shí)輸出學(xué)習(xí)形式轉(zhuǎn)變。如：已經(jīng)介紹過電池的一些相關(guān)術(shù)語等專業(yè)知識(shí)以后，布置課后小調(diào)查：“目前電池的快速充放電有哪幾種手段”，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生通過查文獻(xiàn)資料，總結(jié)成PPT，當(dāng)再次上課時(shí)，把講臺(tái)讓給學(xué)生發(fā)揮，既掌握了知識(shí)，也得到了鍛煉，學(xué)生的自學(xué)能力、查找資料的能力和語言表達(dá)能力都得到了鍛煉。同時(shí)，教師也可以通過此案例，引出電流對(duì)于電池安全性的影響等話題，課程更加偏實(shí)用性和針對(duì)性。其次，將科研項(xiàng)目帶入到課程中。如新能源材料課程中的很多材料及改性手段與科研息息相關(guān)，如：在講鋰離子電池LiFePO4的改性這一節(jié)中，可以將相關(guān)企業(yè)及前沿文獻(xiàn)融入其中，圖文并茂的分析碳包覆、離子摻雜及提高表面積的優(yōu)點(diǎn)，更加與時(shí)俱進(jìn)，更加直觀的展現(xiàn)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)況，使學(xué)生對(duì)于能源化工專業(yè)有更深入的了解。最后，《新能源材料》課程信息量大，包含鋰離子電池、太陽能電池、燃料電池、核能和生物能等。從教材的角度，一本教材要覆蓋所有新能源方面，課程的深度又略顯單薄，而不同方向?qū)I(yè)性的書籍又比較深入，不適合本科生的普及性教學(xué)。鑒于當(dāng)前政策電池表現(xiàn)出較好的就業(yè)前景及科研價(jià)值，本課程以電池為主，使得畢業(yè)生在工程應(yīng)用和科學(xué)研究方面有較為理想的發(fā)展空間。同時(shí)由于涉及到多學(xué)科，照顧到所有方面的知識(shí)點(diǎn)也要突出重點(diǎn)。課程中擬采用不同專業(yè)背景的教師合作教學(xué)，每位老師都有精通的章節(jié)，使得教學(xué)質(zhì)量能夠進(jìn)一步提高。實(shí)際過程中需要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的規(guī)劃，如新能源材料中的生物質(zhì)能源，學(xué)生在《能源化工生物學(xué)基礎(chǔ)》這門課中有過相關(guān)的學(xué)習(xí)，所以可以進(jìn)行相應(yīng)的刪減[5]。

2.2 激發(fā)學(xué)生興趣，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)

興趣是最好的老師，除了理論課的教學(xué)，課后也會(huì)建立課程群組，不定期分享與課程相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源，并對(duì)相關(guān)專業(yè)微信公眾號(hào)進(jìn)行推薦，好的信息源有利于學(xué)生建立專業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)專業(yè)及行業(yè)信息的推送也能使學(xué)生耳濡目染，進(jìn)而關(guān)注熱點(diǎn)領(lǐng)域及問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[6]。同時(shí)結(jié)合年輕人當(dāng)下接觸較多的流媒體平臺(tái)B站，激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情，使書本知識(shí)形象生動(dòng)，化被動(dòng)為主動(dòng)。日常教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)書本對(duì)于新材料的前沿會(huì)有部分的滯后性，知識(shí)更新的速度較快，未能展現(xiàn)出前沿科學(xué)的現(xiàn)狀。書本上的知識(shí)大部分為已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化和成熟的材料技術(shù)，而目前的前沿和產(chǎn)業(yè)還是比較新的。實(shí)際課堂教學(xué)中可通過課堂閱讀相關(guān)科技論文，并于課本中相對(duì)成熟的工業(yè)上的材料和工藝技術(shù)進(jìn)行類比，加深學(xué)生的印象，講述過程中，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)涉及到的儀器設(shè)備，盡量選用圖片和視頻進(jìn)行直觀形象表達(dá)。通過講述案例分析，能夠從感性認(rèn)識(shí)上升到對(duì)于工藝流程的理性認(rèn)識(shí)。為了激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，在日常的教學(xué)過程中也注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，設(shè)置一些專業(yè)相關(guān)的社會(huì)實(shí)踐。如調(diào)查合肥周邊的鋰電企業(yè)及生產(chǎn)產(chǎn)品、合肥共享電單車中電源的廠家及成本核算以及廢舊電池的回收與應(yīng)用，你有什么好方法？通過設(shè)置一系列的小專題，激發(fā)學(xué)生的興趣，提高參與度，學(xué)以致用，在實(shí)踐中提升專業(yè)水平，對(duì)于能源材料的應(yīng)用與進(jìn)展有更深入的理解。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

合肥學(xué)院一直是安徽省應(yīng)用型高校的排頭兵，學(xué)校以培養(yǎng)應(yīng)用型的工程師為主要目標(biāo)來滿足企業(yè)對(duì)人才的需求，在日常教學(xué)過程中側(cè)重動(dòng)手及實(shí)踐能力的培養(yǎng)。依托合肥學(xué)院新能源材料與系統(tǒng)研發(fā)中心，將豐富的科研資源轉(zhuǎn)換成教學(xué)資源，理論課上介紹了不同新能源材料的種類，學(xué)生可以根據(jù)自己的喜歡的方向選擇對(duì)應(yīng)的教師，完成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目或教師自身的科研項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生把學(xué)到的專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問題過程中，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

此外，能源化工專業(yè)也與國軒高科、安慶石化、合肥鋰能科技有限公司等簽訂了實(shí)習(xí)基地，這些能源類的實(shí)踐基地能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，驗(yàn)證所學(xué)的內(nèi)容，保障學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性。比如，學(xué)生通過學(xué)校的專題研究訓(xùn)練，了解實(shí)驗(yàn)室中紐扣電池的生產(chǎn)工藝和制作方法，在合肥鋰能企業(yè)實(shí)習(xí)的時(shí)候，可以與學(xué)校學(xué)的知識(shí)做對(duì)比，熟悉不同的工藝流程，通過工程師的講解就能夠熟悉柱狀18650電池的生產(chǎn)線，以及了解電池材料對(duì)電壓、充放電倍率、壽命及安全性的影響，從而加深物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系；通過對(duì)注液、化成等工序的參觀，讓學(xué)生充分了解電解液的量的多少、首次充放電、等主要因素對(duì)電池性能的影響。同時(shí)在企業(yè)實(shí)習(xí)過程中，更夠增加與企業(yè)工程師的交流，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提升專業(yè)素養(yǎng)。綜上所述，學(xué)生通過不同層次的實(shí)踐訓(xùn)練，提高學(xué)生動(dòng)手能力和基本素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)思維，為今后的直接就業(yè)或進(jìn)一步深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有著更加合理的生涯規(guī)劃。

2.4 考核機(jī)制創(chuàng)新

考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況重要方式，也是判斷教師講授效果的重要手段。合理的考核方式不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)還能夠引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和專業(yè)素養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)考核方式主要采用筆試的方法，未能反映出綜合能力，同時(shí)不可避免的帶來抄襲等現(xiàn)象。合肥學(xué)院近年來推廣采用“能力性”的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系和考核方式，建立系統(tǒng)性“過程學(xué)習(xí)”的評(píng)價(jià)體系“N+2”，其中N的內(nèi)涵為教學(xué)過程中過程考核的次數(shù)，考核方式為作業(yè)、小測驗(yàn)、論文報(bào)告和課程匯報(bào)等等組成，而“2”代表了課堂筆記和期末考試。采用“N+2”的評(píng)價(jià)體系以后，期末考試占整個(gè)綜合分?jǐn)?shù)的50%，此方法更加注重學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全方位多層次的客觀評(píng)價(jià)，教師也能從過程考核中找出學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題，分析原因，改進(jìn)教學(xué)方法。學(xué)生也能得益于過程考核的反饋，發(fā)現(xiàn)自己的不足，改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3 結(jié) 語

隨著新能源行業(yè)的飛速發(fā)展及傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造，培養(yǎng)新能源材料的專業(yè)技術(shù)人才已成為應(yīng)用型本科院校的重要目標(biāo)之一。《新能源材料》作為能源類專業(yè)重要的選修課之一，學(xué)生了解新能源材料的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景，懂得應(yīng)用這些基本方法去分析和解決新能源材料實(shí)際應(yīng)用的具體問題，為未來的就業(yè)和進(jìn)一步深造打基礎(chǔ)。筆者就《新能源材料》教學(xué)過程中遇到的一些問題進(jìn)行了一些思考，并在教學(xué)方式和教學(xué)方法上進(jìn)行了一些創(chuàng)新和實(shí)踐，總體教學(xué)效果較為理想。學(xué)生通過學(xué)習(xí)了解了新能源行業(yè)前景，找準(zhǔn)了未來的個(gè)人發(fā)展方向，實(shí)踐動(dòng)手能力也得到了進(jìn)一步的提高，積累了更多的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠早為日后就業(yè)打下基礎(chǔ)。