鋰離子電池材料課程教學(xué)改革與實踐研究

馬元 馬小航 吳耀東 訾振發(fā)

摘 ? 要：鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對高水平應(yīng)用人才提出了迫切需求。本文針對鋰離子電池材料這門專業(yè)課，從課程特點、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程實施等方面進行了一定的研究和探討，以更好地組織開展該課程的教學(xué)活動，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有較高綜合素質(zhì)的應(yīng)用型本科人才。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池材料 ?教學(xué)內(nèi)容 ?教學(xué)方法 ?教學(xué)考核

中圖分類號：G64 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0210-02

Abstract：The rapid development of lithium ion battery industry has put forward urgent need for high-level professional talents. For the major course of Lithium Ion Battery Materials， the teaching content， teaching methods， assessment methods and other existing problems are researched and discussed in this paper， with the purpose of organizing teaching activities more effectively，improving teaching quality，and cultivating applied talents with good comprehensive ability.

Key Words：Lithium ion battery materials;Teaching contents;Teaching methods; Teaching assessment

新能源是解決能源危機、環(huán)境問題的重要手段之一，從而得到快速發(fā)展[1]。針對新能源的快速發(fā)展，我國在2010年設(shè)立了新能源材料與器件專業(yè)。合肥師范學(xué)院地處安徽省合肥市，是一所省屬全日制普通本科院校，獲批“十三五”應(yīng)用型本科產(chǎn)教融合工程實施高校，安徽省高等教育振興計劃首批“地方應(yīng)用型高水平大學(xué)”建設(shè)高校。為響應(yīng)國家大力發(fā)展新能源的方針及滿足安徽省新能源產(chǎn)業(yè)的人才需求，合肥師范學(xué)院于2014年獲批了新能源材料與器件專業(yè)，并于2015年開始招生[2]。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，逐步完善了培養(yǎng)方案和課程設(shè)置。從產(chǎn)業(yè)和人才需求的出發(fā)，結(jié)合我校學(xué)科特點和科研條件，鋰離子電池材料是我校新能源材料與器件專業(yè)的非常重要的專業(yè)核心課程之一。本文基于幾年的授課經(jīng)驗，對該課程的性質(zhì)特點、教學(xué)內(nèi)容與方法等進行一定的研究和探討。

1 ?鋰離子電池材料課程存在的主要問題

1.1 教材的選擇問題

作為一門較新的課程，其教材不像傳統(tǒng)課程一樣具有經(jīng)典、權(quán)威的教材和參考書。且現(xiàn)有的教材或參考書由于編者學(xué)科背景的差別而導(dǎo)致教材內(nèi)容的偏重不一。且隨著科技發(fā)展快速，相關(guān)的理論基礎(chǔ)、材料體系、制備手段、測試表征等更新加快，三五年前出版的教材內(nèi)容已經(jīng)出現(xiàn)部分過時或者知識點缺漏的問題。因此，需要加快本領(lǐng)域?qū)I(yè)書籍的出版周期或者定期對現(xiàn)有書籍進行及時的補充編輯，以跟上時代和技術(shù)的進步。

1.2 教學(xué)課時與內(nèi)容的矛盾

鋰離子電池材料是材料基礎(chǔ)課之上的綜合應(yīng)用，是多學(xué)科的交叉融合，其內(nèi)容包含無機、有機、高分子和金屬等的專業(yè)知識，也涉及到物理化學(xué)、電化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、固體物理、分析表征等理論的應(yīng)用。鋰離子電池作為多種材料的集合體，每一種材料都必不可少，材料之間又相互聯(lián)系、影響，需要全面掌握其相關(guān)知識才能更好的應(yīng)用實踐，避免出現(xiàn)紙上談兵。但相對內(nèi)容的多、知識面的廣，該課程的課時卻一般只有32或者48學(xué)時，很難將本課程細(xì)致透徹的授予學(xué)生。

1.3 教學(xué)方法和課程考核模式的問題

該課程是理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程，但教學(xué)中還是以課堂講授的方式為主。就理論部分而言，雖然學(xué)生已學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課程，但掌握程度和理解能力參差不齊，如果與本課程的內(nèi)容不能很好銜接，會造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。就應(yīng)用部分而言，本課程教學(xué)基本都限定在書本及課堂內(nèi)部，原本所授內(nèi)容應(yīng)該具體、實際的東西反而變成死記硬背的文字和公式，很可能給同學(xué)帶來紙上談兵或者讀書無用的感覺。同樣，就課程考核模式來看，不管是課后作業(yè)還是考試，答案往往是書本上的固定內(nèi)容，不能激發(fā)學(xué)生積極思考及鍛煉其變通解決問題的能力。

2 ?課程教學(xué)實踐探索

2.1 適當(dāng)補充及拓展書本內(nèi)容

對于受眾面更窄的專業(yè)領(lǐng)域，教材更新的周期會更長，如不能及時補充新的知識，學(xué)生可能面臨剛畢業(yè)就被社會淘汰的窘境。這就對授課老師提出了更高的要求，其不但要有扎實的基礎(chǔ)，而且要有專業(yè)的背景知識，在專業(yè)領(lǐng)域的科研探索過程中的不斷學(xué)習(xí)，將新的知識理論補充到教學(xué)內(nèi)容中，使學(xué)生可以獲得最新的專業(yè)知識。

同時，本校定位為應(yīng)用型本科院校，學(xué)生的基礎(chǔ)相對較弱，在教學(xué)過程中過多的理論知識很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因此可以通過對比或者形象化的比方幫助學(xué)生記住結(jié)論或者學(xué)會使用，如正極材料的晶體結(jié)構(gòu)特點、鋰離子擴散通道、電化學(xué)計算等知識。對于應(yīng)用方面的知識應(yīng)更加的側(cè)重，如鋰離子電池材料的合成方法及生產(chǎn)工藝、材料在電池中的應(yīng)用及常見問題等，幫助學(xué)生更快更好地投入相關(guān)工作。教授這些應(yīng)用知識需要一定的企業(yè)背景，因此教師應(yīng)是有相關(guān)的行業(yè)背景的“雙能型”教師，或具有企業(yè)研修學(xué)習(xí)的實踐經(jīng)歷。

2.2 豐富教學(xué)手段、走出課堂

本校定位為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，所謂應(yīng)用型人才，是在一定的理論規(guī)范指導(dǎo)，從事非學(xué)術(shù)研究性的工作，其是將抽象的理論符號轉(zhuǎn)換成具體的操作構(gòu)思或者產(chǎn)品構(gòu)思，將知識應(yīng)用于實踐[3]。專業(yè)課程過多的依賴書本及局限于課堂不利于應(yīng)用能力的培養(yǎng)。對于鋰離子電池材料這門課，以傳統(tǒng)的講授法教學(xué)為主可以高效的傳授理論知識和經(jīng)驗總結(jié)，但具體的事物停留于書面反而使其抽象化了，因此可以利用豐富的資源素材及多種教學(xué)模式結(jié)合的方式來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。在課程之初，向?qū)W生們介紹行業(yè)企業(yè)及其近年來的校招信息，學(xué)生對此表現(xiàn)出了強烈的興趣并積極互動，讓其更好地了解本課程的所學(xué)所用，增加學(xué)習(xí)的主觀性。對于理論及書本上的內(nèi)容，可以利用多媒體資源或者實物演示等幫助學(xué)生理解。大多的素材可以從網(wǎng)絡(luò)獲取，如借助特斯拉中國官網(wǎng)上的汽車配置flash自選工具，直觀了解行駛速度、環(huán)境溫度對汽車?yán)m(xù)航里程的影響以理解電池的工作特點;觀看《大國重器》第二季對動力電池所用6μm銅箔的介紹，引出集流體的特點、要求以及其對電池能量密度、安全性的影響。還可以將課程延伸至課堂之外，如邀請業(yè)內(nèi)技術(shù)人員做講座，以工業(yè)視角向?qū)W生傳遞相關(guān)的知識及信息。或組織學(xué)生到企業(yè)實地參觀學(xué)習(xí)，對所學(xué)課程的知識應(yīng)用有更加直觀的感受。因為現(xiàn)在鋰離子電池相關(guān)資料比較多，也可以開展討論式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等。通過定制相關(guān)的題目或任務(wù)，讓學(xué)生自行查閱科技或工業(yè)信息，并組織匯報及討論。也可以針對鋰離子電池或者其材料的相關(guān)問題，以頭腦風(fēng)暴的形式主動思考、積極創(chuàng)新。

2.3 優(yōu)化考核模式、激發(fā)創(chuàng)新意識

考試是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價，也是現(xiàn)在最常用的評價方式。但考試內(nèi)容多是書本內(nèi)容的機械記憶，少數(shù)計算題也是簡單的數(shù)字替換，可以說只是考察了學(xué)生的記憶力，而對應(yīng)用能力很難評價。因此，可以嘗試一些開放的考核方式，如論文、專利、翻譯、匯報等形式，這種考核方式其在考核的過程中還可以激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。如翻譯專業(yè)文獻的方式，學(xué)生可以接觸到外文專業(yè)詞匯、鍛煉文獻檢索能力，并通過文獻的學(xué)習(xí)更好的理解課堂所學(xué)內(nèi)容;撰寫專利可以讓學(xué)生通過邏輯推理及模仿等運用課堂所學(xué)知識，促進學(xué)生主動思考及鍛煉專利寫作的能力;也可以擬定題目讓學(xué)生分組匯報，學(xué)生會自行查閱資料、設(shè)計內(nèi)容、制作PPT，實現(xiàn)綜合能力的鍛煉。當(dāng)然，這種非考試的考核方式提高了教師的評分難度和主觀作用，因此可以提高過程成績所占分值，有利于激勵學(xué)生增加對學(xué)習(xí)過程的精力投入。

3 ?結(jié)語

隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對應(yīng)用型人才的需求不斷增加。筆者對鋰離子電池材料課程教學(xué)進行了總結(jié)和思考，從“教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核模式”三個方面進行了課程教學(xué)改革與探索，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)其專業(yè)知識、應(yīng)用實踐與創(chuàng)新能力，以滿足社會發(fā)展對高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的需求。

參考文獻

[1] 李博聞.新能源及其可持續(xù)發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（9）：165-166.

[2] 馬小航，訾振發(fā)，魏義永.《電化學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革與優(yōu)化方案[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報，2017，35（3）：60-62.

[3] 陳錫堅，丁孝智.轉(zhuǎn)型背景下應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的路徑探索[J].應(yīng)用型高等教育研究，2017，2（2）：19-24.