新工科背景下《新能源材料》課程創新與實踐*

胡 磊，王黎麗，梁德偉，劉伶俐，楊 蕾，胡恩柱

(合肥學院能源材料與化工學院，安徽 合肥 230601)

當今世界化石燃料逐漸枯竭，能源短缺已成為人類發展所必須解決的一個關鍵問題。同時面對日益嚴峻的環境污染問題，新能源和新材料優勢明顯，應用前景廣闊。新能源包含的種類較多，其中有水能、太陽能、風能、地熱能和生物質能等。隨著新能源行業的興起和傳統能源行業的升級改造，培養新能源領域的專業技術人才，已經成為我國應用型高校的重要目標之一。近年來，新工科教學改革的背景下，需要新技術、新產業、新業態和新模式，而新能源行業處于突飛猛進不斷發展中，亟需培養與時俱進，具有創新精神的應用型專業技術人才[1]。《新能源材料》課程作為能源化工專業學生開設的專業選修課，內容豐富，集多學科交叉為一體的綜合性課程。在此之前，本專業學生已經完成了生物資源利用技術、油品化學等專業方向課，對于新能源與傳統能源都有了一定的認識和了解，有著一些共同點，也有一些區別，結合起來能夠幫助學生掌握新知識，同時也能彌補能源化工專業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。本課程旨在讓學生了解新能源材料的研究現狀和未來發展前景，理解新能源材料的主要任務及面臨的挑戰，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，熟悉新能源材料的一些基本制備方法，懂得應用這些基本方法去分析和解決新能源材料實際應用的具體問題[2-3]。作者根據《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改革的探索、激發學生興趣、培養學生實踐能力和考核方式創新等方面的對該課程進行探索，以獲得適用于我院能源化學工程專業新能源材料的教學模式，以提高該課程的教學質量和教學效果[4]。

1 新能源材料課程教學現狀與突出問題

首先，在教學過程中發現，大四學生普遍存在主觀能動性不足，課前不預習，課后不復習，單純的靠教師上課的講解，對待自己的未來也沒有合理的生涯規劃，同時學習方法和自學能力的不足導致消極對待課程內容。其次，新能源材料的知識面廣，知識點繁雜，存在許多跨學科背景知識，學生掌握和理解有一定的難度。傳統的教學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，忽略了對學生科學素養的培養以及缺少一定的實踐，導致應用這些基本方法去分析和解決新能源材料實際應用的具體問題的能力偏弱。再者，隨著科技不斷發展，各種新材料和新工藝都在不斷的大量涌現，教學過程中發現書本對于新材料的前沿會有部分的滯后性，知識更新的速度較快，未能展現出前沿科學的現狀。作為地方應用型高校，也需要立足當下，與時俱進，努力培養出合格的應用技術型人才。

2 新能源材料的教學創新與實踐

基于上述存在的現狀和突出問題，我在教學過程中主要從以下幾個方面做探討。

2.1 模塊化教學改革的探索

合肥學院現正在推行模塊化教學體系的改革，以能力為導向，滿足企業需求，培養合格的高素質水平人才。首先，樹立“以學生為主體，以教師為主導”的教學理念，由知識輸入向主動學習的知識輸出學習形式轉變。如：已經介紹過電池的一些相關術語等專業知識以后，布置課后小調查：“目前電池的快速充放電有哪幾種手段”，發揮學生的主觀能動性，學生通過查文獻資料，總結成PPT，當再次上課時，把講臺讓給學生發揮，既掌握了知識，也得到了鍛煉，學生的自學能力、查找資料的能力和語言表達能力都得到了鍛煉。同時，教師也可以通過此案例，引出電流對于電池安全性的影響等話題，課程更加偏實用性和針對性。其次，將科研項目帶入到課程中。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，如：在講鋰離子電池LiFePO4的改性這一節中，可以將相關企業及前沿文獻融入其中，圖文并茂的分析碳包覆、離子摻雜及提高表面積的優點，更加與時俱進，更加直觀的展現行業發展現況，使學生對于能源化工專業有更深入的了解。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，而不同方向專業性的書籍又比較深入，不適合本科生的普及性教學。鑒于當前政策電池表現出較好的就業前景及科研價值，本課程以電池為主，使得畢業生在工程應用和科學研究方面有較為理想的發展空間。同時由于涉及到多學科，照顧到所有方面的知識點也要突出重點。課程中擬采用不同專業背景的教師合作教學，每位老師都有精通的章節，使得教學質量能夠進一步提高。實際過程中需要對現有的教學內容進行合理的規劃，如新能源材料中的生物質能源，學生在《能源化工生物學基礎》這門課中有過相關的學習，所以可以進行相應的刪減[5]。

2.2 激發學生興趣，化被動學習為主動學習

興趣是最好的老師，除了理論課的教學，課后也會建立課程群組，不定期分享與課程相關的網絡資源，并對相關專業微信公眾號進行推薦，好的信息源有利于學生建立專業素養，同時專業及行業信息的推送也能使學生耳濡目染，進而關注熱點領域及問題，激發學生學習興趣[6]。同時結合年輕人當下接觸較多的流媒體平臺B站，激發專業學習的熱情，使書本知識形象生動，化被動為主動。日常教學過程中發現書本對于新材料的前沿會有部分的滯后性，知識更新的速度較快，未能展現出前沿科學的現狀。書本上的知識大部分為已經產業化和成熟的材料技術，而目前的前沿和產業還是比較新的。實際課堂教學中可通過課堂閱讀相關科技論文，并于課本中相對成熟的工業上的材料和工藝技術進行類比，加深學生的印象，講述過程中，對于工業生產涉及到的儀器設備，盡量選用圖片和視頻進行直觀形象表達。通過講述案例分析，能夠從感性認識上升到對于工藝流程的理性認識。為了激發學生的主觀能動性，在日常的教學過程中也注重學生綜合能力的培養，設置一些專業相關的社會實踐。如調查合肥周邊的鋰電企業及生產產品、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用，你有什么好方法？通過設置一系列的小專題，激發學生的興趣，提高參與度，學以致用，在實踐中提升專業水平，對于能源材料的應用與進展有更深入的理解。

2.3 培養學生實踐能力

合肥學院一直是安徽省應用型高校的排頭兵，學校以培養應用型的工程師為主要目標來滿足企業對人才的需求，在日常教學過程中側重動手及實踐能力的培養。依托合肥學院新能源材料與系統研發中心，將豐富的科研資源轉換成教學資源，理論課上介紹了不同新能源材料的種類，學生可以根據自己的喜歡的方向選擇對應的教師，完成大學生創新創業項目或教師自身的科研項目，引導學生把學到的專業理論知識應用到解決實際問題過程中，在實踐中培養學生的綜合能力。

此外，能源化工專業也與國軒高科、安慶石化、合肥鋰能科技有限公司等簽訂了實習基地，這些能源類的實踐基地能夠有效地調動學生學習的主動性，驗證所學的內容，保障學生學習的有效性。比如，學生通過學校的專題研究訓練，了解實驗室中紐扣電池的生產工藝和制作方法，在合肥鋰能企業實習的時候，可以與學校學的知識做對比，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電池的生產線，以及了解電池材料對電壓、充放電倍率、壽命及安全性的影響，從而加深物質結構和性能之間的關系；通過對注液、化成等工序的參觀，讓學生充分了解電解液的量的多少、首次充放電、等主要因素對電池性能的影響。同時在企業實習過程中，更夠增加與企業工程師的交流，培養學生的創新意識，提升專業素養。綜上所述，學生通過不同層次的實踐訓練，提高學生動手能力和基本素質，培養學生創新意識和科學思維，為今后的直接就業或進一步深造打下堅實的基礎，有著更加合理的生涯規劃。

2.4 考核機制創新

考核是檢驗學生學習掌握情況重要方式，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動學生學習的主動性和積極性，同時還能夠引導學生養成良好的學習習慣和專業素養。傳統的教學考核方式主要采用筆試的方法，未能反映出綜合能力，同時不可避免的帶來抄襲等現象。合肥學院近年來推廣采用“能力性”的學習評價體系和考核方式，建立系統性“過程學習”的評價體系“N+2”，其中N的內涵為教學過程中過程考核的次數，考核方式為作業、小測驗、論文報告和課程匯報等等組成，而“2”代表了課堂筆記和期末考試。采用“N+2”的評價體系以后，期末考試占整個綜合分數的50%，此方法更加注重學習過程的評價，對學生學習情況的全方位多層次的客觀評價，教師也能從過程考核中找出學生學習過程中存在的問題，分析原因，改進教學方法。學生也能得益于過程考核的反饋，發現自己的不足，改進學習方法，培養專業素養和學習習慣。

3 結 語

隨著新能源行業的飛速發展及傳統能源產業升級改造，培養新能源材料的專業技術人才已成為應用型本科院校的重要目標之一。《新能源材料》作為能源類專業重要的選修課之一，學生了解新能源材料的研究現狀和未來發展前景，懂得應用這些基本方法去分析和解決新能源材料實際應用的具體問題，為未來的就業和進一步深造打基礎。筆者就《新能源材料》教學過程中遇到的一些問題進行了一些思考，并在教學方式和教學方法上進行了一些創新和實踐，總體教學效果較為理想。學生通過學習了解了新能源行業前景，找準了未來的個人發展方向，實踐動手能力也得到了進一步的提高，積累了更多的知識和經驗，能夠早為日后就業打下基礎。