融入案例教學的《新能源材料》在線開放課程建設思考*

韓新月，李 斌，吉恒松，王 爽

(江蘇大學能源與動力工程學院，江蘇 鎮江 212013)

習總書記在十九大報告中強調，我們必須樹立社會主義生態文明觀，堅持綠色發展理念，推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，而發展清潔能源是改善能源結構、保障能源安全、推進生態文明建設的重要任務。因此，培養綜合素質優良的新能源復合型工程技術人才至關重要。

2010年8月， 江蘇大學能源與動力工程學院結合自身實際情況，依托機械工程、電氣信息工程、材料科學與工程、化學化工、土木工程等學科專業的支持，并結合新能源產業的特點設立了新能源科學與工程專業，是全國首批設立新能源科學與工程專業的十一所院校之一[1]。新能源科學與工程專業隸屬能源動力類專業目錄，分屬于動力工程及工程熱物理一級學科。江蘇大學的新能源科學與工程專業的專業定位為：以國家戰略型新興產業重大需求為導向，在太陽能利用、生物質能利用等領域立足于長三角經濟帶、面向全國新能源動力行業，培養適應社會和經濟發展需要，德智體美勞全面發展，在工程領域具有良好的職業道德和持久競爭力的復合型高素質人才。

《新能源材料》課程是江蘇大學新能源科學與工程專業本科生的一門專業課程，也是化工專業和應用化學專業學生開設的專業選修課[2-3]，該課程的專業面比較寬，學科交叉性強，教學內容豐富。從課程的內容上來看，涉及的電池種類達五種之多，主要包括太陽能電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、金屬氫化物鎳電池材料、相變儲能材料等[4]，涉及材料、化學、物理、機械等多學科交叉[5]。要想把這些門類眾多的電池通過有限的課堂教學(32學時)全部講解完畢，而且讓學生完全理解，這顯然是不可能的，這就要求我們要對這門課程進行教學改革，其實我們可以借著互聯網和多媒體技術的飛速發展，把“慕課+翻轉課堂”的教學模式應用于《新能源材料》的教學中。近年來，國內外慕課(MOOC-Massive Open Online Course)的快速發展給高等教育的教學模式帶來了巨大變革， MOOC改變了高等教育以“教”為中心的傳統教學模式，建立了以“學”為中心的大學生自主學習模式，對世界范圍內的傳統教學方式帶來了巨大的沖擊[6]。2013年，隨著北京大學、清華大學等國內一流大學加入“慕課”三大平臺(即中國大學MOOC、好大學在線、慕課網)，“慕課”就此大規模進入中國，目前越來越多的學校和課程走上了慕課平臺[7]。借助這些慕課平臺，為了滿足國家對新能源領域高素質專業人才增長的需求，高校需要高度關注和重視這類新能源課程的教學改革。

1 融入案例的在線開放課程建設目標

以產業需求為導向，以前沿技術發展改內容，通過融入相關的學科前沿和形象化案例來構建《新能源材料》在線開放課程優勢教學資源以提高學生線上學習興趣和學習效果，夯實新能源材料理論基礎；針對《新能源材料》課程內容與工程應用密切相關的特點，建設《新能源材料》在線案例庫，以研究“案例”為中心，培養學生的工程意識和協作、溝通能力的新工科人才。具體實現以下目標：

(1)立足在線課程建設，夯實新能源材料理論基礎

編排形象化的案例用于知識點的講解、錄制融入案例的知識點視頻，完成在線課程建設，實現基于慕課(MOOC)開放課程資源的翻轉式/混合式教學模式，改進《新能源材料》教、學的互動方式和課程質量，設計自主學習質量控制機制，確保自主學習的質量和效率。

(2)構建在線案例庫，培養工程意識和協作能力

發揮學科優勢，融最新科研成果進課堂、入教材，針對《新能源材料》內容與工程應用密切相關的特點，構建貼近產業實際的《新能源材料》工程案例庫。以研究“案例”為中心，培養學生的工程意識。將學生的合作能力、溝通能力、領導能力的培養貫穿于工程案例教學的全過程，實現工程案例與在線課程的有機融合與互補。

2 融入案例的在線開放課程建設內容和實施路徑

2.1 案例資源的收集，融入案例的知識點內容設計

知識點內容設計是《新能源材料》在線開放建設的基礎，要求融入案例的創新內容，但還要難度適中，緊密結合現代化社會和科技發展趨勢，在加強學生理論基礎的同時提高其實踐能力。因此，需要任課教師在和有工程背景的授課團隊老師溝通交流和廣泛閱讀文獻、跟蹤了解新能源科學與工程專業技術領域的最新技術和發展動態的基礎上，收集與《新能源材料》教學知識點有關的生活、生產中的相關問題，轉化為便于理論解決的科學問題，整合教學資源，將《新能源材料》的理論知識與復雜的實例進行有機結合，設計融入案例的知識點講解內容。

比如，在學習太陽能電池材料一章時，教師可詳細講述太陽能電池材料的分類和結構組成、太陽能電池材料產業發展現狀及面臨的問題。而在講述太陽能電池及組件的設計、制備過程時，可以結合光伏企業制作硅太陽能電池、染料敏化太陽能電池等的流程動畫或視頻來學習，讓學生們看到實實在在的材料的轉化過程或器件的制備過程。或者結合近年來太陽能電池材料領域前沿熱點問題來學習，比如新型鈣鈦礦電池的構成及穩定性提高方式，梯級鈣鈦礦電池、半透明鈣鈦礦電池的提出背景和發展前景等。在學習燃料電池章節時，教師可結合學科前沿引入氫燃料電池汽車的案例，從氫燃料電池汽車的工作原理來學習燃料電池的發展、類型、結構、工作原理等基礎知識，然后介紹氫燃料電池汽車的重要部件及關鍵技術，再了解補給燃料氫的加氫站、氫燃料電池汽車的優勢及氫燃料電池汽車的發展面臨的問題等。通過理論聯系實際，不僅可激發學生學習燃料電池材料的興趣，還可開闊學生視野。另外，在講到相變儲能材料時，可以引入最新的采用相變材料冷卻聚光光伏系統或者把相變材料用于聚光太陽能熱發電的儲能裝置等。引入前沿研究，并不是強求同學們去掌握這些尖端技術，而是引導他們從新能源材料理論出發，理解這些創新思路的由來，思考實際運用中理論如何呈現出來，這些理論的應用又會帶來哪些變化。在這門課程中，可以讓學生通過前沿案例體會新能源材料在技術發展和社會生活中的作用，理解新能源材料理論對新技術的支撐與發展。為此，在課堂上不能止于灌輸知識，更要激發學習興趣。

2.2 知識點單元對應視頻的錄制

根據知識點的特點利用圖像、動畫和文字等教學手段組織各知識點視頻，錄制融入案例的知識點視頻，視頻時長一般控制在10～15 min以內，將每一個知識點視頻打造成精品。

比如，我們在學習新型二次電池材料(包括金屬氫化物鎳電池材料和鋰離子電池材料)的時候，我們可以把以前化學中學的電化學的基本知識，主要包括兩類導體、正極和負極、陰極和陽極、電解池、原電池作為一個知識點來錄制視頻，以我們生活中常用的干電池為例來講解，并制作動畫來演示原電池和電解池的工作原理，引起學生學習新型二次電池材料的激情并為后續知識點的學習做準備。

2.3 學習質量控制機制設計

《新能源材料》線上線下教學模式的另外一個重要環節是如何檢驗學生的學習效果和質量。通過設計合理的在線學習質量控制機制確保自主在線學習的質量，主要包括課前預備知識測試、隨堂即時測試、單元測驗題、單元作業題以及相關的討論題。線上聽講過程中，學生很容易被其他事情所打擾，因此，需要在2～3 min后設置相應的“課堂提問”，提高學生注意力的同時，檢驗學生聽課效果。針對“太陽能電池原理”知識點，我們可以設置什么是光生伏特效應？太陽能電池的分類和結構特點？另外，學生觀看知識點視頻后，可以通過完成單元測驗題和單元作業題來檢驗自己對知識點的掌握程度，另外任課教師也可以通過平臺反饋的學生測試環節分數來考察學生的學習情況。此外，學生還可以通過線上平臺的答疑區、討論區和任課教師積極、實時互動，及時解決學生學習過程中的困惑，提高學生學習這門課的效果。建立交流平臺的維護機制，便于學生并且能夠及時得到學習反饋，實現基于在線開放課程資源的翻轉式/混合式教學模式，改進《新能源材料》教、學的互動方式，提高課程資源的質量。

2.4 在線案例習題庫的構建

發揮校企聯合培養人才的優勢與特色，組織任課教師深入企業學習，參與企業的實踐培訓，與企業深入探討工程案例的設計方案，收集和整理工程案例，最終構建符合工程實際的真實、典型的工程案例習題庫。利用在線平臺的信息化優勢，以《新能源材料》在線課程平臺為基礎，對學生進行分組(每組 4～5人)，隨機分配工程案例，以組為單位進行工程案例設計；設置教師在線指導模塊，強化教師的在線引導過程；設置在線討論模塊，實現師生在線分組討論功能；設置學生互評模塊，構建學生互評機制。從而建成貼近產業實際的《新能源材料》在線工程案例庫，實現工程案例與在線課程的有機融合與互補，培養出一批具備創新思維和工程意識的新工科人才。眾所周知，新能源汽車作為一個真正意義上的“零排放、無污染”的交通工具，現已在世界各國迅速發展，而鋰離子電池、燃料電池的研發生產，已成為學術界和生產行業的研究熱點。所以，我們可以把新能源汽車作為研究專題，學生可以結合自己的興趣選擇氫燃料電池汽車或者鋰離子電池汽車，結合自己所學知識去調研氫燃料電池或者鋰離子電池最新研究進展及相關產業技術發展概況，完成綜述并進行分享，還要體現自己的思考和見解。

3 融入案例的在線開放課程建設的特色和亮點

(1)搜集與《新能源材料》課程內容相關的學科前沿和形象化案例，經過梳理和分解后建立相對獨立的融入案例的知識點單元，將課程知識結構碎片化，圍繞知識點單元錄制視頻，開展形象化教學，學生可以有針對性的選擇知識點學習，提高學生線上學習興趣和學習效果，夯實新能源材料理論基礎。

(2)構建符合工程實際的真實、典型的工程案例習題庫，培養學生的協作能力和工程意識。

(3)建立課前準入、課后準出等學習過程控制機制，以及在線交流平臺維護機制。

《新能源材料》在線開放課程的建設可將線下課堂教學與線上教學有機結合起來，利用了網絡發展的優勢，不僅為學生提供了豐富多彩的教學資源，同時為教師和學生的及時溝通和交流提供了方便快捷的平臺。這種混合式教學模式有利于激發學生學習的自覺性和主動性，有利于改革傳統課堂教學方法，從而提高學生對課程知識的理解和掌握。

4 結 語

發展清潔能源是改善能源結構、保障能源安全、推進生態文明建設的重要任務。因此，培養綜合素質優良的新能源復合型工程技術人才至關重要。《新能源材料》作為新能源科學與工程專業的重要專業課程，課程特點是專業面比較寬，學科交叉性強，教學內容豐富，造成教師難教、學生難學的問題。為了有效提高學生對該門課程的學習效果，筆者對《新能源材料》在線開放課程建設進行了幾點思考。基于讓學生通過案例體會新能源材料在技術發展和社會生活中的作用，理解新能源材料理論對新技術的支撐與發展的想法，通過融入相關的學科前沿和形象化案例來構建《新能源材料》在線開放課程優勢教學資源，建設《新能源材料》在線案例庫，以研究“案例”為中心，培養學生的工程意識和協作、溝通能力的新工科人才。本研究不僅可以推動江蘇大學也可以推動國內兄弟院校《新能源材料》課程的教學改革，為國家培養更多高素質人才。