化學(xué)電源技術(shù)教學(xué)和實(shí)踐雙融合模式探索

劉云花 仇偉 馬先果 陳振玲 劉瑩

摘?要：在目前全球能源狀態(tài)下，對新能源專業(yè)的學(xué)生而言，掌握前沿的儲能技術(shù)尤為重要，重中之重為化學(xué)電源技術(shù)。但只有理論而無實(shí)踐，也不利于為國家培養(yǎng)新型能源人才。因此探索和討論化學(xué)電源技術(shù)課程教學(xué)和實(shí)踐雙融合模式的教學(xué)方法，即通過整合精煉教學(xué)資源和內(nèi)容，將理論和實(shí)踐有機(jī)融合起來，從而讓學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)知識、較強(qiáng)的動手能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生成果產(chǎn)出，期望培養(yǎng)出大量自信自強(qiáng)且具有科技報(bào)國使命擔(dān)當(dāng)?shù)男履茉慈瞬拧?/p>

關(guān)鍵詞：化學(xué)電源技術(shù)；課堂教學(xué)；實(shí)踐

中圖分類號：TQ152

Explorationon?Double?Fusion?Mode?of?Teaching?and?Practice

of?Chemical?Power?Technology

Liu?Yunhua?Qiu?Wei?Ma?Xianguo?Chen?Zhenling?Liu?ying*

School?of?Chemical?Engineering，Guizhou?Institute?of?Technology?GuizhouGuiyang?550003

Abstract：For?students?majoring?in?new?energy，it?is?important?to?master?the?cuttingedge?energy?storage?technology?especially?for?chemical?power?technology.But?only?theory?without?practice，or?only?technology?without?the?right?ideas，is?detrimental?to?the?cultivation?of?new?energy?talents?for?the?country.Therefore，we?explore?and?discuss?the?teaching?and?practice?"double?fusion"?mode?of?chemical?power?technology，that?is，through?the?integration?of?teaching?resources，refine?the?course?content，and?integration?of?theory?and?practice，so?that?students?can?have?good?professional?knowledge，strong?practical?ability?and?innovation?ability，and?improve?their?achievement?output.It?is?expected?to?cultivate?a?large?number?of?new?energy?talents?who?are?selfconfident，selfreliance，and?have?the?mission?of?serving?the?country?with?science?and?technology.

Keywords：chemical?power?technology；classroom?instruction；practice

隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類對能源的需求不斷增長，迫切需要開發(fā)各種成本低、環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的新能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料。能量儲存是新能源發(fā)展的前提，是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，而在能量儲存領(lǐng)域中，化學(xué)電源占據(jù)著舉足輕重的地位。特別是目前能源緊缺，急需各種替代能源。各種用電器具對高能化學(xué)電源的需求以及材料科學(xué)的發(fā)展，給新型化學(xué)電源的開發(fā)提供了各種新型材料，使得傳統(tǒng)的化學(xué)電源的性能得以提高，出現(xiàn)了許多新型的化學(xué)電源，在交通、航空航天、電子、通信和家用電器等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。化學(xué)電源技術(shù)這門課程讓學(xué)生掌握各類化學(xué)電源的基本原理和技術(shù)，是培養(yǎng)新能源人才的基礎(chǔ)。這門課程在闡述化學(xué)電源理論基礎(chǔ)和基本概念的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地講述了各種主要化學(xué)電源的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性能、應(yīng)用前景以及維護(hù)方法［1］，探討化學(xué)儲能技術(shù)及其應(yīng)用，目的是讓學(xué)生在掌握儲能的基本知識和基本理論的同時擴(kuò)大其視野，獲得較全面的化學(xué)儲能技術(shù)知識。分析研究儲能器件的制備工藝及性能，為儲能器件的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。但該教材知識量龐大，前沿性又強(qiáng)，需要掌握的知識點(diǎn)多。如何在有限的課時里，讓學(xué)生充分地理解和認(rèn)識化學(xué)儲能的基本知識和基本理論，同時又提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新思維方式以及及時跟蹤前沿科學(xué)的能力，是該門課程授課教師應(yīng)該思考的問題。在培養(yǎng)學(xué)生掌握好理論知識和實(shí)踐能力的同時，還應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的國際視野、正確的能源安全觀，樹立實(shí)事求是科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和敢于創(chuàng)新、勇于攀登科學(xué)高峰的精神，要引導(dǎo)學(xué)生樹立科技報(bào)國、產(chǎn)業(yè)報(bào)國，投入鄉(xiāng)村振興的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)［2］。下面就通過整合教學(xué)資源、精煉教學(xué)內(nèi)容，將理論和實(shí)踐有機(jī)融合起來，探索化學(xué)電源技術(shù)教學(xué)和實(shí)踐雙融合模式教學(xué)改革。

1?課堂教學(xué)和實(shí)踐的環(huán)節(jié)

1.1?課堂教學(xué)資源的整合

對于化學(xué)電源技術(shù)的教學(xué)，要整合各種資源，以便于得到更好的理論教學(xué)結(jié)果，使枯燥難理解的原理通過視頻動畫等形式一目了然，同時更豐富課堂內(nèi)容。比如線上一些經(jīng)典視頻，包括中國大學(xué)MOOC，線下資源如相關(guān)的最新研究成果、相關(guān)書籍以及教師相關(guān)的課題。比如在進(jìn)行鋰離子電池的授課時，網(wǎng)站上有很多關(guān)于鋰離子電池的視頻，篩選出最優(yōu)秀的視頻（比如鋰離子電池是如何工作的）來輔助學(xué)生理解鋰離子電池的工作原理，讓學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)來理解其工作的特點(diǎn)，從而更好地掌握相關(guān)的理論知識。另外，通過課堂授課內(nèi)容，結(jié)合相關(guān)教師的課題，讓學(xué)生明白理論知識可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)反哺理論知識。通過讓學(xué)生接觸相關(guān)課題，比如在學(xué)生學(xué)習(xí)鋰離子電池正負(fù)極材料之前，可以布置課前小作業(yè)，指定到相應(yīng)教師實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的小探索。這樣在進(jìn)行理論授課時，學(xué)生不會覺得所學(xué)的知識脫離了自己的認(rèn)知范圍，相反還會利用在授課過程中所學(xué)的知識來認(rèn)真思考和解決在小探索過程中遇到的問題，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)和科研的興趣，達(dá)到一種教學(xué)和實(shí)踐融合的雙贏局面，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和較強(qiáng)動手能力的人才創(chuàng)造良好的條件和基礎(chǔ)。因此，通過對各類教學(xué)資源的有效整合，一方面可以豐富教學(xué)的形式和內(nèi)容，另一方面還可以擴(kuò)展學(xué)生的視野，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

1.2?課堂教學(xué)內(nèi)容的精煉

在理論教學(xué)過程中，不能進(jìn)行“填鴨式”的授課方式，也不能“滿堂灌”，要主次分明，理清楚授課的主線。整個化學(xué)電源技術(shù)可以以“化學(xué)電源種類—基本原理—材料制備技術(shù)—化學(xué)電源器件的設(shè)計(jì)和制造—性能測試—基本維護(hù)”為主線框架講授化學(xué)電源技術(shù)的相關(guān)理論知識。在這門課程的學(xué)習(xí)中采取授課和自學(xué)兩大塊模式，在這一主線框架里，授課重點(diǎn)內(nèi)容為基本原理、材料制備技術(shù)，難點(diǎn)內(nèi)容為化學(xué)電源器件的設(shè)計(jì)和制造。其余的知識點(diǎn)以小作業(yè)形式發(fā)布給學(xué)生，進(jìn)行課后自學(xué)，然后通過對小作業(yè)的批改來掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的情況。在進(jìn)行難點(diǎn)內(nèi)容的授課時，采取案例的方式進(jìn)行，分組討論，找出所給案例的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，從而加深學(xué)生對器件設(shè)計(jì)的理解和掌握。在進(jìn)行電化學(xué)器件設(shè)計(jì)與制造前，先對電池的構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)講解，然后集中一次課進(jìn)行電池設(shè)計(jì)和計(jì)算的總體思路講解，包括電池設(shè)計(jì)的目標(biāo)、電池設(shè)計(jì)的基本步驟、電池設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備、電池設(shè)計(jì)的一般步驟。這樣后續(xù)的鉛酸蓄電池、鎳基電池、鋰離子電池等都按照電池設(shè)計(jì)和計(jì)算的思路進(jìn)行，學(xué)生更容易“上手”。對教學(xué)內(nèi)容的精煉就是要建立以知識點(diǎn)為模塊，聯(lián)系實(shí)際，拓展應(yīng)用，形成具有特色的教學(xué)內(nèi)容體系。同時放手讓學(xué)生自己主動去學(xué)，主動去問，主動去做。以此也體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教育形式，培養(yǎng)學(xué)生的主動性，保證課堂的教學(xué)都在講在“點(diǎn)子”上。

1.3?課堂教學(xué)與課程（畢業(yè)）設(shè)計(jì)相融合

課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生從理論到實(shí)踐過渡的重要環(huán)節(jié)，從這些設(shè)計(jì)課程可以判斷出學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，也為進(jìn)一步工作和深造打下一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)［3］。同時通過設(shè)計(jì)課程也可以檢驗(yàn)學(xué)生對理論知識的掌握情況，從而反饋到理論課堂中，評價(jià)和檢驗(yàn)理論教學(xué)是否滿足需求。化學(xué)電源技術(shù)的理論和設(shè)計(jì)不是孤立的，而是互相促進(jìn)的。因此，在理論授課的過程中，需要和設(shè)計(jì)課程進(jìn)行結(jié)合。比如鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)與制造的理論授課中，可以將往屆學(xué)生的相關(guān)課程（畢業(yè)）設(shè)計(jì)當(dāng)案例，通過分組討論，讓學(xué)生找出里面設(shè)計(jì)較為優(yōu)秀的部分進(jìn)行分析，同時找出設(shè)計(jì)里面的不足部分進(jìn)行修改。這樣，通過課堂分析和相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生在今后的課程設(shè)計(jì)或者畢業(yè)設(shè)計(jì)上面不會出現(xiàn)“一問三不知”的現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)借鑒過度的現(xiàn)象。同樣，授課教師應(yīng)該認(rèn)真分析往屆新能源學(xué)生在設(shè)計(jì)課程上出現(xiàn)的問題，找出學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，在課堂教學(xué)的時候進(jìn)行有針對性的訓(xùn)練，從而提高教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)一步提升學(xué)生綜合能力以及運(yùn)用所學(xué)知識去分析和解決問題的能力，為培養(yǎng)有用的能源工程師打下一定的基礎(chǔ)。因此，理論課程與化學(xué)電源相關(guān)的設(shè)計(jì)課程相融合，可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識，可以更大程度地提升學(xué)生獨(dú)立思考問題和解決問題的能力，從而提升學(xué)生的綜合能力。

1.4?課堂教學(xué)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)相輔相成

新能源科學(xué)與工程的專題實(shí)驗(yàn)包括了電池材料的制備、電池的組裝、電池安全性能的測試等，這些都和化學(xué)電源技術(shù)息息相關(guān)。如果沒有專業(yè)理論課的指導(dǎo)，那么學(xué)生無法清楚地認(rèn)識自己做的是什么，也沒有辦法解決實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的問題。同樣，學(xué)生可以通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作來進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識，提升對化學(xué)電源的認(rèn)識，通過實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識更為生動和直觀。同時，理論課和實(shí)驗(yàn)課的順序一定要正確，以鋰離子電池為例，在學(xué)習(xí)了鋰離子電池的正負(fù)極材料后，學(xué)生就應(yīng)該進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室采取各類合成方法來合成不同的鋰離子電池正負(fù)極材料。這樣及時加深了學(xué)生對合成方法的理解和記憶，并通過查閱文獻(xiàn)及時了解目前材料的研究狀態(tài)，以及存在的問題，從而激發(fā)學(xué)生去鉆研這些問題，提升他們的專業(yè)知識水平。通過對鋰離子電池的組裝，如半電池的組裝，設(shè)置一定的問題，諸如為什么正負(fù)極材料都是采用的金屬鋰作為對電極？引發(fā)學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)生尋找正確的答案，進(jìn)一步鞏固專業(yè)理論知識。因此，對于新能源科學(xué)與工程的專題實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該和理論課進(jìn)行一定的結(jié)合，及時反饋相應(yīng)的信息到課堂中，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況及時調(diào)整課堂的側(cè)重點(diǎn)，達(dá)到學(xué)以致用，理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐反哺理論的目的。

1.5?課堂教學(xué)與專業(yè)比賽相結(jié)合

除了課程（畢業(yè)）設(shè)計(jì)以及專題實(shí)驗(yàn)以外，新能源專業(yè)的各類賽事也有利于提升學(xué)生綜合能力，也是學(xué)生由理論到實(shí)踐、由課堂到實(shí)戰(zhàn)的有利戰(zhàn)場。因此，要帶動和鼓勵學(xué)生積極參與。在參與比賽的過程中，一方面，學(xué)生可以使用所學(xué)的理論知識和追蹤的最新信息來指導(dǎo)比賽項(xiàng)目的順利實(shí)施；另一方面，在項(xiàng)目的實(shí)施過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)自己的不足以及短板，會主動通過各種途徑學(xué)習(xí)更深入的理論知識來彌補(bǔ)自己的不足，從而提升其解決問題和創(chuàng)新的能力。此外，通過一系列的比賽，學(xué)生從中獲得一定的滿足感，會進(jìn)一步激發(fā)其從事科學(xué)研發(fā)興趣和愛好，從而提升學(xué)生的成果產(chǎn)出。真正做到以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，符合基于OBE理念的課程教學(xué)實(shí)踐［4］。

2?課程育人元素的引入

高校是為祖國培養(yǎng)人才的搖籃，因此要利用好課堂教學(xué)這個主要陣地，要在不知不覺中引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、價(jià)值觀，引導(dǎo)大學(xué)生對祖國的認(rèn)同感、歸屬感，樹立產(chǎn)業(yè)報(bào)國、科技報(bào)國的主人公意識。在化學(xué)電源技術(shù)這門課程中，通過在課堂上、實(shí)踐中合理融入育人元素，以實(shí)現(xiàn)知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和德育目標(biāo)的有機(jī)統(tǒng)一。

2.1?課堂上的育人

在滿足課堂理論教學(xué)工作的同時，引入適當(dāng)?shù)挠嗽兀欣诩ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力與共情。比如在講授鉛酸蓄電池時，引入鉛酸蓄電池行業(yè)的領(lǐng)軍人物——江蘇海寶電池科技有限公司董事長沈維新的事跡。該案例體現(xiàn)了商人具有不唯利是圖的高尚品德，踏踏實(shí)實(shí)做好產(chǎn)品，發(fā)展好產(chǎn)品，以科技力量為祖國的發(fā)展貢獻(xiàn)力量的精神。這對教育新能源專業(yè)的大學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)好專業(yè)知識，培養(yǎng)他們形成正確的人生觀具有非常重要的意義。這部分內(nèi)容在講述鉛酸蓄電池的發(fā)展史時，采取圖文并茂的形式向?qū)W生展示。在講述鎳氫電池的負(fù)極材料儲氫合金時，以無機(jī)化學(xué)家申泮文院士為例，講述其以獨(dú)特的方法合成的一系列離子型金屬氫化物及在鎳/金屬氫化物可逆電池取得的成果。講述以申泮文院士為代表的中國上一代知識分子特有的奉獻(xiàn)精神和對事業(yè)執(zhí)著的追求，體現(xiàn)申泮文院士報(bào)效祖國，希望祖國富強(qiáng)的家國情懷，對教育新能源專業(yè)的大學(xué)生吃苦耐勞、勤奮刻苦、勇于奉獻(xiàn)，為祖國的發(fā)展和建設(shè)無私奉獻(xiàn)具有非常重要的意義。在講述鋰離子電池正極材料時，引入2019年諾貝爾化學(xué)獎獲得者之一的Goodenough老先生的學(xué)習(xí)生涯，最終在九十多歲的高齡斬獲諾貝爾獎，至今仍在實(shí)驗(yàn)室工作，以激勵學(xué)生活到老學(xué)到老、認(rèn)真鉆研、勇于創(chuàng)新，學(xué)好專業(yè)知識為祖國的能源事業(yè)貢獻(xiàn)力量。整個課堂學(xué)習(xí)中，育人元素從商人到科學(xué)家，從國內(nèi)為祖國奉獻(xiàn)、走在科學(xué)前列的科學(xué)家到國外引領(lǐng)能源潮流的科學(xué)家，都可以用來教育新能源專業(yè)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)、生活以及科研態(tài)度。

2.2?實(shí)踐中的育人

為了鞏固課堂的基礎(chǔ)理論知識，該課程體系應(yīng)該和實(shí)踐相結(jié)合。比如，讓學(xué)生在課外利用分組的形式完成一定的小實(shí)驗(yàn)或者制備一些小器件。在整個實(shí)踐環(huán)節(jié)，潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生樹立良好的團(tuán)隊(duì)精神，學(xué)會分工與合作。在進(jìn)行專題實(shí)驗(yàn)課時，在實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)適當(dāng)設(shè)置一定的問題和障礙，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，利用已學(xué)習(xí)的知識來解決現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中遇到的問題，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在實(shí)驗(yàn)不同的環(huán)節(jié)設(shè)置不同層次測問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步解決問題，從而提高學(xué)生的參與性和主動學(xué)習(xí)興趣［5］。同時激勵學(xué)生采取各種手段來解決問題，從而鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力。學(xué)生在用自己的知識和能力解決好實(shí)驗(yàn)中遇到的問題之后，會激發(fā)他們對科研工作的興趣，便會積極主動地參與到各項(xiàng)科研和大創(chuàng)工作中，從而提高學(xué)生的成果產(chǎn)出。另外，鼓勵學(xué)生多參加各種團(tuán)體賽事，在準(zhǔn)備比賽的過程中，讓學(xué)生接觸更多優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)和人才，從而發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)和不足，以促進(jìn)學(xué)生保持良好的自信心和上進(jìn)心。實(shí)踐中的思政元素沒有固定的方式，只要在正確的節(jié)點(diǎn)利用合適的方式來引導(dǎo)，相信會培養(yǎng)出自信、自強(qiáng)、自律的人才。

結(jié)語

本文從課堂理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，探索了化學(xué)電源技術(shù)課程雙融合教學(xué)改革模式，最終以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以提高學(xué)生電化學(xué)儲能專業(yè)素養(yǎng)和成果產(chǎn)出為重點(diǎn)，整合相關(guān)教學(xué)成果。將理論教學(xué)、實(shí)踐深度融合起來，結(jié)合育人元素的引入，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)檢索、資料查詢的能力和科學(xué)研究的素養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在整個教學(xué)改革過程中，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生主動、自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的成果產(chǎn)出，為國家的新能源行業(yè)培養(yǎng)合格的儲備人才貢獻(xiàn)一定的力量。

參考文獻(xiàn)：

［1］孫克寧，王振華，孫旺.現(xiàn)代化學(xué)電源［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

［2］周鵬飛，吳小中.“化學(xué)電源工藝學(xué)”課程思政建設(shè)探索［J］.廣東化工，2021，48（451）：305307.

［3］張林森.化學(xué)電源課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐［J］.河南化工，2015，32（2）：6163.

［4］姜建文，陶端鍵，劉曉玲，等.基于OBE理念的“化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施”課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐［J］.化學(xué)教育，2022，43（12）：6876.

［5］張立珠，范瑞清，唐冬雁，等.問題引導(dǎo)法提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的探索與實(shí)踐［J］.化學(xué)教育，2022，43（12）：3033.

基金項(xiàng)目：貴州理工學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JGYB202124）；貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目（No：2021202）；貴州理工學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2022JXGG14）

作者簡介：劉云花（1983—?），女，漢族，四川眉山人，博士研究生，講師，研究方向：新能源材料與器件。

*通訊作者：劉瑩（1983—?），女，河南駐馬店人，博士研究生，副教授，研究方向：生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用研究。