基于CDIO模式電池專業教學改革與實踐

楊志聰

(1.廣東輕工職業技術學院團委,廣東,廣州 510300;2.華南師范大學教育科學學院,廣東 廣州 510631)

發展新能源汽車能滿足新經濟時代的要求[1],新能源汽車所用電池作為一種儲能設備,具有排放少、功率密度高、可模塊化組裝等優點。電池行業對相關人才的標準在逐步提高,新型人才不僅要具備工程邏輯思維,更要能解決電池領域內的復雜問題。為了提高電池專業教育的質量,解決人才培養問題,我國高等院校新增了不少相關課程。電池專業課程屬于典型的能源交叉學科[2],課程涉及化學、材料學、機械工程、能源等多個學科領域。只有合理設置課程內容,推動理論與實踐的結合,設計科學的考核機制,才能為產業和國家培養更多的創新型的復合人才。

目前電池專業教學存在著一些問題,如人才培養與社會需求不匹配、課時分配不合理等,限制電池專業的長遠發展。構思、設計、實現、運作(CDIO)模式貫穿了產品從研發到運行的整個生命周期,適合實踐性較強的電池專業的教學,本文作者基于CDIO模式,對電池專業教學的改進開展研究。

1 電池專業教學中存在的問題

電池專業課程內容廣泛,涵蓋多個學科,對學生的基礎知識和學習能力要求較高,需要學生投入大量的精力。目前在電池專業教育中,還存在著不少問題,主要有以下幾點。

1.1 人才培養與社會需求不匹配

目前的教學模式,教學內容普遍過時,缺乏前沿研究進展,更新速度偏慢,無法確保教學內容符合市場的需求,學生的技術和能力與企業的用人標準不匹配,造成人才與需求錯位[3]。此外,教師未能及時了解最新的研究進展并學習新的技術,新興知識無法融合到教學內容中。這會影響專業人才的培養質量[4],不利于提升學生在市場中的競爭力。

1.2 課時分配不合理,實驗關聯性較差

課程教育改革已在我國大部分高等院校開展。為減輕學生的課業壓力,電池專業課程的學時被壓縮,實驗課程較少,不少基礎課程僅安排十幾個學時,無法使學生熟練掌握課程內容[5]。近年來,科學技術不斷進步,企業和社會需要的多為具有扎實基礎且具備創新能力的復合型人才,需要學生掌握更多學科的內容,教學端的舉措與用人端的需求背道而馳。此外,有些課程實驗僅是理論教學的附庸,未將理論知識與實際問題相關聯,也未充分考慮學生今后任職崗位將面臨的實際情況。原因可歸為兩個方面:①學校的教學設備往往較陳舊,支撐不起高質量的實驗;②老師更偏重書本知識的灌輸,缺乏企業經驗,不了解對標崗位的用人要求。

1.3 考核機制單一

電池專業課程的考核以期末考試成績和日常考勤為主,考核量化指標較單一,教師的主觀作用明顯,缺乏客觀性和公平性[6]。此外,只靠期末考試成績和考勤,無法反映出學生對知識點的掌握程度,對學生的實踐操作水平也缺乏客觀準確的評價。教師摸不清學生的學習進度,也無法培養學生的實踐操作能力和創新性。

1.4 企業導師制度難產,實踐基地運行困難

企業導師制度是工程學科里較先進的教育模式,通過聘請企業導師參與教學,培養學生解決實際問題的能力。這種模式對導師資質要求不低,既要有一定的工程師職稱,又要擁有豐富的授課經驗。目前面臨一些問題,如企業導師從事的項目與課程聯系度不高,或教學流于表面,企業導師的講座對電池工程的開發背景和流程泛泛而談,學生缺乏實踐,無法從中獲取知識。學生只有得到真正的實踐鍛煉,接觸電池相關的項目、設備、實驗室等,才能掌握知識和技能。

除了企業導師制度,實踐基地也是一個培養學生的良好載體。學生通過進入實踐基地參與電池的研究、開發和應用,可掌握技能,培養解決問題的能力。目前,實踐基地的建設也存在一些問題,如基地項目與教學內容不匹配、場地有限、資金不足、設備陳舊和技術落伍等。

2 CDIO模式的內涵與重要性

2.1 CDIO模式的內涵

CDIO模式在20世紀初由美國麻省理工學院等高校聯合創立。該模式的教學理念,主要是緊密連接理論與實踐,最終回歸于工程實踐。CDIO 由構思、設計、實現和運作等4個部分組成[7],貫穿了產品從研發到運行的整個生命周期。這種教學模式可激發學生的學習熱情,增加實踐機會,有助于學生掌握專業知識,強化團隊的溝通和協作能力,培育研發和創造能力,從而使培養的學生能解決相對復雜的工程問題。CDIO模式促進了專業課程之間的有機連接,使整個教學工程更加具有實用性和可持續性。

2.2 CDIO模式的意義

CDIO模式適合實踐性較強專業的教學,其中的系統工程多數可作為項目來開展。從產品研發到運行維護,通過全周期的培養使學生具備工程師的基本素養。CDIO模式對電池專業課程教學改革的意義主要體現在以下幾個方面。

2.2.1 彌補傳統教學模式的不足

傳統的專業課程教學大多借助黑板和多媒體進行授課,雖然可通過圖片、視頻等形式豐富教學內容,但大部分學生處于被動接受知識的狀態,理解較淺,容易遺忘,學習熱情不高。采用CDIO模式,學生可依靠實踐活動來鞏固加深理論知識,發揮主觀能動性,也有利于教師了解學生理論知識的掌握程度和實踐操作水平,調整教學內容和教學進度[8]。

2.2.2 培養學生系統學習的能力

一直以來,高校的教學模式基本為以教師授課為主,學生只能被動接受知識。所用教材基本是幾年前的版本,雖然教材中每個章節都標明了要學習的知識點,但是內容零散,缺乏系統性,學生無法進行整合。CDIO模式以產品整個生命周期為案例,使學生在實踐過程中不斷加深對專業知識的掌握程度,知識體系更具綜合性和系統性[9],學生也能夠提升發現問題、分析問題并解決問題的能力。

2.2.3 提升教師的教學實踐水平

電池專業課程的實踐性較強。教師由于絕大部分時間都在學校和實驗室中,對企業的實際情況了解不多,在教學過程中無法給予學生更好的操作指導。CDIO模式通過具體的實踐項目,使教師在教學過程中提升個人實踐水平,掌握企業的運營流程、工藝技術及設備操作技能,參與產品從研發到最后運營維護的整個生命周期,通過解決實際問題來提升自己的教學能力,在后續的教學中,將所學知識和技術傳授給學生,培養滿足企業、社會和國家需要的專業人才。

3 基于CDIO模式電池專業教學的改進探索

3.1 瞄準社會需求,制定人才培養目標

將CDIO模式應用于電池專業教學改革,需要以實踐為導向,將創新性思維貫穿于整個教學過程,在實踐中掌握專業知識,激發學習積極性。電池專業的屬性決定了它必須充分融合理論知識與實踐操作,學生需要積極參與實踐活動,系統地掌握專業知識,在實踐中不斷提高自身的創新思維能力。傳統教學過分強調理論知識,教學效果沒有適配企業和社會發展需求,與實際工作內容相背離。電池專業人才培養的理念、目標和模式必須與時俱進,高校應構建新的人才培養模式,制定符合企業和社會發展需求的人才培養目標,有利于學生畢業后盡快適應崗位,也有助于推動學校與產業對接。

3.2 優化教學內容,促進理論與實踐相結合

電池專業課程的內容主要有光電化學、熱電化學、電催化、材料化學、物理化學和粉體制備等,跨越了多個學科。教師需要根據人才培養需求,重新梳理知識點,緊扣關鍵內容,搭建系統的教學框架,并根據教學目標將教學內容拆分為若干個子項目,通過這些子項目,使學習過程變成實踐操作,夯實學生的知識基礎,鼓勵學生在實踐過程中不斷發現問題,分析問題,并最終能夠解決問題,提升學生的綜合能力。在解決問題的過程中,可以讓學生自行構思方案,充分發揮他們的能動性和創新性,在方案的設計與實現的過程中,培養學生的實踐操作能力和團隊協作能力。

以燃料電池為例,以電池的核心技術為主線,將相關的教學內容模塊化,分為5 個子項目,即堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池和質子交換膜燃料電池等。分別介紹相應燃料電池的發展、結構、運行機制、材料、應用范圍與關鍵技術等內容,以主流產品為案例,緊跟產業發展的前沿。學校需要構建校企合作雙向交流機制,與企業深度融合,探索出適宜的校企合作模式,例如:建立聯合實驗室,合作研發燃料電池;建立校外實習就業雙基地,使教學過程直接對接生產過程,讓學生獲得全生產線的實習經驗,企業也可招聘到符合需求的員工;開發校企雙元教材,依托學校的網絡平臺,充實線上教學資源,同時引入行業的標準,讓學生畢業即可獲得從業資格證書。

3.3 創新考評機制,完善評價體系

CDIO模式是一種以學生為中心、成果為導向、培養能力為目標的教學模式,應該在傳統評價機制的基礎上進一步優化完善,增加并細化相關的評價指標,以便更好地體現教學效果和學習成果。

理論課的評價指標主要包括課前學習準備工作完成情況、出勤率、日常作業完成情況、論文成績、期中期末考試成績等,其中要提高學生平時成績的權重,降低期末考試的權重,有助于學生養成良好的學習習慣,而不是在考試前突擊復習。

實踐課的評價指標主要包括實驗成績、項目完成情況、小組成績、教師評價、組員評價和成果答辯等,從多個維度來考察學生的實踐操作能力以及團隊協作能力,使評價結果更客觀,學生也能從中了解自身的不足,在后續的學習過程中逐步改進。

4 結語

CDIO模式能使學生在學習實踐的過程中夯實基礎知識,鍛煉實踐操作本領。電池專業作為一門跨越多學科的專業,需要學生具備較高的綜合素質,因此需要教師在教學的過程中引導學生積極參與到從產品研發到最后運行的整個生命周期中。只有讓學生成為學習的主體,才能擺脫被動學習的狀態,在實踐活動中掌握知識和技能。CDIO模式可以幫助高校獲得更好的教學效果,使學生畢業后能迅速適應崗位,滿足企業、社會和國家的需求。