新能源材料與器件專業(yè)BOPPPS教學(xué)模式探索與實(shí)踐

［摘 要］ “化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”是中南大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)的核心骨干課程，是一門以電池基礎(chǔ)理論為核心、以解決實(shí)際問題為終極目標(biāo)的應(yīng)用性課程。在當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛的市場(chǎng)背景下，將產(chǎn)教融合深入運(yùn)用到課程教學(xué)中，對(duì)于新能源材料與器件專業(yè)人才培養(yǎng)及社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。將產(chǎn)教融合理念與BOPPPS教學(xué)模式緊密結(jié)合，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程，優(yōu)化考核評(píng)價(jià)體系，提升了課程教學(xué)效果并有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，體現(xiàn)出明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ 化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用；產(chǎn)教融合；BOPPPS教學(xué)模式；教學(xué)改革；人才培養(yǎng)

［基金項(xiàng)目］ 2024年度湖南省科技廳湖湘青年英才（2024RC3026）

［作者簡(jiǎn)介］ 唐晶晶（1986—），女，河南洛陽人，博士，中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院副教授，主要從事新能源材料與器件及有色金屬資源循環(huán)利用研究；周向陽（1969—），男，湖南桃江人，博士，中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院二級(jí)教授（通信作者），主要從事材料冶金與儲(chǔ)能材料與器件等研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）52-0109-05 ［收稿日期］ 2024-05-17

一、“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”課程概述

“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”作為新能源材料與器件專業(yè)的核心課程，開設(shè)在大三下學(xué)期，課程要求本專業(yè)學(xué)生在已學(xué)習(xí)材料基礎(chǔ)、電化學(xué)原理等課程的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)學(xué)習(xí)掌握化學(xué)電源的基本概念、基本原理、研究方法與表征手段，重點(diǎn)掌握一次電池、典型二次電池、液流電池、燃料電池、電化學(xué)電容器等典型化學(xué)電源的組成、結(jié)構(gòu)、原理、電池特性以及所用材料體系，了解化學(xué)電源的應(yīng)用場(chǎng)景、發(fā)展現(xiàn)狀和前景，為研究開發(fā)化學(xué)電源及其材料打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)［1］。

因此，“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”課程的重要意義在于，讓學(xué)生在完成了理論知識(shí)積累的基礎(chǔ)之上，通過本門課程的學(xué)習(xí)，對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握從理論層面順利而自然地過渡到實(shí)踐應(yīng)用層面。這一點(diǎn)在課程目標(biāo)中反映得更加清晰，在基礎(chǔ)認(rèn)知層面，我們要求學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)掌握化學(xué)電源的基本概念、基本原理，初步形成化學(xué)電源系統(tǒng)而全面的理論知識(shí)框架；了解不同化學(xué)電源的電化學(xué)性能及應(yīng)用場(chǎng)景，掌握化學(xué)電源所用的材料體系。在能力目標(biāo)層面，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備分析解決化學(xué)電源發(fā)展所面臨基本工程問題的能力，能熟練運(yùn)用基本理論，開展化學(xué)電源關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)與器件優(yōu)化相關(guān)的研究工作。在更為高階的素質(zhì)目標(biāo)層面，通過課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)合作精神，使學(xué)生善于利用網(wǎng)絡(luò)信息手段拓寬知識(shí)面，樹立專業(yè)自信，激發(fā)自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)意識(shí)，厚植助力國家科技自立自強(qiáng)的理念。

二、課程實(shí)施產(chǎn)教融合教學(xué)改革的必要性

要清晰分析產(chǎn)教融合教學(xué)改革的必要性，首先需要明確的是，“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”課程的最終目標(biāo)是依據(jù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和行業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)出能夠掌握新能源領(lǐng)域基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具有創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才［2］。

高校與科研院所等培養(yǎng)的人才，最終要走向產(chǎn)業(yè)并為產(chǎn)業(yè)發(fā)展做貢獻(xiàn)。在明確了課程培養(yǎng)目標(biāo)后，需要分析當(dāng)今新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況。新能源產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅猛，特別是在當(dāng)前知識(shí)經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)的特殊時(shí)代背景下，新材料與新器件的迭代速度之快，給我們的高等教育敲響了警鐘。作為高校一線教師，我們應(yīng)當(dāng)深刻思考：我們的教育是否緊密追蹤社會(huì)及產(chǎn)業(yè)的變化？是否能夠通過大學(xué)教育做到引領(lǐng)社會(huì)發(fā)展、培養(yǎng)出具有超前思維和技術(shù)的科技型、創(chuàng)新型人才？大學(xué)的基礎(chǔ)教育是否跟得上產(chǎn)業(yè)的新變化？在當(dāng)前背景下，我們需要發(fā)自內(nèi)心地認(rèn)識(shí)到：我們的教育絕不能是高?！耙活^熱”的局面，不能讓企業(yè)的發(fā)展與人才的培養(yǎng)脫節(jié)，只有通過堅(jiān)定而有效的教學(xué)改革來深化產(chǎn)教融合，才能從根本上破解人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求“兩張皮”的難題［3-4］。

因此，為了更好地提升“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”課程的教學(xué)質(zhì)量，我們將產(chǎn)教融合理念與BOPPPS教學(xué)模式相融合，對(duì)教學(xué)過程全環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，堅(jiān)持一切教學(xué)活動(dòng)都是以學(xué)生的學(xué)為主，切實(shí)做到以學(xué)生發(fā)展為中心，培養(yǎng)能夠適應(yīng)并引領(lǐng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科技型人才。

三、BOPPPS教學(xué)模式簡(jiǎn)介

BOPPPS教學(xué)模型最初是應(yīng)用在北美高校教師技能培訓(xùn)，目前已被國內(nèi)高校廣泛采納。BOPPPS教學(xué)模式是一種強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與和反饋的閉環(huán)教學(xué)過程模式，它將課堂教學(xué)過程劃分為“導(dǎo)入（bridge-in）、目標(biāo)（objective）、前測(cè)（pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（participatory learning）、后測(cè)（post-assessment）和總結(jié)（summary）”六個(gè)階段（圖1），其特點(diǎn)是以教育目標(biāo)為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心，其核心目標(biāo)在于引領(lǐng)學(xué)生最大限度地汲取知識(shí)、全方位參與學(xué)習(xí)［5-6］。BOPPPS教學(xué)模式充分發(fā)揮學(xué)生主體地位，符合新課程改革中所提倡的以學(xué)生發(fā)展為中心的教學(xué)理念。

四、產(chǎn)教融合的BOPPPS教學(xué)模式在“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”課程中的教學(xué)實(shí)踐

（一）學(xué)情分析

在多年的教學(xué)中，總結(jié)發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)中存在的有利學(xué)情主要有以下幾點(diǎn)：學(xué)生基礎(chǔ)較好；在當(dāng)前國家大力發(fā)展新能源的背景下，學(xué)生具有較強(qiáng)的專業(yè)認(rèn)同感；學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目及學(xué)生競(jìng)賽非常積極。不利學(xué)情主要體現(xiàn)在以下方面：學(xué)生會(huì)做題，但是思考問題深度不夠，難以運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析具體的產(chǎn)業(yè)化問題；工業(yè)設(shè)計(jì)意識(shí)淡?。徊糠謱W(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)不強(qiáng)，依然依賴教師的教，對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)仍然處于被動(dòng)；運(yùn)用現(xiàn)代化信息手段進(jìn)行知識(shí)拓展意識(shí)不強(qiáng)。

在充分了解學(xué)生學(xué)情后，基于“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)原則以及BOPPPS教學(xué)模式，提出如圖2所示產(chǎn)教融合理念下的“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計(jì)。

（二）課前教學(xué)準(zhǔn)備

傳統(tǒng)的課前準(zhǔn)備一般只由教師單方面完成，學(xué)生基本不參與課前環(huán)節(jié)，教師與學(xué)生間并無課前溝通環(huán)節(jié)。這樣所帶來的問題就是，教師“一頭忙”，較多的精力與時(shí)間花在知識(shí)本身上，并未將知識(shí)與學(xué)生聯(lián)系在一起，從源頭上就難以達(dá)成“以學(xué)生為中心”的目標(biāo)。因此，采用BOPPPS模式進(jìn)行教學(xué)改革，可以在以下三個(gè)方面實(shí)施。

1.導(dǎo)入。在課程開始前，利用問題或者實(shí)際案例，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣［7］。例如，在學(xué)習(xí)鋰離子電池這一章節(jié)時(shí)，可以先通過向?qū)W生介紹學(xué)院所擁有的先進(jìn)電池材料研發(fā)中心這一平臺(tái)，向?qū)W生提問：“同學(xué)們知道我們?nèi)粘Ｉ钪心男┓矫媸褂玫氖卿囯x子電池嗎？”“同學(xué)們，如果你們要買電動(dòng)車，關(guān)于電動(dòng)車的車載電源，你們會(huì)優(yōu)先考慮鉛酸電池還是鋰離子電池呢？”這一方面可以利用鋰離子電池廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生從日常生活中找到答案，使其快速融入課堂，另一方面可利用上述問題，將先導(dǎo)知識(shí)與本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容建立起聯(lián)系。此外，還可無形中對(duì)學(xué)生進(jìn)行熱愛學(xué)科、熱愛學(xué)院的情感教育。

2.目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定與具體化是讓學(xué)生了解課程教學(xué)重點(diǎn)的關(guān)鍵，在知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)層面向?qū)W生提出直接而明確的教學(xué)要求與教學(xué)目標(biāo)，也是課程培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵［8］。例如，在一次電池這一章節(jié)中，可以把三大目標(biāo)細(xì)化為具體而易理解的學(xué)習(xí)目標(biāo)，如：①能夠全面分析出一次電池構(gòu)成的基本要素；②根據(jù)特定的化學(xué)反應(yīng)方程式，能夠設(shè)計(jì)出一款一次電池器件，并對(duì)其放電原理進(jìn)行闡述；③能夠增強(qiáng)科技自立自強(qiáng)的使命感與責(zé)任感。

3.前測(cè)。在課堂教學(xué)開始前，對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)情了解，可以采用問卷調(diào)查的形式，以線上或者線下的形式靈活展開，盡可能全面地了解學(xué)生學(xué)習(xí)前的知識(shí)儲(chǔ)備及存在的問題，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容及進(jìn)度進(jìn)行針對(duì)性的修改及優(yōu)化，以更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（三）參與式教學(xué)

參與式教學(xué)過程是BOPPPS教學(xué)模式實(shí)施的核心及關(guān)鍵，在這里需要針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容、所要解決的不同屬性的問題，靈活運(yùn)用各種教學(xué)手段，以更好地讓學(xué)生參與到課程教學(xué)過程中。關(guān)于參與式學(xué)習(xí)，以鉛酸電池為例進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，如表1所示。

1.教師精講。對(duì)于需要學(xué)生重點(diǎn)理解與掌握的內(nèi)容，需要教師先進(jìn)行問題預(yù)設(shè)，吸引學(xué)生注意，提高學(xué)習(xí)興趣，再結(jié)合案例、圖片或者前修知識(shí)進(jìn)行講解，并適時(shí)與學(xué)生互動(dòng)。此時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)地觀察學(xué)生的表情狀態(tài)，以對(duì)教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，讓學(xué)生更好、更全面地掌握教學(xué)內(nèi)容。因?yàn)槊课粚W(xué)生的接受能力、前修基礎(chǔ)不可避免地存在差異，因此，在已經(jīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行了前測(cè)并了解基本情況的前提下，根據(jù)課堂實(shí)際情況進(jìn)行知識(shí)講解進(jìn)度的調(diào)節(jié)，應(yīng)當(dāng)更加自如。在教師精講環(huán)節(jié)后，要留給學(xué)生足夠多的時(shí)間去吸收，如引入一些案例或者習(xí)題，隨堂進(jìn)行師生互動(dòng)，這一方面可了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，另一方面可對(duì)教學(xué)秩序進(jìn)行把控，讓學(xué)生更好地沉浸在學(xué)習(xí)環(huán)境中，過于松懈的課堂管理對(duì)于學(xué)生的學(xué)及教師的教都是不利的。

2.學(xué)生獨(dú)學(xué)。結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及前測(cè)結(jié)果，對(duì)于難度較低的知識(shí)點(diǎn)，可以采用學(xué)生自己獨(dú)立學(xué)習(xí)的方式完成。為了讓學(xué)生更好、更高效、更有目的性地自學(xué)，教師可以根據(jù)自學(xué)內(nèi)容預(yù)設(shè)題目，鼓勵(lì)學(xué)生帶著問題去開展自學(xué)活動(dòng)。也可向?qū)W生提供提綱，要求學(xué)生根據(jù)提綱進(jìn)行知識(shí)的歸納總結(jié)，或者是構(gòu)建思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生形成知識(shí)點(diǎn)間相互聯(lián)系的空間感，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的整體認(rèn)知與理解。

3.分組合作學(xué)習(xí)。在本門課程中，對(duì)于需要學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行知識(shí)拓展或者實(shí)例分析的教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生以小組形式合作完成。例如，在鉛酸電池這一章的教學(xué)中，在已經(jīng)學(xué)習(xí)掌握了鉛酸電池的基本構(gòu)成及工作原理之后，需要學(xué)生去分析：鉛酸電池工作過程中，有哪些因素會(huì)造成電池失效？為什么會(huì)造成電池失效？你能否提出解決方案或思路？在鋰離子電池一章的教學(xué)中，在學(xué)生已經(jīng)掌握了鋰離子電池組成、工作原理及關(guān)鍵材料的基礎(chǔ)上，可以邀請(qǐng)企業(yè)專家為學(xué)生介紹當(dāng)前鋰離子電池發(fā)展態(tài)勢(shì)及該行業(yè)亟須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，可以讓學(xué)生基于已學(xué)知識(shí)，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度對(duì)該領(lǐng)域展開思考，激發(fā)學(xué)生投身科研、投身科技創(chuàng)新的興趣及志向。因此，在產(chǎn)教融合的背景下，利用課堂教學(xué)媒介，即使教學(xué)過程仍然在教室，我們也能充分發(fā)揮高校與產(chǎn)業(yè)的雙主導(dǎo)作用。在針對(duì)特定主題的小組研討過程中，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也讓學(xué)生明白只有牢固掌握基礎(chǔ)知識(shí)，才能更好地推動(dòng)企業(yè)發(fā)展、行業(yè)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步。同時(shí)，也幫助學(xué)生將基礎(chǔ)知識(shí)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)系在一起，幫助學(xué)生樹立投身產(chǎn)業(yè)的信心及信念。

4.教師總結(jié)。在師生互動(dòng)、生生互動(dòng)與小組匯報(bào)中，教師需要為學(xué)生提供獨(dú)立思考、提出解決問題方案的時(shí)間與機(jī)會(huì)，同時(shí)需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行正向引導(dǎo)以及及時(shí)糾正與總結(jié)。

（四）后測(cè)

教師圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行考核題目設(shè)計(jì)，不僅能夠檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，更能從側(cè)面反映教師的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，便于教師進(jìn)行教學(xué)反思。為實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生全過程評(píng)價(jià)的目標(biāo)，“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”課程采用40%過程成績(jī)（考勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、小組匯報(bào)）+60%期末考試，經(jīng)加權(quán)后作為課程成績(jī)的評(píng)價(jià)方式，具體包括：考勤5%、課堂表現(xiàn)5%、課后作業(yè)15%、小組匯報(bào)15%、期末考試60%。而在學(xué)生評(píng)價(jià)中，也會(huì)吸納企業(yè)專家的評(píng)價(jià)意見，對(duì)學(xué)生形成全面評(píng)價(jià)。

結(jié)語

“化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用”是新能源材料與器件專業(yè)的核心專業(yè)課，在產(chǎn)教融合背景下，對(duì)該課程進(jìn)行教育教學(xué)改革，對(duì)于人才培養(yǎng)、教師教學(xué)理念的發(fā)展都是有利的。堅(jiān)持“以學(xué)生發(fā)展為中心”的教育理念，將產(chǎn)教融合理念與BOPPPS教學(xué)模式結(jié)合起來，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、更新，將專業(yè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系、地位、作用納入新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新環(huán)境、新背景中開展教學(xué)工作，對(duì)學(xué)生因材施教，是破解新能源專業(yè)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展失衡的關(guān)鍵，也只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)校企間的雙向奔赴，讓產(chǎn)教融合在高校教育中大放異彩。

參考文獻(xiàn)

［1］田園園，高芳，金巍，等.“雙碳”目標(biāo)下新能源材料與器件專業(yè)項(xiàng)目式教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐［J］.科教導(dǎo)刊，2023（35）：62-65.

［2］韓廣，王國玉，曹麗轉(zhuǎn)，等.新能源材料本科教學(xué)課程思政探索與實(shí)踐［J］.高教學(xué)刊，2023，9（29）：69-72.

［3］鄧潔薇，梁曉萍.雨課堂和BOPPPS教學(xué)模式課程改革探索與實(shí)踐：以“環(huán)境保護(hù)概論”課程為例［J］.教育教學(xué)論壇，2024（8）：110-113.

［4］陳昊，李鈺，耿莉敏，等.基于“學(xué)科—科教—產(chǎn)教”多維融合的能源動(dòng)力拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐［J］.高教學(xué)刊，2024，10（11）：58-61.

［5］徐妙，童銳，李建.BOPPPS教學(xué)模式在新能源材料與器件教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐［J］.中國教育技術(shù)裝備，2024（7）：79-82.

［6］俞娟，趙俊楷，袁艷，等.BOPPPS模型在化學(xué)電源課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國冶金教育，2022（3）：1-3.

［7］龔樹鳳，吳哲夫，周守利.基于OBE理念和BOPPPS模型的混合式教學(xué)實(shí)踐研究：以可編程邏輯器件及應(yīng)用課程為例［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2024（5）：102-105.

［8］李爽，付麗.國內(nèi)高校BOPPPS教學(xué)模式發(fā)展研究綜述［J］.林區(qū)教學(xué)，2020（2）：19-22.

Exploration and Practice of the BOPPPS Teaching Mode for New Energy Materials and Devices under the Background of Industry Education Integration： Taking Fundamentals and Applications of Electrochemical Power Sources as an Example

TANG Jing-jing， YANG Juan， ZHOU Xiang-yang

（School of Metallurgy and Environment， Central South University， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract： The Fundamentals and Applications of Chemical Power Supply is a core backbone course of the New Energy Materials and Devices major at Central South University. It is an applied course with battery basic theory as the core and solving practical problems as the ultimate goal. In the current rapidly developing market context of the new energy industry， the integration of industry and education is deeply applied in curriculum teaching， which has a profound impact on the cultivation of talents in the field of new energy materials and devices and social development. This article closely combines the concept of integrating industry and education with the BOPPPS teaching mode， carefully designs teaching content and process， optimizes assessment and evaluation system， improves the teaching effectiveness of this course and effectively achieves teaching objectives， demonstrating a significantly better teaching effect than traditional teaching modes.

Key words： Fundamentals and Applications of Chemical Power Sources; integration of industry and education; BOPPPS teaching mode; teaching reform; talent training