胡小詩，項舒延，賀君敬，林 葆，金成超，馬世玉

(杭州電子科技大學材料與環(huán)境工程學院，浙江 杭州 310018)

為緩解傳統(tǒng)能源短缺和環(huán)境污染問題，近年來，新能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。“十三五”規(guī)劃中明確指出要推動新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保等綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，[1]根據(jù)四部委最新消息，國家對新能源汽車推廣應用財政補貼政策實施期限延長至2022年底。在此背景下，電池作為一種高效、清潔、經(jīng)濟的新能源體系廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車及固定電網(wǎng)儲存等領域，同時也受到無數(shù)科技工作者的廣泛研究和關注，許多高校也開設了相關的課程。我校在本科生教學中開設《電池技術概論》通識課，旨在為學生講授各種電池體系的工作原理和特點、性能、工藝及產(chǎn)品應用，要求學生能將課堂知識與生活體驗有機地結合，對相關的行業(yè)信息和發(fā)展動向形成自己的判斷，培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)、現(xiàn)代意識以及掌握獲取科學知識方法、科學研究方法的現(xiàn)代化人才和部分今后從事電化學、材料科學和汽車領域內的人才。課程所涵新能源電池技術種類繁多，而不同電池的工作性質和應用場景有著顯著差異，隨著技術的發(fā)展，電池性能及種類等都在不斷更新發(fā)展中，即具有時效性；課程專業(yè)性強，理論性與實踐性強，而且與產(chǎn)業(yè)結合非常緊密，然而操作性較差；在高速發(fā)展的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，原有的課程體系已不再適應現(xiàn)代化教育。針對上述情況，在新教學環(huán)境下，在兼顧教學任務與注重培養(yǎng)大學生科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的同時，如何構建適合《電池技術概論》課程的教學體系，成為本文主要關注和要解決的問題。因此，本文擬從教學內容、教學方法和考核方式等方面進行分析和探討。具體闡述如下：

1 《電池技術概論》課程教學實踐中存在的問題

1.1 課程內容設置不合理

(1)課時較少，但課程內容龐雜，重點不夠突出，講授難度大，既不利于學生對于知識的有效掌握，也不利于教師在有限的教學時數(shù)內進行系統(tǒng)的知識講授和拓展、對學生進行能力訓練以及實施靈活的教學手段。課程中需要介紹的電池種類繁多，如當代主流的電池就有：鋅錳干電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、燃料電池、光伏電池、溫差電池、超級電容器等，新型的電池，如金屬空氣電池和全固態(tài)電池等。從電源基礎，如電池的基本概念、基本組成結構、工作原理、設計、技術參數(shù)，到電池組件的工藝，再到實際運用，《電池技術概論》課程內容涵蓋廣泛，涉及的知識面較廣，導致在有限的課上時間(32學時)內無法將理論知識展開充分講解，同時預留給學生在課堂上表現(xiàn)的時間也較少，尤其是在大班授課的情況下。

(2)教學內容不適用，缺乏時效性和實用性。教學內容應切實反映社會技術先進水平。隨著世界各國在新能源電池技術和材料技術研究中不斷取得突破，電池的各項技術指標都有了很大發(fā)展，新的電池體系和新型的電極材料層出不窮，全新的反應機制、先進的制備技術和生產(chǎn)工藝等也不斷涌現(xiàn)，其應用的領域也越來越廣泛。因此課程知識陳舊、老化，相對于前沿科學技術而言存在較大的滯后。例如，商業(yè)化的鋰離子電池正極已由傳統(tǒng)的LiFePO4，LiCO2，LiMn2O4發(fā)展到現(xiàn)在的三元材料，容量也相應地提高到了200 mAh/g以上。

(3)課程專業(yè)性、理論性強，概念過于抽象，涉及物理、化學、材料和電化學學科。選課的本科生有來自電子信息類、材料等工科學科，物理、化學、數(shù)學等理科學科，也有來自英語、馬克思主義和人文等文科學科，學生的專業(yè)背景差異大，在相同知識的掌握上，特別是對于新能源電池的基本理論和基本知識，如電化學基本原理及在材料科學領域中的應用、反應機理、技術標準、基礎理論分析、電池性能的影響因素、器件對材料的基本要求以及材料合成等存在較大差異，并且學生大都沒有相應的專業(yè)知識基礎以應對課程相關內容的理解，容易跟不上課堂節(jié)奏，從而產(chǎn)生厭倦和抵觸情緒。

(4)電池技術是集理論性、技術性、應用性于一體的學科，與我們的日常生活和能源產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密，但目前課程內容安排上主要以基礎理論為主，沒有將理論知識與生活實際很好的銜接，因此，在教學過程中，頻繁出現(xiàn)出現(xiàn)學生學習主動性低、基礎概念模糊混雜、應用能力差等現(xiàn)象和問題。

1.2 教學方式單一、落后，教學過程模式化、機械化

現(xiàn)在的教學模式沿襲了傳統(tǒng)的教學模式，以教師的灌輸型教學為主，教師按照預設好的教學場景進行教授，并且尚未開設實踐環(huán)節(jié)。這種方式易引起學生對一些基本原理、術語感到枯燥，加之學生課下花費時間少，對抽象概念一時難以消化。雖然在以往的教學中很早便意識這些問題，并在教學過程中利用多媒體課件中的圖片、動畫和視頻來予以直觀呈現(xiàn)，但效果不夠顯著，并且對于電池這門實踐性較高的課程來說，最好還是能結合一定的實驗手段來表述，但是，作為一門全校公選課，進行實驗教學的操作性卻很低，不利于教研并重型教師長處的發(fā)揮，也難以培養(yǎng)學生的探究興趣、動手創(chuàng)新能力、研究和分析的能力。而確定性的教學過程忽略了學生學習的自主性、主觀能動性和獨立思考的能力。隨著教育改革的深化，以及網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的、單一的教學模式已經(jīng)難以滿足教學的需求，探索如何改革教學方式、強化理論與實踐相結合、提高學生積極性和課堂參與度是當前課程教學改革中需要解決的一個重要問題。

1.3 考核評價方式不夠全面、合理

教學考核方式應按照實現(xiàn)培養(yǎng)目標和提高課堂教學效果服務來科學制訂，并與教學方式的實施齊頭并進，對學生的考核應始終貫穿在整個教學過程中。《電池技術概論》課程的考核評價體系已有所改進，更加關注學生的平時表現(xiàn)，如分組討論情況，但評價不夠全方位，考察的重點仍是學生對知識的掌握，如平時的作業(yè)和期末大論文，忽略了對教學過程中學生學習情感、態(tài)度、策略、思考研究能力等方面的評價。此外，評價的主體比較單一，目前仍是由教師對學生的學習進行評價，不能很客觀的評價小組中的每位成員的表現(xiàn)和對團隊的貢獻，學生處于一種消極的被動地位。

2 課程教學策略的探討與實踐

2.1 優(yōu)化課程結構框架，提高教學前瞻性、實用性

(1)面對教學過程中，課程呈現(xiàn)的課時少、內容多、知識體系繁雜，難講授等特點，一方面教師應該根據(jù)電池技術及材料的發(fā)展趨勢和特點，注重邏輯，總結規(guī)律，重新組織、優(yōu)化、精簡教學內容，突出教學重點，同時將部分內容更多地放到課外學習時間中去。例如，應重視知識點梳理歸納，注重知識的連貫性，比如緒論扼要地闡述了電池的分類：化學電池、物理電池和生物電池，其中化學電池又分為一次電池、二次電池和燃料電池，使學生清晰課程的結構和整體教學思路。涉及的電池體系較多，應系統(tǒng)歸納其特性和共性問題，注意前后的聯(lián)系，不滿目孤立地介紹一種電池體系，比如電池的過充過放，對不同體系一般都是導致內壓升高和材料結構破壞，使學生能夠將已掌握的知識體系相互銜接，減少重復勞動。重點突出器件的基本組成、工作原理、基本技術參數(shù)及電池的維護保養(yǎng)等應用情況。要求學生在課外提前搜集資料，對課上的問題能提前熟知。

(2)教師自身的專業(yè)知識和國際視野對教學質量影響顯著，因此，教師自身需要不斷進步，隨時更新知識，把握電池最新的研究成果及未來的發(fā)展趨勢，借助網(wǎng)絡與文獻資料以及自己的科研見解和經(jīng)歷，引導學生追蹤新能源電池領域的熱點和前言問題，開拓學生視野，調動其學習興趣。同時教師可以充分利用自身與團隊在電池研究領域的優(yōu)勢，分享團隊正在進行的研究工作、新發(fā)表的論文，使學生接觸到最新的電池技術、材料、制備工藝、資料和設備等。

(3)為增加學生的接受度，盡量用通俗易懂的語言輔以圖片、多媒體動畫等手段來形象描述電化學的基本原理和概念，同時需摒棄一些晦澀的深奧的理論，注重基本理論知識、概念的科普性介紹。不同學科學生對課程重點、難點、廣度和復雜性的要求不同，因此，教學過程的設計總體應兼顧不同專業(yè)的需求，不過分追求學生對電池內部機理及理論的掌握，而應重視學生思維的培養(yǎng)，但與此同時，對于能源與動力專業(yè)的學生或者對該領域感興趣，將來有志于從事該方面研究和工作的學生，可以為他們做些額外指引，以便于他們將來自主深入學習，主要是側重于理論素養(yǎng)的提高和課堂上精簡掉的內容的學習，如電池機理、儲能材料的結構、研發(fā)和表征方法、電池體系存在的問題和解決辦法、關鍵材料的作用和制備、電池體系的開發(fā)，允許這些學生參與教師的科研工作。

(4)建立以學生應用為中心的教學思路，提高學生所學電池知識的實際應用能力、高階思維和創(chuàng)業(yè)能力。一方面，理論聯(lián)系實際使用環(huán)境，通過實例講解，提高學生理解度，比如，通過探討在鋰電的潮流下，為何豐田混合汽車獨愛鎳氫電池，學生可以對鋰離子電池和鎳氫電池的原理、特性和各自的優(yōu)缺點有更深層次的認識。另一方面，減少理論講解時間，在大綱中增加學生容易掌握和更樂于接受的應用內容的比重，豐富課堂內容，強化課程內容的廣泛性建設、趣味性建設，比如可以為新能源車、手機和筆記本電腦電池、柔性屏、電池安全(短路、過充、熱沖擊等)和保養(yǎng)、分布式儲能、地方能源產(chǎn)業(yè)特色等這些與我們生活息息相關的內容設置專門模塊[2]，結合特斯拉、寧德時代等電動車和能源公司的市場動態(tài)和股票信息、充電樁建設等時事新聞，以專題報告的形式單獨講解，課程內容中補充節(jié)能環(huán)保減排知識、法律、政策和倫理和社會案例等，如廢鉛酸電池違法回收案件。

2.2 教學方式多樣化、數(shù)字化

教學方法的更新?lián)Q代和創(chuàng)新是激發(fā)學習熱情和課堂參與、促進學生探究性、個性化學習，提高學生知識、思維、能力的技術保障。在教育信息化發(fā)展的今天，針對電池技術公選課內容涉及領域廣，課程改革后知識點多而不深的特點，在教學中需有機結合和靈活利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、計算機模擬、網(wǎng)絡教學平臺等多種先進科學的數(shù)字技術、資源，主要從以下兩方面改進：

(1)整合線上線下課程，強化教學互動：如適當?shù)囊搿胺D課堂”這種新型的授課模式。在信息技術高度發(fā)達的今天，學生可以利用多媒體技術和互聯(lián)網(wǎng)提前預覽與課程相關的電子教學資料，如教師在自己建設的網(wǎng)上教學平臺上上傳的錄課、電子教案、課件、科技前沿知識，教育平臺(百度傳課、騰訊課堂)上的學習視頻，“慕課”、“微課”微視頻等[3]。通過線上預習，學生帶著疑問到課堂，提出一些有深度的問題，或就理解不透的內容與老師和同學互動，有利于知識的內化，同時也省去某些問題的講解時間。這就要求教師做好“導學案”[4]設計，為學生課前自主學習做好引導，以提高翻轉課堂的效果。同時，在翻轉課堂教學活動中，融入基于分組合作的項目訓練：學生組團后自主選題，分工協(xié)作，查閱標準和資料以及小組討論等，最后鼓勵學生上臺作ppt匯報。這種開放式的雙向教學模式，以教師為導向(督導者)，學生為中心(主體)，它的加入，營造了一種會話式的寬松的教學氛圍，極大地啟動了學生的主觀能動性，增強了學生參與教學活動的力度與廣度，培養(yǎng)了學生自主學習、創(chuàng)造性學習的能力，減少了學生對老師的依賴。同時還促進了不同專業(yè)學生的交流，鍛煉了學生文獻搜索和調研的能力，培養(yǎng)了團隊意識以及思考和解決問題的能力。

(2)增設虛擬仿真實驗教學學時：借助基于VR和AR技術的虛擬仿真實驗教學項目資源開展緊扣教學基礎內容的線上實驗教學[5]，作為課程的生產(chǎn)實踐教學環(huán)節(jié)。該方法通過構建一個優(yōu)良的，虛擬的實驗環(huán)境，學生身臨其中，進行實踐訓練，在有效地促進知識的表達，激發(fā)學習興趣培養(yǎng)學生動手創(chuàng)新能力的同時，可大大降低實訓的成本和風險，[6]有效化解實驗條件短缺、教學演示困難和電池安全隱患的問題。通過在線實踐教學平臺上的仿真軟件，教師可隨時隨地指導學生進行電池材料合成、電極片制備、電池拆裝、常規(guī)的性能(容量、穩(wěn)定性、安全性)測試和評價等仿真操作，理論教學與實驗訓練交替，加深了學生對動力電池內部結構原理、性能參數(shù)、測試方法和制造工藝的理解，了解了新能源電池科學研究和工程設計的一般方法，也加強了教學與生產(chǎn)的對接。教師亦可構建一些其它的虛擬教學場景，如應用性較強的綜合模擬實驗、探究性的趣味實驗或開放性實驗場景等。

2.3 構建基于過程的多元評價體系

由于上述新的教學方式更加重視學生參與教學，評價體系將相應地作以下調整：課堂出勤(10分)，互動問答(10分)，仿真操作(10分)，在團隊項目訓練計劃過程中的表現(xiàn)(20分)，ppt講解效果和反映出的調研成果(20分)，撰寫項目個人總結(30分)，即主要考核學生的學習過程、效果和綜合能力，通過學生自評(10%)，團隊成員互評(40)和教師評價(50%)相結合，計算出總評成績，實現(xiàn)開放的、多元化的評價。這種新的考核體系可以引導學生創(chuàng)造性地主動學習，繞開應試教育的陷阱，充分發(fā)揮出學生在學習中的主體地位。

3 結 語

電池技術與我們的生活密切相關。本文結合本課程的特點、學生實際需求以及已有的教學經(jīng)驗等，分析了教學現(xiàn)狀，并從教學內容、教學方式、考核方式三方面進行教改初探，創(chuàng)造性地在傳統(tǒng)教學中融入信息化手段，解決教學難題，旨在打造一個以學生為主體的高效體驗式課堂，以適應新的教育發(fā)展趨勢，培養(yǎng)出與社會接軌的復合型人才，從而實現(xiàn)教學共同體的成長。