孟凡成 陳鵬起 劉節(jié)華 周如龍 程繼貴

[摘要]新工科類專業(yè)課程的教學內(nèi)容及方式與傳統(tǒng)工科有一定的差異。本文結(jié)合筆者在合肥工業(yè)大學新能源材料與器件專業(yè)的教學體驗，以《超級電容器材料與技術(shù)》課程為例，通過在人才培養(yǎng)理念、課程教學內(nèi)容、教學形式、評價方式等方面的探索與實踐，將最新的科技成果、課程思政引入課間教學，探討了雨課堂、雙語教材、翻轉(zhuǎn)課堂、課后實踐等教學方式在學生劍新能力培養(yǎng)中的作用及效果，以期為高校新能源領(lǐng)域培養(yǎng)出符合社會需求的創(chuàng)新型人才。

[關(guān)鍵詞]新能源材料與器件新工科教學改革能力培養(yǎng)

[基金項目]合肥工業(yè)大學信息化教學改革示范項目（編號：KCXX1906）;合肥工業(yè)大學線上線下混合式“金課”示范項目（編號：KCJK2001）。

[中圖分類號]G64

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3089（2021）17-0163-02

一、背景

近年來，國務(wù)院及各相關(guān)部門在《中國制造2025》《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》等發(fā)文中明確指出，新能源和新材料都屬于未來制造業(yè)重點關(guān)注的十大領(lǐng)域-2。而這些領(lǐng)域的發(fā)展，離不開高端人才的持續(xù)投入。因此，為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，我國教育部積極推動“新工科”建設(shè)，并且新工科的理念一經(jīng)提出，就獲得了社會的廣泛歡迎和認可。在眾多新工科專業(yè)中，新能源材料與器件專業(yè)綜合了材料、物理、化學、機械、電子、信息等眾學科的基礎(chǔ)理論，既關(guān)注相關(guān)材料與器件的結(jié)構(gòu)及原理，又注重器件的技術(shù)開發(fā)及工程應(yīng)用，具有較強的實用性、交叉性和綜合性。目前，我國已有多所高校開設(shè)了新能源材料與器件相關(guān)專業(yè)，但各大高校的關(guān)注重點及學生培養(yǎng)目標有所差異。合肥工業(yè)大學的新能源材料與器件專業(yè)成立于2010年，其核心教學課程包括超級電容器、鋰離子電池、太陽能電池、燃料電池、光電發(fā)光材料與器件等，同時也非常注重培養(yǎng)學生扎實的數(shù)理基礎(chǔ)。

然而，新能源屬于新興學科，前沿研究一直在如火如茶地進行著，新的知識和技術(shù)更新速度也非?？?。因此，相關(guān)課程的教學需要保持與時俱進。近年來，新能源材料與器件類專業(yè)課程的教學方式和方法已有較大的變革和改進57，但仍存在一些地方需要完善。而學生學習的主動性以及專業(yè)實踐能力的欠缺將導致對專業(yè)知識的理解不深，對技術(shù)的創(chuàng)造性使用和繼續(xù)開發(fā)的能力不強。

因此，本文結(jié)合個人教學經(jīng)驗，以《超級電容器材料與技術(shù)》課程的教學探索為例，分享并討論新工科背景下新能源材料與器件專業(yè)課程教學改革的創(chuàng)新與實踐，以期對相關(guān)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)有所幫助。

二、教學改革的實施——以《超級電容器材料與技術(shù)》課程為例

為適應(yīng)創(chuàng)新型社會的發(fā)展需求，新工科專業(yè)要培養(yǎng)具有廣博的專業(yè)知識、精湛的專業(yè)技能、綜合的創(chuàng)新能力，以及具有完整的人格的創(chuàng)新型人才?！冻夒娙萜鞑牧吓c技術(shù)》是新工科專業(yè)中的一門課程，在多數(shù)高校的新能源類專業(yè)中屬于專業(yè)選修課，對本領(lǐng)域?qū)W生在掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識、拓展學科前沿視野以及鍛煉工程應(yīng)用實踐能力等方面有著重要的輔助作用。在本課程的教學中，我們通過改進教學過程設(shè)計，以學生為中心，注重能力培養(yǎng)，充分發(fā)揮學生在理論學習和實踐動手方面的主動性：在常規(guī)的課程講授之外，為學生創(chuàng)造想一想、做一做、玩一玩、練一練的場境，讓學生通過主動學習和實操體驗結(jié)合的過程深化對專業(yè)知識的掌握和吸收。為此，在本課程的教學中有機地融入了以下措施，以期達到更好的教學效果。

1教學內(nèi)容方面。在講授超級電容器的結(jié)構(gòu)、材料、原理等基本知識之外，在每一章節(jié)的內(nèi)容上都會引入本領(lǐng)域最新的研究進展。通過學生課下調(diào)研、課上演講，老師和其他學生參與討論的“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式開展，并要求學生在深入理解調(diào)研材料的基礎(chǔ)上，舉一反三：在充分的教學互動中，拓展并深化知識點的內(nèi)容。此外，在課堂教學中有機地融入我國在超級電容器前沿研發(fā)進展及產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用的工程實例，可進一步提升學生對本課程的學習興趣和對民族產(chǎn)業(yè)的自信。

2.教學方式方面。充分地利用了智慧教學工具雨課堂，將課外預習與課間教學融為一體。課前將帶有超級電容器結(jié)構(gòu)拆解及充放電過程模擬動畫的課件通過雨課堂發(fā)布到班級，學生可以隨時學習：同時老師也可以看到每個學生的預習情況，進而在課堂上有針對性地開展教學活動。另一方面，在學生進行了充分的課前預習的基礎(chǔ)上，老師也有更多的課堂時間進行開放式教學，鍛煉學生的創(chuàng)新思維和能力。

3實踐能力方面。充分調(diào)動學生的動手積極性，通過市售超級電容器產(chǎn)品的拆解和在實驗室中組裝超級電容器樣品的實驗，將理論知識轉(zhuǎn)化到實戰(zhàn)演練中，增加學生對課程內(nèi)容的感性認識、培養(yǎng)學生的動手能力。

（1）市場上現(xiàn)有超級電容器產(chǎn)品的拆解、分析。在本課程教學期間，除理論學習之外，要求學生每人動手拆解一款市場上購買的小型超級電容器產(chǎn)品，切實感受實際產(chǎn)品與課堂講授內(nèi)容的異同。通過對超級電容器成品的拆解，識別產(chǎn)品中各個部分對應(yīng)的課程教學中的專業(yè)名稱，進一步查閱各部分的材料組成、分析其作用過程，形成對此類器件結(jié)構(gòu)的直觀認識，并熟悉實物產(chǎn)品與理論模型的差異。

（2）組裝超級電容器樣品，并表征其電化學性能。通過本課程的全面講解之后，要求學生以小組形式，根據(jù)所學知識，進入實驗室，自制一簡單的超級電容器樣品。具體內(nèi)容包括選取并制備超級電容器的活性組分、電極，選取并制備合適的隔膜及電解液，并將其與電極一起組裝成超級電容器，并進一步對自制的超級電容器的電容相關(guān)性能進行表征和評價。

4評價方式方面，信息化教學手段的引入，極大地豐富了線上、線下混合式教學的內(nèi)涵。雨課堂發(fā)布的課堂測試、課后作業(yè)等可限時提交，并長時間保留答題記錄，課前預習、課間互動、課后個性輔導等可實時備案在線。在《超級電容器材料與技術(shù)》的課程教學中，雨課堂平臺上的記錄是評價學生學習態(tài)度的重要參考。同時，學生在專業(yè)前沿中的調(diào)研報告、在“翻轉(zhuǎn)課堂”中的表現(xiàn)、在期末綜合測試中的成績，以及在實驗中展現(xiàn)出的動手能力等都是評價學生該課程學習效果的重要方式。

三、實施效果

通過以上教學改進措施的實施，充分發(fā)揮學生主動學習的能力，讓學生在學習專業(yè)知識的同時，體驗到在學中玩、在玩中學的樂趣。該教學方法極大地調(diào)動了學生對課程學習的積極性、提升了課程學習效果、鍛煉了學生的動手能力：同時也豐富了教師的教學方式、活躍了課堂氛圍、改善了教學效果。其中本課程中實踐能力鍛煉階段的實物拆解實驗，尤其受到學生的歡迎，并且成效顯著。如我校2017級新能源材料與器件的優(yōu)秀畢業(yè)生王某凡同學在超級電容器的拆解報告中表示：“在這次拆解過程中我們雖然遇到了一點麻煩，但是整個過程是快樂的，也是新穎的。對于這種作業(yè)方式我是十分感興趣并喜愛的，不僅鍛煉了我們的動手能力，也培養(yǎng)了協(xié)作能力，對微型法拉第電容的結(jié)構(gòu)也更了解”。以上教學改革措施通過在《超級電容器材料與技術(shù)》課程中近三年的實施與改進，學生對本課程的教學參與度越來越高，課程考試的卷面成績大幅提升，并且學生也更能適應(yīng)學習效果評價中的開放式考核，創(chuàng)新思維能力得到了顯著提升。更重要的是，該課程的教改措施激發(fā)了學生們對新能源類專業(yè)知識的學習興趣，增強了學生對學好專業(yè)知識和看好專業(yè)前景的信心。

四、結(jié)束語

新工科專業(yè)的教學效果關(guān)系著本領(lǐng)域的人才培養(yǎng)質(zhì)量。為適應(yīng)不斷發(fā)展的社會需求，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式也要作相應(yīng)的改變，而持續(xù)改進也是工程教育質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過近幾年專業(yè)課教學改革的創(chuàng)新與實踐，合肥工業(yè)大學的新能源材料與器件專業(yè)終于獲批了2020年度國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點。這既是對本專業(yè)近年來教學效果的肯定，又對本專業(yè)的進一步發(fā)展提出了更高的要求。因此，在專業(yè)教學方面需要堅持目前的成功措施，同時積極引進先進的教學經(jīng)驗，并結(jié)合新能源行業(yè)的用人要求和國內(nèi)外的發(fā)展動態(tài)，在教改實踐中不斷創(chuàng)新、永遠前進，進一步提升新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量，為未來中國的高端制造業(yè)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻：

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作者簡介：

孟凡成（1986年12月-），男，安徽合肥人，博士，副研究員，碩士研究生導師，主要從事新能源材料與器件相關(guān)的教學與科研。