瞿佰華*，王榮華，岳繼禮

（重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400044）

在邁向社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的新征程上，要實(shí)現(xiàn)我國高水平科技自立自強(qiáng)，歸根結(jié)底需要高水平創(chuàng)新人才。過去，傳統(tǒng)高等教育為我國發(fā)展輸送了大量人才，但隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與升級，我國各領(lǐng)域核心技術(shù)步入國際先進(jìn)或領(lǐng)先水平、面對于更加激烈的國際競爭，企業(yè)的人才需求隨之發(fā)生了巨大改變，從傳統(tǒng)技術(shù)型人才轉(zhuǎn)向技術(shù)創(chuàng)新型人才。因此，高等教育需要進(jìn)行人才供給側(cè)改革，培養(yǎng)更高水平的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，才能符合中國特色社會主義新時(shí)代發(fā)展的要求[1]。

我國“十三五”和“十四五”規(guī)劃中，新能源被列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的范疇，新能源技術(shù)領(lǐng)域是21 世紀(jì)對世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展起決定性影響的五個(gè)重大技術(shù)領(lǐng)域之一。其中新能源技術(shù)有一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即新能源材料與器件。新能源材料與器件專業(yè)的主干課程包括“新能源材料與器件概論”“新型電池材料”“應(yīng)用電化學(xué)”“新能源材料設(shè)計(jì)與制備”，橫跨材料、物理、化學(xué)、電子等多個(gè)學(xué)科，該專業(yè)的目標(biāo)是在對基本理論進(jìn)行深入理解的基礎(chǔ)上，開發(fā)出新一代高性能綠色能源材料、技術(shù)和器件（如汽車、儲能電站、高端醫(yī)療等領(lǐng)域的電源）。

“新型電池材料”作為該專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，基礎(chǔ)電化學(xué)概念、基本電化學(xué)理論和材料的基本合成方法為本課程的講授重點(diǎn)，電池組裝與測試為實(shí)踐教學(xué)重點(diǎn)。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生將具備新型電池材料的合成和評價(jià)其電化學(xué)性能的能力，為后續(xù)開展新能源材料等方面的研究和科技攻關(guān)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐對新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)模式優(yōu)化具有重要意義[2]。

1 “新型電池材料”課程教學(xué)存在的問題

1.1 上課形式單一

“新型電池材料”課程的授課方式多以教師講授為主、學(xué)生被動聽，講授內(nèi)容為電池理論的基本概念、基本原理和電池分析方法，內(nèi)容單調(diào)、枯燥、乏味，往往不利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)“新型電池材料”課程由材料化學(xué)等多學(xué)科交叉形成，具有知識體系零散，知識點(diǎn)繁雜等特征，因此教學(xué)難度增加。授課過程中，教師一味以自身教學(xué)節(jié)奏為主，忽略學(xué)生的吸收過程，導(dǎo)致學(xué)生跟不上教師節(jié)奏進(jìn)度，機(jī)械性地記憶知識點(diǎn)，未能深入理解其知識點(diǎn)背后的科學(xué)意義，知識點(diǎn)難以靈活運(yùn)用于實(shí)際問題的解答，從而影響學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式并不能根本提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，反而導(dǎo)致學(xué)生將該課程歸入死記硬背式的應(yīng)試教育，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[3-4]。

1.2 課程知識體系龐大，學(xué)時(shí)少

新型電池材料是一門綜合性強(qiáng)、多學(xué)科交叉、技術(shù)含量高的學(xué)科，有關(guān)新型電池材料的基本理論涉及許多的基礎(chǔ)課程，比如大學(xué)化學(xué)、物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)和納米材料。雖然本專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)“新型電池材料”課程之前已對部分基礎(chǔ)課程有所學(xué)習(xí)，但每一門課程包含的內(nèi)容多且側(cè)重點(diǎn)不同，學(xué)生可能對新型電池材料的知識儲備不足。同時(shí)，“新型電池材料”課程的課時(shí)有著嚴(yán)格的限定，這使得“新型電池材料”課程的教學(xué)工作面臨著一個(gè)不可避免的問題：如何利用有限的教學(xué)課時(shí)，更有邏輯地組織“新型電池材料”課程的內(nèi)容，以便讓學(xué)生更好地吸收知識點(diǎn)[5]。

2 “新型電池材料”課程教學(xué)改革的思考與實(shí)踐

2.1 優(yōu)化更新課程教學(xué)內(nèi)容

“新型電池材料”是新能源材料與器件專業(yè)的重要課程之一，主要培養(yǎng)學(xué)生對新能源材料的合成和測試能力。而課程教學(xué)內(nèi)容陳舊單一，缺乏科技創(chuàng)新前沿的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，不能很好地體現(xiàn)新能源材料與器件專業(yè)創(chuàng)新型人才的定位。另外，其中大多數(shù)的電池制備實(shí)驗(yàn)都是一些基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)都是有固定的合成方法和步驟，學(xué)生機(jī)械性完成實(shí)驗(yàn)，缺乏獨(dú)立思考和探索創(chuàng)新的空間，不能有效提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

針對“新型電池材料”課程中存在的問題，根據(jù)該課程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，課程內(nèi)容將新能源材料和器材領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識、國際研究前和國家重大需求有機(jī)結(jié)合，全面優(yōu)化了課程內(nèi)容，見表1。

表1 新型電池材料課程內(nèi)容

課程內(nèi)容包括了化學(xué)電源的概論和理論基礎(chǔ)（序號1-2），各個(gè)種類的電池工作原理介紹及其組成和特點(diǎn)（序號3-13），電池設(shè)計(jì)及電池測試技術(shù)（序號14）。該教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)囊括了在實(shí)際生活中的應(yīng)用的所有電池，并且介紹了電池的工作原理，電池設(shè)計(jì)及電池測試等內(nèi)容。

2.2 開展模塊化教學(xué)，提升教學(xué)質(zhì)量

模塊式教學(xué)（MES）當(dāng)今是一種相對先進(jìn)的教學(xué)模式。該教學(xué)法是通過分析每個(gè)專業(yè)特點(diǎn)，將教學(xué)大綱和教材開發(fā)成不同的教學(xué)模塊形成的組合教學(xué)模式。其教學(xué)目標(biāo)明確，每一個(gè)模塊根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，按需授教、學(xué)用一致。模塊式教學(xué)可讓學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中更加靈活，有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及其創(chuàng)新能力。

新型電池材料模塊化設(shè)計(jì)是對鋰電池、鋰離子電池、鉛酸蓄電池、燃料電池、一次電池、激活電池等多類型電池的文獻(xiàn)調(diào)研和研究，結(jié)合有關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)情況，采用模塊式的模式組織教學(xué)內(nèi)容。以一次化學(xué)電源為例，其一次電池的種類可以分成4 個(gè)子模塊，其中子模塊中包含符合該電池種類的多種新型電池材料的相關(guān)知識，如工作原理、結(jié)構(gòu)組成等。每一模塊設(shè)立獨(dú)立的教學(xué)單位，教學(xué)目標(biāo)明確，使學(xué)習(xí)的靈活性提高，并且有利于學(xué)生對知識的掌握，進(jìn)一步提升學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

模塊化設(shè)計(jì)對本課程傳統(tǒng)高等教育課堂教學(xué)進(jìn)行了改革，推出了四位一體教學(xué)方式即“教、研、做、改”相結(jié)合，通過老師教學(xué)、學(xué)生討論研究、學(xué)生對電池材料進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐和學(xué)生在教師指導(dǎo)下改進(jìn)等一系列過程，與傳統(tǒng)的老師只利用其掌握的專業(yè)知識泛性教學(xué)相比較起來，這種教學(xué)模式的設(shè)計(jì)提升了學(xué)生的動手能力、職業(yè)能力和創(chuàng)新能力。

2.3 理論與科研實(shí)踐相結(jié)合

“新型電池材料”知識點(diǎn)豐富，看似理論性和介紹性內(nèi)容多，實(shí)際上實(shí)踐性極強(qiáng)，單純的理論學(xué)習(xí)不能很好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，反而會降低學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解和實(shí)際運(yùn)用能力。根據(jù)本專業(yè)的優(yōu)勢，提出理論學(xué)習(xí)與科研實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，讓學(xué)生自己親手合成材料、組裝電池和測試電池，進(jìn)一步提升學(xué)生的動手能力，教會學(xué)生如何將理論運(yùn)用于實(shí)踐。學(xué)生通過自己動手練習(xí)，提升其感性認(rèn)識，增強(qiáng)其實(shí)踐動手能力，也對一些材料進(jìn)行合成，了解材料內(nèi)部科學(xué)問題，促進(jìn)其對其他專業(yè)課程的掌握學(xué)習(xí)，促使學(xué)生思考一些科學(xué)問題，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才政策落實(shí)下去[6]。

2.4 改革課程考核制度

目前，“新型電池材料”課程的考核成績分為三部分：上課出勤率、平時(shí)作業(yè)成績、期末考試，其中以期末考試為主體，占據(jù)80%以上。這種考核方式并不能完全體現(xiàn)學(xué)生的綜合能力。因此，在學(xué)生成績評定中適當(dāng)提升學(xué)生的課外學(xué)習(xí)任務(wù)的成績，比如，在任務(wù)設(shè)計(jì)中有一項(xiàng)學(xué)生查找資料、閱讀文獻(xiàn)，自己動手制作電池，并且對學(xué)生自己制作的電池進(jìn)行應(yīng)用展示，這項(xiàng)任務(wù)可以適當(dāng)給予一些成績。讓學(xué)生的學(xué)習(xí)積極程度得到顯著提升，使學(xué)生可以主動地去學(xué)習(xí)一些有關(guān)于新型電池材料的內(nèi)容，多閱讀文獻(xiàn)，提升學(xué)生閱讀文獻(xiàn)能力，同時(shí)讓學(xué)生對本課程的理解深刻，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力[7]。

2.5 將國家重大需求與專業(yè)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合

新能源將是未來一個(gè)時(shí)期最活躍的產(chǎn)業(yè)賽道，是國家的重大需求，也是國際學(xué)術(shù)前沿。在授課過程中將各種電池技術(shù)面臨的關(guān)鍵瓶頸難題、背后的科學(xué)問題、在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用場景有機(jī)結(jié)合，將會極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以引導(dǎo)學(xué)生主動將自己的專業(yè)融入國家發(fā)展大局[8]。目前新型電池的發(fā)展方興未艾，然而眾多電池的未來發(fā)展前景，對于本科生來說還缺乏足夠的認(rèn)識，在課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，通過從原理、電池原材料、需求等多方面科學(xué)合理分析，可以在學(xué)生心中建立起比較明確的藍(lán)圖，在學(xué)生知道電池技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)方向后，才能更準(zhǔn)確將自己的專業(yè)應(yīng)用于國家重大需求。

3 結(jié)論

“新型電池材料”作為新能源材料與器件專業(yè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，在前面學(xué)習(xí)的課程和后續(xù)學(xué)習(xí)的課程中起著橋梁的作用。學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的好壞，直接影響了其對新型電池材料和其他有關(guān)新能源材料科學(xué)領(lǐng)域知識的掌握。本文在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的前提下，研究“新型電池材料”課程的教學(xué)內(nèi)容和作業(yè)設(shè)計(jì)改革，輔助以教學(xué)方式的改進(jìn)。經(jīng)過對本課程教學(xué)改革，最大限度地提升了學(xué)生對本課程學(xué)習(xí)的興趣，課堂教學(xué)質(zhì)量顯著提升。并且讓學(xué)生對知識點(diǎn)的理解整合和動手能力得到了加強(qiáng)，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。本次課程改革也對培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供了一定思路。