新工科背景下《能源材料》课程建设与教学改革探索
2021-03-21吴爱平王蕾闫海静焦艳清
吴爱平 王蕾 闫海静 焦艳清
摘要：新世纪人才的培养要注重学生综合素质的提高，要注重培养和训练学生的创新意识和实践动手能力。能源与材料是科学进步和人类社会发展的两大重要支柱，《能源材料》课程是材料化学专业本科生的一门重要的专业基础课程，该课程具有涉及内容知识广泛、与科研生产联系密切以及科学前沿更新快的特点。在“新工科”建设背景下，依托学院师资优势和教育部重点实验室科研平台，通过对《能源材料》教学模式的探索与改革来充分调动学生的积极性，激发学生对课程的兴趣，让学生由被动学习转变为有效的主动学习，提高课程教学质量和效果。
关键词：能源材料 科研融入教学 教学模式 教学改革
Exploration on Curriculum Construction and Teaching Reform of
WU Aiping WANG Lei YAN Haijing JIAO Yanqing
（College of Chemistry， Chemical Engineering and Materials， Heilongjiang University， Harbin， Heilongjiang Province， 150080 China）
Abstract： The cultivation of talents in the new century should pay attention to the improvement of students' comprehensive quality， innovation consciousness and practical ability. Energy and materials are two important pillars of scientific progress and the development of human society. The
Key Words： Energy materials; Integrating scientific research into teaching; Teaching mode; Teaching reform
世界范圍内新一轮的科技革命与产业革命正在重塑世界经济结构和竞争格局，为应对新经济的挑战，服务国家“一带一路”“中国制造2025”等一系列国家战略，满足产业需求和面向未来发展的高度，我国高等工程教育主动出击积极推进新工科建设，培养造就一批基础扎实、多元化、工程能力突出的创新型人才[1]。材料化学专业是材料科学与现代化学相结合的新兴交叉学科，是培养系统掌握化学和材料科学的基础知识、基本原理和基本实验技能的具有创新精神的高端应用型人才的学科。《能源材料》是材料化学专业本科生的一门重要的专业基础课程，主要介绍新能源材料领域的基本原理及当今国内外的最新研究进展。然而，本课程涵盖的知识点多、内容涉及面广、理论性强，使得学生的学习难度增大，不利于培养学生的创新思维和发散思维。《能源材料》讲授内容和科研生产实际联系密切，课程内容广泛地应用于实际生产和生活当中，和人们的生活息息相关[2-3]。然而，传统的灌输式教学模式以及受教材限制的授课内容具有明显的局限性，学生只能在课堂上被动的听讲、记笔记来接收老师所讲授的内容，不能真正的去理解、去进行实践，因此虽然教学内容很重要，但理论知识与实践的脱钩导致学生不能真正的去掌握所学的知识。因此，为了适应新工科的要求，培养具备扎实基础、全球视野、整合能力、领导能力、实践能力的创新型复合人才，现有的教学内容和教学模式需要进一步优化调整，教学手段有待提高和完善，主讲教师应具有相关的科研经历和生产实践的知识，有机地将授课内容与科研成果相结合，引导学生利用课程所学知识，分析和解决科研生产实际遇到的问题，培养学生自主学习能力和创新能力，提高课堂教学质量，为国家科技经济的高质量发展培养造就大批创新型人才。
1《能源材料》课程建设和教学改革探索
1.1 课堂讲授和学生参与有机结合
在课程教学中采取教师课堂讲授为主，学生参与为辅的教学模式，保证课程体系完整性的同时增加学生的参与度。学生参与环节，主要形式是课前自主学习以及安排学生进行课程相应知识点的讲授。在课前自主学习环节，教师提前在学习通等线上教学软件中提供相关课程资源，学生根据教师的要求在课前进行自主学习、做好笔记、找出相应问题，随后在课堂上提出自己在自主学习过程中遇到的问题，通过授课教师和同学们的帮助来解决和理解遇到的问题，从被动的听讲者转变为主动的学习者，提高学生独立思考能力和团队合作能力。
传统的课堂授课方式中，主要是教师单向地输出，学生被动地听，学生在学习中的主体性和主动性被严重忽略。此外，由于《能源材料》课程的内容理论性强，导致部分学生在课堂上难以跟上教师的教学思路和节奏，容易出现学习精力不集中、走神等问题，长期以往下去，最终对课程失去兴趣，学习失去动力，导致课堂教学达不到预期效果，不利于培养学生的综合素质和实践创新能力。因此，要让学生积极参与到课程教学中，改变学生被动的听讲、记笔记的传统学习方式，为学生提供更多自主学习的机会，将被动学习化为主动学习。教师根据课程大纲设置，提供多个与课程相关的知识点供学生选择，由学生在课堂上进行讲授，通过课上讲授与讨论相结合的方式实现对知识的理解与吸收。在此过程中，学生们3～5人一组，各有分工，学生们会积极主动地去学习、查阅资料，提炼内容、相互讨论、制作PPT课件。同时，在学生准备的过程中，教师通过微信群、QQ群、学习通等线上交流平台随时接受答疑，加强学生与教师之间的交流沟通，增加学生的主动性同时增进师生间的感情[4]。学生进行PPT讲解后由其他同学提出问题，相互交流，从而进一步加深对所学知识点地理解，最后由教师做出点评，指出优点与不足。比如在讲授锂离子电池材料时，安排学生进行相关内容的讲解，同学们查阅材料、制作PPT、课上进行讨论，加深了对知识点的掌握，取得了较好的教学效果。因此，这种教学模式不但提高了学生的课堂参与度，锻炼了他们查阅资料能力、提升了他们制作PPT的能力、表达能力和组织语言的能力，还可以提高学生学习的主动性，而且在讨论期间可以进行思想碰撞，有利于培养适应新时代要求的优秀人才。
1.2 改进多媒体教学，激发学生的学习兴趣，提高教学质量
目前，大多数教师采用单纯的PPT讲授，学生被动接受的简单“灌输式”的教学模式，然而单纯的PPT授课方式难以长时间的激发学生的学习兴趣，长时间的听课会导致学生疲倦、注意力分散，对讲授内容记忆不深刻、理解不深入，从而降低教学质量[5]。因此，在教学过程中要充分利用网络资源，采用文字、声音、图形、图像、视频和动画于一体的多媒体技术，提升课程的吸引力，激发学生的学习兴趣，改善课程的教学节奏。在PPT的制作上要下功夫，不能是简单的文字叙述，应增加一些声音、图形、图像和动画吸引学生的注意力，让学生保持高的学习兴趣和积极性，比如在讲述锂离子电池的工作原理时，选择动态图片，让学生了解锂离子穿过隔膜在电池正负极材料之间的嵌入与脱出过程，增加学生对锂离子电池工作原理的直观认识，能更好的理解“摇椅式电池”这一概念的由来。此外，更重要的是，在课程讲授过程中，要注意在一些与科研生产联系密切的知识点中引入相关视频，例如在讲授新型二次电池材料-锂离子电池材料时，播放我国宁德时代公司的宣传片，一方面学生能了解最新的锂电池材料进展，另一方面也为中国企业在国际上取得的成绩感到骄傲与自豪，在传播专业理论知识的同时培养学生们的民族自信心和自豪感;在讲述燃料电池相关内容中，引入中国大学MOOC中四川大学的氢能与燃料电池课程的相关视频，通过视频的动画效果可以更加直观的看到燃料电池单电池的组装和测试过程，通过清晰直观的方式把复杂的过程弄明白，从而加深学生的记忆与理解。在网络高度发达的今天，教师要全面提高自身素质，讲授传统知识的同时引入新时代元素，紧跟时代步伐，充分利用中国大学MOOC（慕课）国家精品课程等网络资源将先进的教学理念和教学模式以及前沿科技成果引入到课堂教学当中，充分激发学生的学习兴趣，调动学生的主动性和积极性，提高教学质量和效果。
1.3 科研与教学有效结合，加深对理论知识的理解与运用
在课堂教学中，利用视听觉媒体开展教学活动可以吸引学生的注意力，但是对理论知识的实际运用上仍缺少认识，理论与实践脱钩，学生不能学以致用。针对上述问题，结合本课程的特点，依托学院师资优势和教育部重点实验室科研平台，将科研有效地融入到教学当中，进一步提高学生的学习兴趣，加深对理论知识的理解，掌握能源材料的最新研究动态，为之后的科学研究打下基础。例如在讲述电池用碳材料（石墨、碳纳米管、石墨烯、石墨炔）时，向同学们介绍学校付宏刚教授团队利用生物质材料（玉米杆、椰壳、棕榈壳等）制备碳材料的实例，同时邀请教育部重点实验室王蕾研究員给学生们讲解如何利用丰富的生物质碳源来制备功能型的石墨烯材料，通过科研实例让学生了解不同碳材料的结构与功能;在讲授新型二次电池（锂离子电池）、燃料电池材料时，增设实践认知环节，带领同学们参观相应实验室、实验设备，结合教育部重点实验室教师的最新科研成果和科研平台进行讲授。学生对自己学校的教师比较熟悉，通过参观相应的实验室、对相关教师研究工作的介绍以及相应实验设备的了解，首先引起学生的学习兴趣和求知欲，其次学生能够更好的了解所学理论知识在实际科研中的应用，比如在讲授锂离子电池部分时，涉及到手套箱的使用，电池的组装以及性能测试，在理论课上没有直观的认识，通过增加实践教学，让学生们了解当前能源材料领域前沿科研方向和课题，还能让他们更好地理解所学理论知识的必要性，增强学习的兴趣和动力。
1.4 多元化综合评价指导课程建设
工科类专业基础课程对学生的学习评价方式主要基于平时成绩和期末考试进行的，考核形式比较单一[6]。平时成绩主要分为课堂出勤率和随堂作业完成情况，占比在15%～30%，期末考试以开卷或闭卷考试的形式给出期末成绩，占比在70%～85%，作为主要评价指标，平时成绩和期末考试成绩构成了课程的评价体系。然而无论是平时成绩还是期末考试，反应的都是对课程知识点的考核，只能简单反应学生对所学理论知识的掌握情况，不能全面反映学生的实际能力和综合素质。因此，这种简单的评价方式不能满足新工科背景下培养多样化、创新型卓越工程科技人才的要求。根据新工科建设的理念，我们对能源材料课程的评价方式进行改革，构建了多元化综合评价体系，既有形成性评价，又有终结性评价，以全面、客观、有效的方式实现对学生综合素质的考核。目前本门课程考核方式包括平时成绩（10%）、课堂讲授（15%）、实践报告（20%）和期末成绩（55%）四部分，这种多元化综合评价体系更加合理，一方面考核了学生对课程知识点的掌握程度，另一方面对学生的主动学习能力、总结能力和实践操作能力进行评价，进而能够更好的评价学生的综合素质。
2 结语
在“新工科”建设背景下，对工科专业课程提出了更高的要求，针对《能源材料》课程的特点，本文从教学内容、教学方式和考核方式上进行了初步的教学改革探索，依托学院师资优势和教育部重点实验室科研平台，采用科研融入教学的新模式，注重学研结合和创新思维训练，开展体验式的学习模式，培养学生的科学与创造性思维，为今后的工作学习奠定良好的知识储备和思维习惯。通过课程改革以激发学生的学习兴趣，提升教学质量，培养复合型创新人才。
参考文献
[1] 李晋馥，曹树谦.新工科背景下专业基础课的课程思政建设路径[J].天津大学学报：社会科学版，2021，23（6）：488-492.
[2] 褚海亮.《新型能源材料》课程的教学改革探索[J].科技视界，2020（1）：71-72.
[3] 秦海英.研究生《能源材料》课程教学改革探索[J].教育现代化，2017，4（26）：46-47.
[4] 蔡淑娟，李涌泉.“新工科”建设背景下的高等教育《焊接工程学》教学模式改革探索[J].山东化工，2019，48（5）：178-179，183.
[5]羅文，王文广，王乃光.新能源材料发展背景下“材料科学基础”课程教学改革探索——以新能源材料与器件专业为例[J].湖北第二师范学院学报，2020，37（2）：101-104.
[6]张振琳，韩颖，李青松，等.新工科背景下《高分子材料研究方法》课程教学改革的探索[J].高分子通报，2021（11）：81-84.
