黄国勇，屈辰玮，王春霞

摘   要：基于新工科和素质教育理念的大背景，文章对“新能源材料设计与制备”这门研究生课程的教改情况进行分析，并主要从课程建设、教育教学模式及课程评价体系三个部分展开讨论。通过优化课程教学目标，完善课程教学资源，采用多媒体辅助式教学、研讨式教学、案例教学和翻转课堂等多种方式相结合的教学新模式，开发多元化的教学评价体系，为激发学生的学习兴趣、提高学生的实践创新能力、取得良好的实践教学效果奠定基础。

关键词：新工科;混合式教学;新能源材料设计与制备课程;教学改革

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章編号：1002-4107（2022）04-0001-03

基于国家战略发展新需求、国际竞争新形式、立德树人新要求而提出的“新工科”概念，是我国高等工程教育改革的重要方向[1-2]。现代工科教育教学改革要围绕“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”开展[3]。当下，人类生产生活和经济发展都离不开能源，能源消耗正高速增长，能源危机已迫在眉睫，新能源与新能源材料的出现则是破解能源危机和资源短缺问题的金钥匙[4]。我国自2011年开始设立新能源专业，研究开发新能源材料、加工技术及其相关新能源器件，培养新能源领域的专业人才。新能源材料是一个内容广泛，与材料学、化学、能源动力等多学科交叉融合的学科，此专业的开设既是对这些传统学科的资源整合，又给新能源材料领域专业人才培养提出了新的挑战。

一、课程介绍

“新能源材料设计与制备”是材料科学与工程、新能源科学与工程学科及储能科学与工程领域的重要基础课程，其主要是研究在氢能、太阳能、核能等新能源的转化利用过程中所使用的关键材料、器件的设计与制造的一门课程，重点介绍了新一代高性能绿色能源材料的设计制备，包括动力电池材料、太阳能电池材

料、锂离子电池材料、燃料电池材料等。随着时代的快速发展以及国家对新能源领域高素质人才需求的快速增长，“新能源材料设计与制备”课程引起了教育工作者的高度关注和重视，对应课程的教学改革也在火热开展。

二、“新能源材料设计与制备”课程体系优化

“新能源材料设计与制备”是一门理论性和实践性都很强的基础课程，教学过程应结合学科专业特点与发展前沿，丰富完善课程内容，激发学生对此课程的学习热情，使学生掌握新能源材料的基础知识、设计结构和基本制备方法，培养学生掌握锂离子电池、燃料电池以及其他新能源材料设计制备所需的专业技能。在“新工科建设”理念大背景下，为了促进多学科交叉交融、多主体参与，适应新能源产业所需复合型优秀创新人才培养需求，“新能源材料设计与制备”课程的课程设置、知识构架、教学方法和课程评价等方面均需进行新的调整、新的探索和新的变革。

（一）优化教学目标

“新能源材料设计与制备”课程主要涉及材料、新能源、储能和化学等学科，面向材料加工、新能源材料、储能等专业的学生授课。课程改革的建设目标始终与中国石油大学（北京）“培养厚基础、宽专业、强能力、高素质的优秀专门人才和创新人才”的培养目标相呼应：一是让学生扎实掌握各种新能源材料设计与制备的基础知识，更好地了解新能源、新材料领域的发展趋势，为将来解决实际工程问题奠定基础。二是提高学生的实践能力和分析、解决问题的能力，通过课程改革调动学生的学习自主性和积极性，加强其理论联系实际的能力，为新能源材料行业培养和输送基础扎实、动手能力强的高水平专业型人才。三是培养学生创新精神和科学探究能力，拓宽学生视野和知识面，为国家和社会培养视野开阔、勇于探索且富有创新精神的研究型人才。

（二）丰富教学内容

教学内容建设是进行课程改革的基础，要求精简和更新课程内容、设计优化课程组织构架，授课过程应紧密结合现代社会和科技发展趋势，在夯实学生理论基础的同时切实提高实践能力。“新能源材料设计与制备”课程主要讲授太阳能电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料及其他新能源材料等内容，宏观来说主要包括新能源材料、器件设计与制备两部分。前一部分是各种新能源材料的基本结构、 储能机理以及相关器件工作原理等理论知识，在课程内容设置过程，要考虑到学生前期学习的基础，若学生认为学起来枯燥，应适当缩减涉及交叉学科专业内容。例如：在讲授太阳能电池材料时，考虑到学生个体差异性，教师可详细讲述太阳能电池材料的结构和类型、太阳能电池材料产业分布现状以及我国光伏发电技术发展和面临的难题，而对于光伏发电技术所涉及到的光学、半导体物理、固体物理等专业性比较强的知识，则可只做简单介绍，不进行深入探讨。后一部分主要讲授各类新能源材料器件的设计、制备过程，具有较强的实践性，传统书本教学原理生产实践不便学生理解，在课程设置时应充分利用互联网课程资源及高校实验室教学条件，增加必要的实践环节。例如：在讲授锂离子电池材料选择与制备时，结合笔者在锂离子电池方面的课题研究，鼓励学生到实验室参观甚至参与到相关课题的研究中，使学生能够直观地感受电池材料的制备过程，对课程内容有更深入的理解。

（三）新增教材编订

新能源作为一个新兴专业，未来的发展趋势一片向好，我国已有不少高校开设了新能源专业，而与此同时，相关教学课程建设以及相关教学参考书滞后等问题亟须解决。在以往的“新能源材料设计与制备”授课中发现：现有的相关教材和专业书籍一般都侧重于基本原理的介绍，缺乏对相关技术具体应用的深入探讨，该领域的学术前沿和研究热点问题的探讨更是匮乏，与课程匹配度较低，不足以让学生掌握所学内容的来源和适用边界，这无疑增加了“新能源材料设计与制备”课程建设的难度。为了契合“新能源材料设计与制备”的授课，笔者根据多年授课经验，在课程讲义的基础上，结合近年来的新能源材料领域前沿热点问题，通过教学实践反馈，完成了相关参考教材的编写工作。笔者在不改变传统授课逻辑和知识结构的基础上，重点补充了对典型案例的分析，增加了对领域前沿研究热点的介绍。

三、“新能源材料设计与制备”课程教学方式的改革探索

“新能源材料设计与制备”课程涉及的领域广泛、教学知识点较多，且课程内容难度适当，更适合灵活多样的教学方法。在教学过程中，除了传统的课堂讲授方法外，还结合了多媒体辅助式、案例式、研讨式、翻转课堂等多种授课方式。

（一）课程教学新模式的应用

1.智慧教学。在“互联网+”的时代潮流下，引入多媒体辅助教学是进行课程建设的重要手段。在课程建设中，探索并实施了基于云平台和精品资源共享的新型开放互动式教学模式[5]。笔者以多年授课经验、丰富教学资源为基础，依托网络平台技术构建了一个集数字化、多元化、立体化于一身的线上学习空间，通过技术手段进行知识点优化，并实现了模块化建设。网络教学资源的使用实现了课堂上的图、文、声、视频并茂，开发了丰富的多媒体课件，使学生可随时进入网络课堂进行在线自主学习，有助于深入了解教学内容。

2.引入案例式教学。案例式教学旨在打破教学之间“你讲我听”的模式，教师通过对典型案例的分析，引导学生独立思考、互动或讨论，从而开阔思路、学以致用。笔者在讲授氢燃料电池章节时，重点讲授燃料电池的发展、类型、工作原理等基础知识，并结合科研前沿引入氢燃料电池汽车的案例，从燃料电池汽车工作原理展开，重点介绍燃料电池汽车的重要部件及关键技术，再引出氢气加注站、氢燃料电池汽车的优势及氢燃料电池汽车的发展难点问题，通过理论联系实际，开阔学生视野，引导学生将所学基础知识运用到实际工业生产中，培养其工程意识，提高学生发现问题、思考问题和解决问题的能力。

3.研讨式互动教学。改变以往“教师教、学生学”的被动灌输式学习方式，采用研讨式的教学方式，搭建以学生为中心，教师为主导的课堂。具体的执行方式是专题讲座训练。查阅文献、撰写研究报告、学术汇报是研究生培养过程中的必要环节。笔者根据课程重点内容结合领域内前沿热点问题设置了系列专题，学生可以结合自己的研究方向和兴趣进行选择，完成综述并进行分享，同时对完成质量做一定要求：要求学生查阅调研近五年内发表的高水平文章，报告内容须体现学生自己的思考与见解;对报告格式做明确详细的规范要求，如中英文摘要和关键词、引文标注、图表规范等，以培养其科学严谨的科研素养;根据报告與授课内容的匹配，让学生在对应章节授课时进行专题分享，如在锂离子电池材料章节，应详细讲出锂离子电池的发展现状、基本原理及相关产业技术概况，然后围绕当前锂离子电池材料研究的重难点问题（如锂离子电池新型正极材料的开发、电解液及负极材料的发展等）做探讨，活跃学生思维。

4.翻转课堂。翻转课堂即把课堂交给学生，颠覆 “课上学习、课后消化”的传统教学模式，采用“课前学习、课上内化”的新方式，教师在课前准备丰富合理的教学资源，让学生得以在课前进行充分的学习，课堂上教师不再进行基础知识的讲授，而是通过师生互动解答学生在学习过程中遇到的重难点问题，对学生进行针对性辅导，激发他们的主观能动性，提高学习效率。这种授课方式对于教学内容难度不大、知识点繁多的课程尤为适用，比如：二次电池章节内容，所授内容多与学生本科阶段所学习的电化学知识相关联，学习难度较低。笔者在讲授时采用翻转课堂模式，构建课程资源库，督促学生进行充分的课前自主学习，课上仅对重难点知识进行点拨并对学生学习过程中遇到的问题进行解答。实践效果表明学生的学习效果良好，对该章节内容的掌握也达到了课程预期目标。但是翻转课堂也有其限制性，实现翻转课堂的前提是有能力进行翻转。一是要求教师付出更多的精力和时间去构建完善的课程资源库，充分了解学生的前期学习情况，并根据学生整体情况合理调整课程资源，基础详尽又突出重点。对于太阳能电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料等涉及前沿领域、课程内容难度较高的章节则不适用这种模式。二是要求学生有能力，翻转课堂中更多的是学生自主学习，要求学生有主动学习的自律能力和会学习的自主能力。实践表明大多数学生可以很好地完成课前学习内容，但仍有部分学生未养成良好的学习习惯，这需要教师在翻转课堂“课前学习”阶段进行适当的干预，督促辅助学生认真完成课前学习内容。

5.实践教学。探索从理论到实践、以实践促研究的“三位一体”的授课方式。课堂知识讲授难以实现培养基础坚实、动手能力强的高水平专业型人才的教学改革目标。必须加强课程的教学实践环节，笔者尝试从加强实验教学到加强实践教学：为学生提供教学实验室，在当前的课堂授课环节中设置开放性实验题目并给出参考资料，让学生自主选择，一般4～6人为一组，由学生合作完成设计方法和技术路线，并开展实验，包括极片制备、电解液调配、电池组装、电化学测试等，实验结束后，学生对数据进行分析处理并撰写实验报告。这种授课方式使学生的学习不再局限于书本知识，有利于激发学生的科研兴趣，提高学生的动手能力和团队协作能力，极大地培养了学生的设计创新能力。

（二）课程考核方法的改革

培养符合“新工科建设”所需的优秀创新复合型人才，课程考核评价机制也应与时俱进，采用多元化的考核评价体系。以考核课程大纲内容、核心知识点为前提，注重对学生学习过程的评价，融入对学生课程知识的运用能力以及科技创新能力的考察，笔者主要从两方面改革：一是在平时的作业、期末考试的试卷中，适当缩减客观题的比例，设计更多可展现学生思考和知识运用能力的综合性题目。二是调整考核比重，多元化考核体系更能调动学生学习的主动性和积极性，更符合素质教育的要求。笔者在考核实践中，采用“平时成绩+期中（实践）成绩+期末成绩”的模式进行考核，比重分配为30%、20%、50%。其中，平时成绩由60%出勤率、20%课程互动、20%课后作业组成。期中（实践）成绩有文献调研进行课堂展示和综合实验撰写实验报告两种方式，学生可以根据自己的时间和兴趣进行自主选择。文献调研进行课堂展示要求学生参考不少于15篇中英文高水平文章，完成研究报告并进行PPT汇报，此方法可以有效锻炼学生的文献调研和语言表达能力。综合实验撰写实验报告要求学生根据命题调研设计合理实验方案并独立进行实验、数据处理与分析和完成实验报告，此方法可以锻炼学生的创新设计和动手能力。采用这种考核评价机制贯穿整个教学流程，可以对学生实现公正、客观和科学的评价，夯实学生理论基础知识的同时提高学生的科学研究素养。

“新能源材料设计与制备”课程注重理论联系实际，响应“新工科建设”和素质教育理念，致力于培养具有创新精神和实践能力的优秀复合型人才，教学改革初步探索中完善优化了课程教学目标及内容，采用智慧教学、翻转课堂、案例式、研讨式等多种教学形式相结合的教学模式，构建了多元化教学评价体系，并取得了良好的实践反馈。“新能源材料设计与制备”课程将在现有的改革成果和实施路线的基础上，进一步深入优化课程教学改革，力求打造一门高质量、高标准、高水平的课程，为后续新工科课程教学改革提供经验。

参考文献：

[1]董美蓉，龙嘉健，陆继东.基于“新工科”理念的锅炉原理课程设计改革与实践[J].高等工程教育研究，2020（4）.

[2]王松博.新工科建设背景下地方高校工科人才培养模式改革研究——以桂林航天工业学院为例[D].广西师范大学，2019.

[3]刘锡平，何常香，魏连鑫.新工科背景下线性代数课程教学改革的实践与探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（4）.

[4]于月，吴巧凤，张富，等.新能源科学与工程专业教育教学改革的思考[J].教育教学论坛，2020（41）.

[5]司马朝坦，鲁平，孙琪真，等.一流工程学科“金课课程”改革模式构建——以华中科技大学“光纤光学”为例[J].高等工程教育研究，2020（5）.

[责任编辑  杨    波]