《化學(xué)電源》課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合教學(xué)模式的探索

唐安平 周智華 徐國榮 劉立華

摘要：本文闡述了高校開設(shè)《化學(xué)電源》課程的必要性，探討了將課堂教學(xué)與日常生活相結(jié)合、與“三個(gè)實(shí)踐”教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合、與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合以及抓住時(shí)機(jī)創(chuàng)設(shè)“話題探討”等教學(xué)方法在《化學(xué)電源》課堂教學(xué)過程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：化學(xué)電源；課堂教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）36-0141-02

隨著石油、煤炭等化石能源的日漸枯竭，環(huán)境保護(hù)受到越來越多國家的關(guān)注，化學(xué)電源作為高效的能量轉(zhuǎn)換裝置日益受到人們的青睞，以動(dòng)力電池技術(shù)為核心的新能源汽車將成為解決能源和環(huán)境問題的理想選擇。鑒于化學(xué)電源在能源和環(huán)保中的重要作用，發(fā)達(dá)國家紛紛投入大量人力和財(cái)力研發(fā)新型化學(xué)電源。此外，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和便攜式電子產(chǎn)品的普及也對化學(xué)電源的發(fā)展不斷提出更高的要求，對相關(guān)專業(yè)人才的需求也在增加。因此，越來越多的高校將《化學(xué)電源》作為獨(dú)立的課程進(jìn)行教學(xué)。

基于市場形勢，著眼于培養(yǎng)應(yīng)用型大學(xué)生的目標(biāo)，我校將《化學(xué)電源》課程設(shè)置為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門主干專業(yè)課程。該課程主要介紹各種化學(xué)電源的工作原理、電池材料、性能、工藝制作技術(shù)和應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行初步的化學(xué)電源課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，為大學(xué)生更好地了解化學(xué)電源的生產(chǎn)工藝流程、技術(shù)進(jìn)展及本行業(yè)的發(fā)展趨勢創(chuàng)造條件，力求使學(xué)生的理論水平、創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力均符合現(xiàn)代化社會(huì)生產(chǎn)的要求。基于以上目的，《化學(xué)電源》課程教學(xué)要求做到強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)、注重能力培養(yǎng)、提高綜合素質(zhì)[1]。其教學(xué)內(nèi)容需注重與化學(xué)電源生產(chǎn)、應(yīng)用、研究的結(jié)合。課程的講授不但要傳授學(xué)生基本的理論知識，還要讓學(xué)生了解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，為將來的職業(yè)規(guī)劃提前做好準(zhǔn)備。因此，筆者在《化學(xué)電源》課程的教學(xué)實(shí)踐中從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

一、《化學(xué)電源》課堂教學(xué)與日常生活相結(jié)合

隨著科技的進(jìn)步，鉛酸電池、鋰離子電池、鋅錳電池等化學(xué)電源與人類的日常生活有著日益密切的聯(lián)系。因此，根據(jù)“教育即生活”這一教學(xué)理念，我們可以找到《化學(xué)電源》課堂教學(xué)與日常生活的結(jié)合點(diǎn)，也就是說，在《化學(xué)電源》課堂教學(xué)中要有意識地加強(qiáng)化學(xué)電源與日常生活的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生從生活走進(jìn)化學(xué)電源的殿堂。例如，在學(xué)習(xí)鉛酸電池的自放電時(shí)，首先給學(xué)生介紹汽車長時(shí)間不用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)現(xiàn)象——一些長期停放的汽車重新使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)無法啟動(dòng)的現(xiàn)象。然后向?qū)W生提問：哪些因素會(huì)導(dǎo)致作為汽車啟動(dòng)電源的鉛酸電池容量損失？如果汽車長期不用應(yīng)該怎么保養(yǎng)它的啟動(dòng)電源？讓學(xué)生深入思考，然后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，分組討論獲取有關(guān)自放電的反應(yīng)、自放電的危害和啟動(dòng)電源保養(yǎng)注意事項(xiàng)等。在講授電池的額定能量時(shí)，首先指導(dǎo)學(xué)生查看手機(jī)電板或充電寶上標(biāo)注的有關(guān)參數(shù)，然后提問：XX Wh表示什么意義？在介紹了額定能量的含義后繼續(xù)提問：充電寶額定能量的大小對我們的日常出行有影響嗎？接著播放《關(guān)于民航旅客攜帶“充電寶”乘機(jī)規(guī)定的公告》的視頻，通過視頻讓學(xué)生了解民用航空局對充電寶額定能量的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

二、《化學(xué)電源》課堂教學(xué)與“三個(gè)實(shí)踐”教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合

《化學(xué)電源》是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課程，這一特性決定了教學(xué)過程中必須注重理論聯(lián)系實(shí)際，將理論教學(xué)和化學(xué)電源的實(shí)際應(yīng)用、生產(chǎn)過程結(jié)合起來，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為此，我們將課堂教學(xué)與實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等三個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

1.實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。針對性地組織學(xué)生前往“湖南桑頓新能源有限公司”、“湘潭電化科技股份有限公司”等電池或電池材料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)或畢業(yè)實(shí)習(xí)，使學(xué)生熟悉鋰離子電池的設(shè)計(jì)、制造、檢測或電解二氧化錳電池材料的制備等書本上學(xué)不到的知識，增強(qiáng)對電池和電池材料的了解和認(rèn)知。

2.專業(yè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中，開設(shè)了方形鎳氫電池制作與性能測試、R20S鋅錳干電池放電曲線的測量、扣式鋰離子電池的制備及性能測試、氫氧燃料電池的輸出特性測量、電解MnO2的制備、MnO2電容器的組裝及性能測試等與化學(xué)電源相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

3.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）環(huán)節(jié)。在近幾年的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題環(huán)節(jié)，我們結(jié)合化學(xué)電源的生產(chǎn)與教師的科研，為學(xué)生布置了如下題目：鉛酸電池工藝初步設(shè)計(jì)、金屬氫化物-鎳電池工藝初步設(shè)計(jì)、方形鋰離子電池工藝初步設(shè)計(jì)、鋰-二氧化錳電池工藝初步設(shè)計(jì)、鋰離子電池LiVOPO4正極材料的制備與電化學(xué)性能研究、碳載鉑電極的制備與表征及其電催化性能、金屬摻雜碳材料炭化產(chǎn)物的制備及氧還原活性研究、a-Ni-Mn3O4納米復(fù)合物的“一鍋法”合成及超級電容特性研究等。

三、《化學(xué)電源》課堂教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

我校近幾年積極實(shí)施了大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。以此為契機(jī)，我們鼓勵(lì)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生在從事化學(xué)電源科研的教師指導(dǎo)下積極參與，在專業(yè)層面上進(jìn)一步拓展了學(xué)生的科研活動(dòng)，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室親身體驗(yàn)學(xué)術(shù)研究，從而為畢業(yè)后從事科研工作、產(chǎn)品開發(fā)奠定了一定的基礎(chǔ)。具體措施如下：有意向指導(dǎo)本科生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教師公布與化學(xué)電源相關(guān)的課題后，學(xué)生再根據(jù)自己的興趣完成相應(yīng)的選題與課題申報(bào)，然后按照一個(gè)課題—三至五個(gè)學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)—一位指導(dǎo)教師的模式運(yùn)行。目前，學(xué)生已圓滿完成了無離子交換膜的“自呼吸式”肼/空氣燃料電池、核殼結(jié)構(gòu)氧化錳的制備及其電化學(xué)電容研究、回收鋅錳干電池并從中制備LiMn2O4技術(shù)的研究、鋰離子電池正極材料LiMnBO3的制備和電化學(xué)性能研究等課題。通過這些課題的研究促進(jìn)了學(xué)生對化學(xué)電源知識前沿的把握和學(xué)科知識的理解。

四、《化學(xué)電源》課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合

化學(xué)電源課程設(shè)計(jì)是《化學(xué)電源》課程教學(xué)中理論聯(lián)系實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)電源的基本知識來解決生產(chǎn)實(shí)際問題的一次工程訓(xùn)練。其目的是要求學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)電源的基本知識進(jìn)行單體電池設(shè)計(jì)、培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)電源設(shè)計(jì)與撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的能力以及增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。本課程設(shè)計(jì)的基本過程如下：指導(dǎo)教師提前將課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和任務(wù)書發(fā)給每位學(xué)生，然后按照課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排和設(shè)計(jì)步驟，由指導(dǎo)教師進(jìn)行講解和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，最后由學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)與撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。

五、抓住時(shí)機(jī)創(chuàng)設(shè)話題探討

各行各業(yè)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在社會(huì)上引起強(qiáng)烈反響的事件，如果以這些事件為契機(jī)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)一些與教學(xué)密切相關(guān)的話題進(jìn)行探討，就能引起學(xué)生對社會(huì)問題的關(guān)注，培養(yǎng)學(xué)生對新的焦點(diǎn)問題進(jìn)行多元思考和獨(dú)立判斷的能力[2]。例如，在講述鉛酸電池鉛的缺點(diǎn)時(shí)，首先播放一段有關(guān)鉛污染的視頻，然后針對我國鉛污染事件頻發(fā)的現(xiàn)狀，在課堂上組織了以“鉛酸電池企業(yè)社會(huì)責(zé)任”為話題的探討。在話題探討過程中，一般圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論：造成鉛污染事件的原因有哪些？如何避免此類事件的再發(fā)生？有什么建議和對策？在講述鎳鎘電池的缺點(diǎn)與市場前景時(shí)，插入王傳福以鎳鎘電池的生產(chǎn)為契機(jī)而創(chuàng)辦比亞迪公司的成功案例，接著組織以“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”為主題的探討，然后建議準(zhǔn)備在高科技領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)的大學(xué)生，一定要注意結(jié)合自己的專業(yè)知識，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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