基于CDIO工程教育模式的化學電源課程教學研究

摘 要：化學電源課程是針對材料科學與工程專業學生開設的一門專業課，具有較強的應用性。本文結合CDIO工程教育模式，對化學電源課程的教學內容、教學思路、教學模式等進行探討。

關鍵詞：CDIO工程教育；化學電源；電化學

化學電源是一種能通過化學反應將化學能直接轉變成電能的裝置，它在國民經濟、科學技術、軍事和日常生活中廣泛應用。隨著科學技術的不斷發展以及人們環境保護意識的增強，化學電源的作用日益重要。

化學電源課程是我校材料科學與工程專業（新能源材料與器件方向）重要的專業課之一，該專業以CDIO工程教育模式作為教學的培養模式，該模式是當前國際工程教育改革的新成果，主要鍛煉學生構思、設計、實現和運行的實際應用能力，國內已有眾多高校采用CDIO工程教育培養模式。本文對化學電源課程教學內容的選擇、教學方法、教學理論與實踐結合等方面開展了相關的研究與探索，得到了一些研究成果。

一、選擇適合材料科學與工程專業教學的課程內容

自從1859年普蘭特試制成功鉛酸蓄電池，1868年勒克朗謝研制成功以為電解液的中性鋅-二氧化錳電池以來，化學電源經過100多年的發展，形成了比較獨立完整的科學體系，基礎理論已趨于成熟?；瘜W電源品種繁多，按電解質的性質可以分為堿性電池、酸性電池和中性電池。目前又出現有機電解質電池、固體電解質電池、膠體電解質電池等。按照其使用性質可分為原電池（一次電池）、蓄電池（二次電池）和燃料電池。同時新型的化學電源正在不斷地出現，鋰離子電池、超級電容器、燃料電池的應用也在日益增加。

化學電源課程的主要任務是闡明化學電源的基本概念和基本原理，系統介紹各種化學電源的基本原理、結構、性能參數和制造工藝，介紹各種新型電池材料的研究進展。該課程涉及的化學電源種類繁多，包括傳統的鋅錳電池、鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋅銀電池等，同時教學中也引入了目前廣泛研究和應用的“新型綠色能源”鋰離子電池、超級電容器和燃料電池。教學時要重視化學電源安全、環保和綜合利用的情況，提高學生的環保意識，培養學生的社會責任感。根據本專業的教學目標制訂適合學生的教學計劃，綜合國家對本專業的人才需求、學生就業需求和發展來規劃教學內容。

二、多種教學方式相結合

課堂教學是知識傳授的主要途徑，化學電源教學主要利用多媒體、板書、模型等教具，采用啟發式、討論式等多種教學方式進行授課。教學課件和視頻方便進行各類化學電源工作原理、內部構造、制備工藝的展示，有利于激發學生學習的興趣和思考，提高學生對化學電源的深層認識。由于學生的電化學理論基礎薄弱，在介紹化學電源工作原理時要多結合板書，加深學生對化學反應的認識和理解。

因為化學電源的品種多樣，使用的范圍廣，所以教師可以在課堂中應用探究式教學法，引導學生找到日常使用的電池，然后對不同類別的電池進行原理、特點的介紹。通過對各種電池充放電性能的對比，讓學生選擇最合適的化學電源。

在教學過程中，為了使課堂氣氛活躍，教師還可以采用討論法，讓學生主動參與到教學過程中，多給學生發言的機會，提高學生學習的積極性和主動性。這些教學方法的綜合使用，可以取得良好的教學效果。

三、教學活動與科研相結合

在化學電源課程的教學中，必須堅持“以科研促進教學，以科研提升教學質量”的目標?；瘜W電源種類、技術和電池材料發展迅速，教師需要及時更新知識結構和授課內容，才能跟上時代的發展?？蒲惺亲钪苯印⒂行Й@得最新知識和技術的途徑，教師應該通過科研，更新自己的知識結構，不斷調整授課內容。教師鼓勵學生主動參與科研項目，在實驗中進行交流學習，這不僅能培養學生發現問題和解決問題的能力，還能提高學生的科研創新能力和實踐能力。

四、理論教學與實踐教學相結合

化學電源是一門理論聯系實際、重視實踐應用的課程。在平時教學過程中突出專業特色，注重理論知識與實踐應用相結合。根據教學需要，可以把一部分理論內容調整到后續“化學電池系統”“超級電容器”中，加深學生對新型綠色化學電源的基本原理、性能和電極材料方面的了解。在上課過程中不斷引入化學電源的新發展和新技術，加深學生對新能源材料、鋰離子電池、超級電容器、燃料電池、鋰硫電池的深刻認識和了解。

五、結語

化學電源教學一定要適應社會發展的需求。教師必須不斷地總結教學經驗，改革教學方法，提高學生的學習積極性和創造性思維。在教學過程中，要循序漸進地培養學生在學術方面和實踐方面的創新能力。