《能源材料》課程的教學(xué)實(shí)踐與改革探索

毛景 胡俊華 姚志強(qiáng) 張曉俐

【摘要】《能源材料》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。針對(duì)該課程教學(xué)中的內(nèi)容涉及面廣、與科研生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系密切以及前沿領(lǐng)域內(nèi)容更新快等特點(diǎn)，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、考核與反饋等方面進(jìn)行了改革。探討了本門課程教學(xué)過程中如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和參與的積極性、激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法以及改進(jìn)考核與反饋環(huán)節(jié)，將教學(xué)與科研和生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，提高整體教學(xué)效率的可行措施。

【關(guān)鍵詞】能源材料 教學(xué)方法 改革 考核 反饋

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）09-0228-02

《能源材料》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，是將材料科學(xué)的理論基礎(chǔ)應(yīng)用于能源材料領(lǐng)域的一門課程，在介紹各種能源材料的理論、構(gòu)成、制備、性能與應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)的同時(shí)，要求學(xué)生初步具備將材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與能源材料科研與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的能力，與《材料化學(xué)》《材料物理》《固體物理》《金屬材料》《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《電化學(xué)》等課程內(nèi)容交叉較多。《能源材料》課程的主要內(nèi)容包括：1.傳統(tǒng)能源材料，如火電材料、核電材料等；2.新型可再生能源材料，如二次電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、半導(dǎo)體照明發(fā)光材料、風(fēng)電材料、熱電材料等。

1.《能源材料》課程特點(diǎn)

1.1知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容涉及面廣

本課程不僅涉及傳統(tǒng)能源材料，還涉及新能源材料，不僅涉及的能源種類繁多，而且涉及的基本原理也很多，如物理化學(xué)、金屬材料、固體物理、結(jié)構(gòu)化學(xué)、電化學(xué)中關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)、組成、制備、性能，能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換，物質(zhì)之間相互作用與反應(yīng)，電子傳輸與界面等基本原理。如此知識(shí)點(diǎn)龐雜、涉及面廣泛的課程，要求主講人能夠把握主線、恰當(dāng)設(shè)計(jì)、突出重點(diǎn)、循序漸進(jìn)。

1.2與科研生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系密切

《能源材料》作為一門溝通基礎(chǔ)與應(yīng)用的課程，和科研生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系非常密切。課程的每一部分內(nèi)容都廣泛地應(yīng)用與生產(chǎn)和生活，和人們的生活息息相關(guān)。其有利因素在于容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，其挑戰(zhàn)在于需要主講人有豐富的科研經(jīng)歷和生產(chǎn)實(shí)踐的知識(shí)，需要緊密地將講授內(nèi)容與實(shí)際相結(jié)合，并引導(dǎo)學(xué)生利用課程所學(xué)知識(shí)分析解決科研生產(chǎn)實(shí)際遇到的問題。

1.3前沿領(lǐng)域內(nèi)容更新快

《能源材料》是一門前沿?zé)衢T科學(xué)，特別是新能源材料，是當(dāng)前前沿?zé)狳c(diǎn)，因此內(nèi)容和知識(shí)更新?lián)Q代非常快，這需要主講人能夠把握當(dāng)前前沿科研進(jìn)展，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，確保教學(xué)與科研不脫節(jié)。

2.《能源材料》教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與改革

2.1針對(duì)本課程知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容涉及面廣的特點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了重新編排與梳理。將課程分成兩個(gè)大的板塊：傳統(tǒng)能源材料和新能源材料。針對(duì)傳統(tǒng)能源材料，重點(diǎn)講述其基本原理和生產(chǎn)應(yīng)用，針對(duì)新能源材料，則在此基礎(chǔ)上，增加前沿知識(shí)，使學(xué)生了解其發(fā)展階段、存在的問題、解決問題的思路、發(fā)展趨勢(shì)等。將原理—特點(diǎn)—方法—應(yīng)用—發(fā)展作為一條主線貫穿整個(gè)教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容有內(nèi)在邏輯，又將知識(shí)點(diǎn)適當(dāng)重復(fù)，相互交聯(lián)，形成具有主線、邏輯，相互交聯(lián)成網(wǎng)的課程架構(gòu)。內(nèi)容設(shè)計(jì)還注意突出重點(diǎn)，將重點(diǎn)放在應(yīng)用廣泛、和生產(chǎn)生活結(jié)合緊密的一些能源材料上。此外，由于本課程面向金屬材料、材料化學(xué)和無機(jī)非金屬材料三個(gè)二級(jí)學(xué)科的學(xué)生，因此針對(duì)三個(gè)專業(yè)學(xué)生的課程基礎(chǔ)，在相應(yīng)的基礎(chǔ)部分，增加了基礎(chǔ)知識(shí)的回顧，從而為不同專業(yè)學(xué)生補(bǔ)齊了短板。

2.2針對(duì)與科研生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系密切的特點(diǎn)，增加了與實(shí)際相結(jié)合的內(nèi)容的比重。采取案例式編排，每一部分選取一個(gè)生產(chǎn)或科研案例，針對(duì)案例進(jìn)行剖析，講解如何從基本原理出發(fā)，將原理應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)科研，如何結(jié)合實(shí)際恰當(dāng)設(shè)計(jì)工藝流程、工藝參數(shù)，如何恰當(dāng)選取設(shè)備，如何對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)，如何選取研究路線、設(shè)計(jì)研究方案、科學(xué)分析數(shù)據(jù)、得出研究結(jié)論。采取文字、圖片、視頻相結(jié)合的方式，營造更加生動(dòng)和貼近實(shí)際的教學(xué)環(huán)境。針對(duì)重點(diǎn)講述的鋰離子電池材料，組織學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)或邀請(qǐng)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)人員講課，取得了良好效果。組織學(xué)生參觀校內(nèi)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)了解相關(guān)科研流程。

2.3針對(duì)前沿領(lǐng)域內(nèi)容更新快的特點(diǎn)，隨時(shí)根據(jù)最前沿的研究進(jìn)展補(bǔ)充更新課程內(nèi)容。通過查閱最新國內(nèi)外文獻(xiàn)、參加學(xué)術(shù)會(huì)議、與業(yè)內(nèi)企業(yè)交流等方式獲取最新研究進(jìn)展，并提煉出適合學(xué)生水平的內(nèi)容，與原有的課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，使課程內(nèi)容不斷循環(huán)更新，不與時(shí)代脫節(jié)。

3.《能源材料》教學(xué)方法改革與創(chuàng)新

3.1引入“翻轉(zhuǎn)課堂”理念，將課堂講授與學(xué)生參與結(jié)合起來

我們認(rèn)為，單純的翻轉(zhuǎn)課堂或者課堂講授，都不足以達(dá)到最大化的教學(xué)效果。課堂講授的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)完備、全面深入，能夠盡可能地將必需的知識(shí)傳遞給學(xué)生，缺點(diǎn)在于不能夠發(fā)揮學(xué)生的積極性，學(xué)生的參與感不強(qiáng)，難以獲得獨(dú)立分析解決問題的能力。以學(xué)生參與為主的“翻轉(zhuǎn)課堂”，優(yōu)點(diǎn)在于可以發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，鍛煉學(xué)生的分析解決問題能力，但缺點(diǎn)在于不能保證課程體系的完備性，不利于系統(tǒng)掌握本門課程的內(nèi)容。基于上述分析，本課程采取了課堂講授為主、學(xué)生參與為輔的教學(xué)策略，重點(diǎn)對(duì)學(xué)生參與的方法進(jìn)行了改革與創(chuàng)新。

學(xué)生參與環(huán)節(jié)，主要形式是安排每一個(gè)學(xué)生進(jìn)行課堂學(xué)術(shù)報(bào)告。教師從課程中精選出若干適合學(xué)生的報(bào)告主題，要求學(xué)生從中選擇一個(gè)進(jìn)行符合學(xué)術(shù)規(guī)范的課堂報(bào)告。教師對(duì)PPT制作，報(bào)告內(nèi)容編排，口頭報(bào)告注意事項(xiàng)進(jìn)行講授和演示，要求學(xué)生按照規(guī)范進(jìn)行準(zhǔn)備。學(xué)生根據(jù)主題查閱資料，提煉內(nèi)容，制作PPT課件并上臺(tái)演講，在準(zhǔn)備過程中，教師隨時(shí)接受答疑。每一個(gè)演講結(jié)束后，都安排其他學(xué)生提問交流，最后由教師作出點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)與不足。通過這樣的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生普遍反映受到了生動(dòng)的理論聯(lián)系實(shí)際、結(jié)合課程解決問題以及如何恰當(dāng)表達(dá)自己的思想等方面的訓(xùn)練，收到了良好的效果。

3.2改進(jìn)多媒體教學(xué)手段

課程采取板書與多媒體課件結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。針對(duì)一些公式推導(dǎo)環(huán)節(jié)，采取板書教學(xué)，有利于學(xué)生跟上推導(dǎo)思路、掌握推導(dǎo)過程、學(xué)會(huì)分析問題。針對(duì)一些較為抽象以及涉及生產(chǎn)過程的環(huán)節(jié)，除了文字和圖片課件外，還增加了大量的視頻和動(dòng)畫課件。如火電機(jī)組、核電機(jī)組、風(fēng)電發(fā)電機(jī)、鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池等的工作原理，在課堂放映了反映這些原理的動(dòng)畫，并進(jìn)行講解，克服了過去枯燥抽象的弊端。還收集放映了反應(yīng)火電、核電、鋰離子電池制備、太陽能電池組裝等的現(xiàn)場(chǎng)視頻資料，使學(xué)生如身臨其境般感受生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際場(chǎng)景，收到了良好的教學(xué)效果。

4.《能源材料》考核與反饋環(huán)節(jié)的改革探索

本課程大膽采用了考核與訓(xùn)練相結(jié)合的考核方法，打破了過去教學(xué)與考核相互分離的弊端。考核分為平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分，平時(shí)成績(jī)包括課堂出勤和課堂報(bào)告打分，期末考核主要是課程論文。課堂報(bào)告和課程論文不僅是考核環(huán)節(jié)，同時(shí)也是教學(xué)環(huán)節(jié)。教師對(duì)準(zhǔn)備過程全程指導(dǎo)，特別是期末課程論文，嚴(yán)格要求學(xué)生按照學(xué)術(shù)規(guī)范撰寫，不達(dá)標(biāo)者指出問題，個(gè)別指導(dǎo)，直到完全達(dá)標(biāo)。這樣，就使課程論文在承擔(dān)考核功能之外，還承擔(dān)了教學(xué)功能，使學(xué)生受到了初步正規(guī)的學(xué)術(shù)訓(xùn)練。

教學(xué)反饋是不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的重要環(huán)節(jié)，課程將考核與教學(xué)反饋相結(jié)合，在課堂報(bào)告和課程論文溝通中，發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)問題，了解學(xué)生意見建議，并隨時(shí)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方式。

5.總結(jié)

《能源材料》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，針對(duì)該課程的特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核與反饋等方面進(jìn)行了改革創(chuàng)新，收到了良好的效果。下一步將繼續(xù)根據(jù)教學(xué)中收到的反饋，從內(nèi)容到形式繼續(xù)改革創(chuàng)新，不斷結(jié)合能源材料領(lǐng)域科研和生產(chǎn)的最新進(jìn)展，完善教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高本課程的教學(xué)質(zhì)量與效果。

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