“雙一流”背景下《能源材料》課程建設初探*

劉 佳，王西鸞，袁同琦，孫少妮

(北京林業大學材料科學與技術學院，北京 100083)

2018年，教育部、財政部、國家發展改革委聯合制定了《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》。意見強調，“強化本科教育基礎地位，把一流本科教育建設作為‘雙一流’建設的基礎任務”[1]。課程作為學科建設和發展的支撐，對“雙一流”建設具有戰略性基礎作用。堅持將創新創業能力和實踐能力培養融入課程體系既是推動“雙一流”建設的關鍵環節和有效途徑，也是“雙一流”學科建設的核心[2-4]。2019年，北京林業大學“林產化工”專業入選國家級一流本科專業建設點，這為學科發展提供了新的機遇。生物質能源科學與工程方向是在林產化工專業基礎上新增的專業方向，是北京林業大學基于林業工程特色專業優勢、同時整合林產化工學科教育資源而增設的。該專業主要研究生物質能源的制備與利用，包括燃料乙醇、生物柴油、生物質發電技術、生物質材料與化學品等，旨在培養扎實掌握生物質能源基礎知識、基本理論與技能、富有創新意識和實踐能力的相關人才。

《能源材料》是林產化工(生物質能源科學與工程方向)專業的核心專業課程之一，主要闡述新能源材料工程領域的基本理論和技術發展，不僅能夠為后續專業課程學習奠定基礎，同時為今后從事生物能源、材料、化工、環境等領域的科研人員及生產工作者提供基本的專業素養。這門課程內容涉及電化學、工學、材料科學、應用化學、生物學、能源科學與動力等多個學科領域，具有鮮明的交叉學科特色，對培養學生創新精神以及實踐能力具有重要推動作用，符合“雙一流”戰略背景下對一流學科建設的要求。近年來，隨著“雙一流”學科實施進程的持續深化以及內涵的不斷延伸，時代發展對創新型人才的需求越來越迫切，加強《能源材料》交叉學科特色課程的教學研究已經成為必然。這不僅是有效落實教學計劃，提高教學水平和創新人才培養質量的重要保證，也是推動“雙一流”建設背景下《能源材料》課程發展的必然要求。筆者基于《能源材料》課程教學過程中的經驗，結合北京林業大學林產化工專業的特色背景，分析了《能源材料》課程的特點及現狀，并針對如何實現高質量的教學成效進行了探索。

1 《能源材料》課程特點及現狀

1.1 課程特點

《能源材料》課程是一門基礎與實踐并重的綜合性專業課程，是在先行必修課程(有機化學、無機化學、物理化學、生物質化學)基礎上開設的專業課程，同時又是燃料電池、生物質能源科學基礎實驗等專業基礎課程的先修課程，是基礎知識與專業領域之間的橋梁和紐帶，對生物質能源科學與工程專業本科生培養目標的實現起著至關重要的作用。該門課程的知識體系主要包括鋰離子電池、生物質能、太陽能電池、燃料電池、核能及其他新能源材料等六大知識模塊，以及相關器件的基本概念、工作原理、特性參數、材料加工技術和評價方法等，具有理論性、系統性及科學性強等教學特點，對于學生掌握新能源領域基礎理論、培養專業創新思維和實踐能力具有重要作用。

1.2 課程現狀

(1)教材的專業契合度不高

目前課程使用的教材為朱繼平主編的《新能源材料技術》。這本教材針對性適用于材料物理與化學、化學工程與工藝、能源化學等工科類專業，而《能源材料》課程依托的林產化工專業主要面向林產資源的生產和可再生加工利用，具有鮮明的林業特色。這就導致現行教材在新能源與林業工程相交叉的部分教學內容較為薄弱，不利于激發綜合交叉學科發展的活力和競爭力；同時交叉學科知識的空白區域也難以契合學生的專業背景和基礎，與學生先修專業知識產生脫節，教學效果不佳。

(2)教學方式單一

《能源材料》課程目前仍然采用傳統單一的接受型教學模式，即以教師灌輸教學為主，學生被動學習為輔。這種“填鴨式”的教學模式缺少師生之間的交流，難以調動學生的積極性，也不利于培育學生建立良好的創新思維習慣，不適用于交叉學科的課程教學。另外，授課過程容易脫離實際，具體表現在側重理論講授，而忽視實踐教學，這必然使學生在后期從事生產和科研工作時只會紙上談兵，而做不到學以致用，無法滿足“雙一流”建設對高層次、高水平人才的需求。

(3)教學評價體系不合理

以往的教學評價是以平時成績和期末考試成績進行加權綜合，其中期末考試采用閉卷形式，在教學評價中占比70%，這也是目前多數高校專業課程采用的教學評價方式。這種考核方式多注重學生對知識掌握和理解程度的考察，而缺乏實踐深度和價值，不能夠準確衡量學生的知識水平。這容易造成學生心理不平衡，形成惡劣的競爭和學習氛圍。同時，這種傳統的評價體系也限制了學生創造能力的發揮和創新思維的培養，難以激發學生創造的活力和能動性，有悖于“雙一流”學科建設對新型創新復合型人才培養的宗旨。

2 “雙一流”背景下《能源材料》交叉學科特色課程建設思考

“雙一流”建設背景下推動《能源材料》交叉學科特色課程的核心在于學生創新能力的培育和創造思維養成[5-6]。針對課程建設的現狀及面臨的主要問題，筆者在教學內容、教學方式及評價體系三方面進行了思考，以期通過教學研究實現高質量的教學成效。

2.1 定位教學目標，加強教材建設

教材是教學工作順利開展的前提和基礎，也是提高教學質量的關鍵保障。針對現行《能源材料》課程缺乏權威針對性教材的現狀，我們從專業實際課程體系和人才培養方案出發，結合林產化工(生物質能源科學與工程方向)專業的學科特點和學生已掌握的先修基礎知識，定位教學目標，提高適應性強、契合度高的林業特色教材建設。

一方面，在現行教材基礎上，對傳統知識板塊進行整合，重點突出林業特色，優化教材內容結構體系。具體來說，對電化學器件的組成、工作原理、電池設計與組裝等教學內容進行適當地壓縮，重點提煉不同電化學器件對材料的要求及其與生物質材料的交叉領域，實現教材內容結構的整體規劃，從而使其符合本專業學生的學科背景，加深學生對《能源材料》課程的理解和掌握生物質材料在能源領域的應用。另一方面，吸納最新的教學實踐經驗和科研成果，對新能源與產化工交叉的空白領域進行補充和調整，拓寬教材知識體系。涉及的交叉內容主要體現生物質材料在鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池等電化學器件的應用與發展。例如在“鋰離子電池”這一章節的教學內容中，筆者結合前期科研文獻調研，對生物質聚合物及其衍生材料如碳材料、聚合物材料、復合材料等在電池正極、負極及隔膜的多領域的應用進行總結和整理，并輔以文字教材、電子教案、三維教學動畫等多形式的教學素材，這對激發學生學習熱情和豐富知識體系儲備具有重要作用。

2.2 樹立學生主體，創新教學方式

教學過程是以學生為主體的活動，教師要從學生的發展需要出發，不斷創新教學方式，改進教學手段。《能源材料》課程的實際教學活動只有充分激發和調動學生主觀能動性，才能培育學生的創新能力和創造思維，收獲滿意的教學效果。為此，我們從學生主體發展視角出發，以學生創新思維和實踐能力培育為核心，在教學過程的課程設計、課堂教學、課后活動全過程對《能源材料》課程的教學方式進行了創新。具體措施如下：

(1)課前針對性調研

由于學習背景和適應能力不同，學生個體間的學習情況存在顯著差異。這就需要教師課前針對課程中的熱點、難點、重點對學生的興趣關注點及認知情況進行調研，了解學生的知識需求；進而從學生實際學情出發，科學合理地制定教學內容和設計教學方式，提高教學的針對性和實效性。需要課前調研的課程有鋰離子電池對正、負極及隔膜材料的要求、生物質轉化技術、燃料電池需解決的關鍵技術。依據調研結果，首先以學生重點關注的熱點問題作為引入切口，創設情境，從易于接受的生活常識或實踐引入，在學生腦海中勾勒出具象畫面，激發學生的興趣；然后針對學生的認知情況，將學生普遍感到困惑的知識難點作為授課重點，結合思維導圖、情境教學、案例教學等多種教學手段，逐步對抽象或枯燥的教學內容進行多維度分析和解釋，加深學生理解；最后，圍繞課程的教學內容重點難點，以學生創新思維培育為導向，基于調研收集的案例，引導學生豐富問題的思考角度，使其樂于思考、敢于發散。組織課前調研，有助于針對性地設計教學內容和推動其他聯動教學環節的創新，既能夠增加課堂氣氛，提升教學效果，又激發了學生的創新潛能和實踐能力的養成，符合“雙一流”建設對課程建設的要求。

(2)課程增設研討環節

增設和開展研討教學是實現高質量教學的助推器，也是激發學生創新潛能和提升創造能力的一種行之有效的策略。《能源材料》課程的知識體系是鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、生物質能材料等多模塊耦合的，在重點知識模塊，根據授課情境設定不同類型研討課題。所采用的研討課題主要有：生物質材料的能源高值化利用、燃料電池類型及關鍵技術、不同類型新《能源材料》應用對比、國內外新能源材料的發展現狀及趨勢。在課程研討環節組織學生以小組討論形式，進行研討課題的調研、分析與討論的全過程，搭建理論知識與實踐的橋梁，使學生在調研探索、自主分析、互動討論過程中，內化相關知識模塊，拓展交叉學科空白，形成自主構建知識體系的能力。最后，學生小組將討論后的觀點或成果以圖像、視頻及演示文稿等方式進行分享和展示，教師進行最后歸納總結，這既提高了學生的課堂參與度，又能鍛煉學生的辯證思維和創新能力。

(3)開展線下拓展性課程

拓展性課程是樹立學生為主體、促進學生個性化發展的先進教學方式。《能源材料》拓展性課程方向包括：生物質材料在電化學儲能領域的應用、太陽能電池與光伏發電、燃料電池器件與智能電子等。教師精選合適的拓展課程，鼓勵學生參與線下拓展課程和創新實踐，使學生在掌握理論知識的基礎上，鍛煉實踐能力和培養創新精神。線下拓展課程包括多種形式：開放性實踐、視頻制作、專題教育、創新實驗、交流探討、慕課資源平臺共享等。例如，針對“生物質材料在電化學儲能領域的應用”拓展課程，首先選拔對該課題有興趣的學生，在教師指導下，全過程參與文獻調研、實驗設計與完成，自主完成生物質材料的預處理、電池器件組裝以及基于電化學器件的LED燈光顯示節能控制等開放性實踐項目，這能夠有效調動學生積極性、激發學生的創新思維和實踐能力，同時又可以使學生掌握理論知識的實際運用，以及發現問題、思考問題、解決問題的能力。

2.3 堅持創新導向，改進評價體系

《能源材料》課程的綜合性強、知識點多、內容覆蓋范圍廣，以往的教學考核難以準確反饋學生的實踐能力，不利于學生創新思維的培育。改革的評價體系應堅持以創新為導向，構建實踐教學立體式評價主體，促進學生的個性化成長，增強教學的實效性。首先，基于現有考核模式，實現評價方式的多元化，變封閉考核為半開放考核，具體表現在：減少單一性閉卷考核的權重比例，由原來閉卷考試成績占總評價的70%縮小到50%，使考核目的在于突出知識體系的重點；降低日常考勤權重；增加開放性研討和拓展課程的教學評價方式。多元開放考核體制能夠使學生從被動考核轉變為主動反饋，既有助于促進學生熟練掌握基礎理論知識體系，同時也能夠激發學生對內化知識主動轉化，鍛煉其創新實踐能力。重視課堂研討考核，對研討小組的前期調研、課程自主討論分析、后期成果報告的多層次研討設置權重比例(所占權重比例分別為15%，45%和40%)，結合教師點評、學生互評、團隊自評等多樣化評價體系進行加權綜合評價，變結果考核為過程考核，重視學生實踐過程的參與程度以及學生個體對團隊合作的貢獻。再者，將拓展實踐課程納入考核評價體系，以學生創造思維和創新能力為核心，量化線下拓展課程考核，對學生線下實踐成果匯報、專題教育心得、實驗成果總結、開放課程成果展示等進行綜合評價。

3 結 語

“雙一流”建設背景下推動課程建設的核心在于新型創新人才的培養，這是從國家戰略層面對高等學校一流學科建設和改革提出的時代使命和重要要求。本教學研究內容主要依托北京林業大學林產化工(生物質能源科學與工程方向)專業，以《能源材料》特色課程建設為教學研究對象，圍繞創新思維和實踐能力的人才培養目標，針對課程特點及現狀，從推進特色教材建設、創新教學方式和靈活改革教學評價體系等幾個方面入手，激發學生的創新思維和實踐能力，實現高質量教學，為推動林產化工一流學科的發展奠定基礎，同時以課程為依托平臺為授課青年教師的教學素養、教學手段、教學技能和教學方法的提高起到支撐作用。