新工科背景下專業課程教學改革的創新與實踐

孟凡成 陳鵬起 劉節華 周如龍 程繼貴

[摘要]新工科類專業課程的教學內容及方式與傳統工科有一定的差異。本文結合筆者在合肥工業大學新能源材料與器件專業的教學體驗，以《超級電容器材料與技術》課程為例，通過在人才培養理念、課程教學內容、教學形式、評價方式等方面的探索與實踐，將最新的科技成果、課程思政引入課間教學，探討了雨課堂、雙語教材、翻轉課堂、課后實踐等教學方式在學生劍新能力培養中的作用及效果，以期為高校新能源領域培養出符合社會需求的創新型人才。

[關鍵詞]新能源材料與器件新工科教學改革能力培養

[基金項目]合肥工業大學信息化教學改革示范項目（編號：KCXX1906）;合肥工業大學線上線下混合式“金課”示范項目（編號：KCJK2001）。

[中圖分類號]G64

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3089（2021）17-0163-02

一、背景

近年來，國務院及各相關部門在《中國制造2025》《制造業人才發展規劃指南》等發文中明確指出，新能源和新材料都屬于未來制造業重點關注的十大領域-2。而這些領域的發展，離不開高端人才的持續投入。因此，為主動應對新一輪科技革命與產業變革，我國教育部積極推動“新工科”建設，并且新工科的理念一經提出，就獲得了社會的廣泛歡迎和認可。在眾多新工科專業中，新能源材料與器件專業綜合了材料、物理、化學、機械、電子、信息等眾學科的基礎理論，既關注相關材料與器件的結構及原理，又注重器件的技術開發及工程應用，具有較強的實用性、交叉性和綜合性。目前，我國已有多所高校開設了新能源材料與器件相關專業，但各大高校的關注重點及學生培養目標有所差異。合肥工業大學的新能源材料與器件專業成立于2010年，其核心教學課程包括超級電容器、鋰離子電池、太陽能電池、燃料電池、光電發光材料與器件等，同時也非常注重培養學生扎實的數理基礎。

然而，新能源屬于新興學科，前沿研究一直在如火如茶地進行著，新的知識和技術更新速度也非常快。因此，相關課程的教學需要保持與時俱進。近年來，新能源材料與器件類專業課程的教學方式和方法已有較大的變革和改進57，但仍存在一些地方需要完善。而學生學習的主動性以及專業實踐能力的欠缺將導致對專業知識的理解不深，對技術的創造性使用和繼續開發的能力不強。

因此，本文結合個人教學經驗，以《超級電容器材料與技術》課程的教學探索為例，分享并討論新工科背景下新能源材料與器件專業課程教學改革的創新與實踐，以期對相關領域的人才培養有所幫助。

二、教學改革的實施——以《超級電容器材料與技術》課程為例

為適應創新型社會的發展需求，新工科專業要培養具有廣博的專業知識、精湛的專業技能、綜合的創新能力，以及具有完整的人格的創新型人才。《超級電容器材料與技術》是新工科專業中的一門課程，在多數高校的新能源類專業中屬于專業選修課，對本領域學生在掌握專業基礎知識、拓展學科前沿視野以及鍛煉工程應用實踐能力等方面有著重要的輔助作用。在本課程的教學中，我們通過改進教學過程設計，以學生為中心，注重能力培養，充分發揮學生在理論學習和實踐動手方面的主動性：在常規的課程講授之外，為學生創造想一想、做一做、玩一玩、練一練的場境，讓學生通過主動學習和實操體驗結合的過程深化對專業知識的掌握和吸收。為此，在本課程的教學中有機地融入了以下措施，以期達到更好的教學效果。

1教學內容方面。在講授超級電容器的結構、材料、原理等基本知識之外，在每一章節的內容上都會引入本領域最新的研究進展。通過學生課下調研、課上演講，老師和其他學生參與討論的“翻轉課堂”的形式開展，并要求學生在深入理解調研材料的基礎上，舉一反三：在充分的教學互動中，拓展并深化知識點的內容。此外，在課堂教學中有機地融入我國在超級電容器前沿研發進展及產品創新應用的工程實例，可進一步提升學生對本課程的學習興趣和對民族產業的自信。

2.教學方式方面。充分地利用了智慧教學工具雨課堂，將課外預習與課間教學融為一體。課前將帶有超級電容器結構拆解及充放電過程模擬動畫的課件通過雨課堂發布到班級，學生可以隨時學習：同時老師也可以看到每個學生的預習情況，進而在課堂上有針對性地開展教學活動。另一方面，在學生進行了充分的課前預習的基礎上，老師也有更多的課堂時間進行開放式教學，鍛煉學生的創新思維和能力。

3實踐能力方面。充分調動學生的動手積極性，通過市售超級電容器產品的拆解和在實驗室中組裝超級電容器樣品的實驗，將理論知識轉化到實戰演練中，增加學生對課程內容的感性認識、培養學生的動手能力。

（1）市場上現有超級電容器產品的拆解、分析。在本課程教學期間，除理論學習之外，要求學生每人動手拆解一款市場上購買的小型超級電容器產品，切實感受實際產品與課堂講授內容的異同。通過對超級電容器成品的拆解，識別產品中各個部分對應的課程教學中的專業名稱，進一步查閱各部分的材料組成、分析其作用過程，形成對此類器件結構的直觀認識，并熟悉實物產品與理論模型的差異。

（2）組裝超級電容器樣品，并表征其電化學性能。通過本課程的全面講解之后，要求學生以小組形式，根據所學知識，進入實驗室，自制一簡單的超級電容器樣品。具體內容包括選取并制備超級電容器的活性組分、電極，選取并制備合適的隔膜及電解液，并將其與電極一起組裝成超級電容器，并進一步對自制的超級電容器的電容相關性能進行表征和評價。

4評價方式方面，信息化教學手段的引入，極大地豐富了線上、線下混合式教學的內涵。雨課堂發布的課堂測試、課后作業等可限時提交，并長時間保留答題記錄，課前預習、課間互動、課后個性輔導等可實時備案在線。在《超級電容器材料與技術》的課程教學中，雨課堂平臺上的記錄是評價學生學習態度的重要參考。同時，學生在專業前沿中的調研報告、在“翻轉課堂”中的表現、在期末綜合測試中的成績，以及在實驗中展現出的動手能力等都是評價學生該課程學習效果的重要方式。

三、實施效果

通過以上教學改進措施的實施，充分發揮學生主動學習的能力，讓學生在學習專業知識的同時，體驗到在學中玩、在玩中學的樂趣。該教學方法極大地調動了學生對課程學習的積極性、提升了課程學習效果、鍛煉了學生的動手能力：同時也豐富了教師的教學方式、活躍了課堂氛圍、改善了教學效果。其中本課程中實踐能力鍛煉階段的實物拆解實驗，尤其受到學生的歡迎，并且成效顯著。如我校2017級新能源材料與器件的優秀畢業生王某凡同學在超級電容器的拆解報告中表示：“在這次拆解過程中我們雖然遇到了一點麻煩，但是整個過程是快樂的，也是新穎的。對于這種作業方式我是十分感興趣并喜愛的，不僅鍛煉了我們的動手能力，也培養了協作能力，對微型法拉第電容的結構也更了解”。以上教學改革措施通過在《超級電容器材料與技術》課程中近三年的實施與改進，學生對本課程的教學參與度越來越高，課程考試的卷面成績大幅提升，并且學生也更能適應學習效果評價中的開放式考核，創新思維能力得到了顯著提升。更重要的是，該課程的教改措施激發了學生們對新能源類專業知識的學習興趣，增強了學生對學好專業知識和看好專業前景的信心。

四、結束語

新工科專業的教學效果關系著本領域的人才培養質量。為適應不斷發展的社會需求，創新型人才的培養模式也要作相應的改變，而持續改進也是工程教育質量保證的重要環節。經過近幾年專業課教學改革的創新與實踐，合肥工業大學的新能源材料與器件專業終于獲批了2020年度國家級一流本科專業建設點。這既是對本專業近年來教學效果的肯定，又對本專業的進一步發展提出了更高的要求。因此，在專業教學方面需要堅持目前的成功措施，同時積極引進先進的教學經驗，并結合新能源行業的用人要求和國內外的發展動態，在教改實踐中不斷創新、永遠前進，進一步提升新能源材料與器件專業的人才培養質量，為未來中國的高端制造業發展做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]《中國制造2025》，國發[2015]28號.http：/www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[2]《制造業人才發展規劃指南》，教職成[2016]9號http：//www.gov.cn/xinwen/2017-02/24/content_5170697.htm.

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[5]魯穎煒，程繼貴，仲洪海，呂琚.“翻轉課堂”模式在《材料分析測試方法》課程中的應用[J].教育教學論壇，201738）：179-180.

[6]杜曉東，孫建，程繼貴，張學斌，張勇，黃俊持續改進與創新人才培養的思考[J].高教學刊，2019（4）：34-36.

[7]陳杰，孫本雙，徐建偉.科技快速發展下新能源材料課程教學改革探索[J].廣東化工，2020，47（22）：184-185.

作者簡介：

孟凡成（1986年12月-），男，安徽合肥人，博士，副研究員，碩士研究生導師，主要從事新能源材料與器件相關的教學與科研。