第一課堂培養新能源材料與器件專業本科生創新能力教學模式探索

黃韻　李星　王明珊　王平

摘 ?要：提出了新能源材料與器件專業本科生“創新精神、認知水平、思維能力、智力發展和研究動機”“五維”特征的創新能力評價指標，開發出以“五維”創新能力指標為引導、專業核心課程知識點為載體、拓展課堂外延四對關系和提升課堂內涵三要素為具體途徑的第一課堂創新型教學授課模式，為各高校統一該專業本科學生創新能力培養標準提供了一種可以借鑒的理論模型，也為進一步更加深入的專業人才培養方案研究提供了一種理論支撐。

關鍵詞：新能源材料與器件;創新能力;第一課堂;教學模式

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0054-04

Abstract： This paper puts forward the evaluation indexes of innovative ability of undergraduates majoring in New Energy Materials and Devices， which is characterized by "innovative spirit， cognitive level， thinking ability， intellectual development and research motivation and five dimensions". The explored innovative teaching mode of first class， taking "five dimensions" innovative ability index as guide， professional core course knowledge point as carrier， the four pairs of relations for first class extension and the three essential factors for first class connotation enhancement as specific route， provides a theoretical model for colleges and universities to unify the innovation ability training standards of undergraduate students in this major， and also provides a theoretical support for further in-depth research on professional talent training programs.

Keywords： New Energy Materials and Devices; innovation ability; the first class; teaching mode

新能源材料與器件專業是教育部2010年新開設的國家新興戰略性專業，對我國能源產業布局和發展具有至關重要的作用。本科專業人才的培養則為國家能源行業的可持續發展奠定堅實的基礎，具有關鍵性的意義。當前，能源行業發展對本科人才迫切地提出了創新能力的訴求，然而，國內絕大部分高校對新能源材料與器件專業本科學生創新能力的培養基本還是沿用傳統工科專業相似的做法，如開設實習實踐、實驗課堂和二課等環節，再進一步就是順應高校創新型人才培養理念的變革趨勢再額外增設本科學生創新能力培養相關課堂和各種選修、輔修課程。這是“廣而博”教育理念的體現，是基于學生缺什么就補什么的教育思路，其結果就是不斷增加學生學習負擔，這與當前新時代本科“少而精”教育理念相違背。

一、第一課堂培養本科生創新能力的意義

2018年是我國本科教育深化改革的關鍵年，教育部先后出臺了《一流本科教育宣言》和《關于加快建設高水平本科教育 全面提高人才培養能力的意見（新時代高教40條）》等系列重量級文件。提出，新時代本科教育要培養創新型人才，這對當前的本科教育體系提出了全面的挑戰，同時也提供了本科教育全面改革的機遇。新能源材料與器件專業在過去十年建設成果基礎之上，如何順應新時代要求培養具有突出創新能力的本科人才是迫在眉睫需要解決的最關鍵問題。當前，培養學生創新能力最直接的辦法就是在傳統培養方案下增設創新培養相關課程和二課環節等，這雖然在一定程度上起到了效果，但是無疑增加了學生的學習負擔，也增加了專業建設的成本。在學生學習最重要和最直接的第一課堂環節完成專業本科學生創新能力的培養，即在不增加學生學習負擔和專業建設成本的情況下就達到了目的，這無疑是最有高效的方式。在第一課堂環節打造培養學生創新能力的新型教學模式，建立一種能夠在全國開設新能源材料與器件專業的建設高校中得以普遍適用的教學模式，為該專業進一步服務于國家新能源戰略提供重要的創新型人才保障。

二、新能源材料與器件專業本科生“五維”特征的創新能力評價指標

通過第一課堂的教學實踐，結合新能源材料與器件專業人才培養需要契合國家能源戰略布局和行業發展的要求，構建了該專業本科學生“創新精神、認知水平、思維能力、智力發展和研究動機”的“五維”特征的創新能力評價指標，具體含義如下：

創新精神，是評價新能源材料與器件專業本科生創新能力的首要指標，要求學生有敢于探索新能源領域未知或沒有研究人員涉獵的空白知識盲點的精神，有敢于打破常規、不迷信書本和權威的底氣，有勇于根據事實并結合自己的思考提出新觀點而不盲目效仿別人想法、說法、做法的才氣。但是創新精神并不是不傾聽別人意見、孤芳自賞、固執己見、狂妄自大，而是要團結合作、相互交流，任何創新理論和觀點都是建立在前人成就的基礎上而發展得到的，而不是偏執的反對和否定前人經驗，創新精神提倡大膽質疑但是要有事實和思考的根據，并不是虛無地懷疑一切。

認知水平，廣義的含義是評價一個人看透事務本質的能力，簡單地說就是具備透過現象看本質的能力，而在此處指的是新能源材料與器件專業本科學生在具有探索新能源領域相當的知識水平積累基礎之上，能夠透過新能源領域科學研究、行業發展和產業布局等當前現狀現象來看國內、國際新能源戰略定位的本質，這要求學生具有非常寬厚的領域知識。

思維能力，是對所學專業知識的進行加工、理解、消化和運用的能力，即對知識進行正確的、邏輯性的、創造性的分辨歸納總結能力，是衡量創新能力的核心指標，專業本科學生能夠將龐雜的專業課程諸多知識點系統地存儲在頭腦中，并能夠將知識點間建立起關聯的網絡，形成系統的專業知識體系，構架起新能源領域的知識脈絡。

智力發展，是衡量學生創新能力的高階指標，建立在學生有比較全面的心理、思維、智商和綜合學識基礎之上，這里指的是新能源材料與器件專業本科生全面的、合理的、精準的解決工程問題、技術問題和科學問題綜合能力。

研究動機，是強烈地對專業未知知識點的探索欲望正確，一定是對科學知識欲望孜孜不倦的追求，一定是對自身更好專業學識水平鍥而不舍的追求，一定是對科學創新研究造福人類宏大理想的追求，一定是建立在摒棄任何的急功近利、心浮氣躁、沽名釣譽等錯誤的出發點的基礎之上，對于新能源材料與器件專業的本科學生來說，就是要始終保持為人類清潔能源開發利用做出貢獻的初心。

三、第一課堂培養新能源材料與器件專業學生創新能力的路徑分析

第一課堂是本科學生獲取知識最直接的場所，是影響培養學生創新能力培養質量最核心的環節。為了完成本項目在第一課堂對新能源材料與器件學生“創新精神、認知水平、思維能力、智力發展和研究動機”的“五維”特征創新能力培養的目標，需要通過“拓展課堂外延、提升課堂內涵”這一途徑來實現。其中，“拓展課堂外延”就是理清“教與學、教與育、師與生、管與理”這四對關系，“提升課堂內涵”就是貫徹落實三個要素：教育理念的更新、教學內容的拓寬、教學方法的改革。

（一）拓展第一課堂外延

理清“教與學”的關系：轉變新能源材料與器件專業第一課堂教學模式從“教中心”走向“學中心”，第一課堂的主體從教師改變為學生，學生學習活動是課堂的主旋律，教師教學活動退居到次要地位，授課教師要充分將課程知識點落實到每堂課中，用恰當的教學方式引導學生主動學習、啟發學生主動思考，把課堂變為高效的、有組織的學生主動學習知識而不是被動地被灌輸知識的場所。

理清“教與育”的關系：減少第一課堂中的教導，增加課堂中的培育，應該是“多育少教”，教師要在第一課堂上通過具體的課程知識點結合當前課程思政教學理念的要求，培養學生正確的人生觀、價值觀和世界觀，除此之外，通過在第一課堂中具體專業知識的傳遞過程培養學生綜合專業知識的全面提升，在第一課堂上絕不再僅僅是專業知識的學習過程，而是全面培育專業基礎知識扎實、愿意為我國新時代社會主義國家發展做出能源領域貢獻的本科人才。

理清“師與生”的關系：在第一課堂教學環節建立基于師生地位平等的共創型、合作型師生關系，在課堂上傳遞專業知識的過程中，教師給予學生足夠的支持、給予課堂足夠的民主，讓學生對教師沒有任何依賴和盲從的前提下與教師平等交流溝通，從而產生不一樣的教學效果。

理清“管與理”的關系：第一課堂應該是一個和諧又有生機的體系，學生不能在課堂上有被教師管理、支配、安排的感覺，這給學生造成壓抑感，不利于學生的主動學習和思考，教師要少管教多梳理，要與教-學關系、教-育關系和師-生關系改變相匹配，教師和學生共同作為主體為課堂的正常教學活動負相同的責任。

（二）提升第一課堂內涵

教育理念的更新是前提：教師要把第一課堂教學作為學生認知結構優化、認知能力提高的系統工程，變教師當演員、學生當觀眾為教師當導演、學生當演員，以新能源材料與器件專業學生所學新的認識為基礎，構建并實施系統知識傳授與探索研究結合的創新人才培養模式，即以工程教育專業認證理念為指導、以落實OBE教育具體建設操作為內容、以第一課堂課程建設為載體，制定全新的第一課堂教學模式，這就需要全面性、系統性地對一線教師的教育理念進行重新塑造，通過線上線下培訓、講座和教學教改研究等途徑來完成。

教學內容的拓寬是關鍵：在第一課堂中，選用教材中的內容是學生所需要掌握的最基本知識，如果僅僅局限于此，顯然無法滿足學生創新能力培養的高要求，這就需要實現新能源材料與器件專業具體課程內容體系的傳統與創新結合，重組課堂教學內容，按學科發展規律、學生的認知規律，延伸第一課堂教學內容，有規劃性目的性地引導學生主動拓展書本知識，運用海量的電子資源拓寬拓厚學生的知識面，逐步實現教學內容的更新和提升。

改革教學方法是條件：顯然，“拓展課堂外延和提升課堂內涵”的第一課堂授課模式對師生都提出了前所未有的挑戰，第一課堂已然完全不同于傳統的授課模式，傳統的教學方式方法已經無法適應全新的課堂，因此，改革第一課堂的教學方法迫在眉睫，也是必要要件，新能源材料與器件專業第一課堂教學方法要變革為啟發誘導學生獨立自主的探究式學習，學生不斷思考探究的問題，敞開探究的思路、交流探究的內容、總結探究的方法、養成探究的習慣，使課堂更具有生命力。

四、第一課堂教學模式實施思路分析

為了在新能源材料與器件專業本科教學第一課堂環節實踐對本科學生“創新精神、認知水平、思維能力、智力發展和研究動機”的“五維”創新特征的創新能力培養，需要對第一課堂教學做全面的、系統的、創新性規劃，具體如下：

首先，按照本科學生“五維”創新能力培養的要求，將新能源材料與器件的專業核心課程（包括：《物理化學》《材料科學與工程基礎》《固體物理》《半導體物理》《應用電化學》《儲能材料與器件》《能量轉換材料與器件》和《材料分析方法》）的所有授課知識點依據“五維”創新能力特征中的具體特征進行精準的一一歸類，這符合工程教育專業認證和OBE教育理念的本科人才培養要求。

其次，將歸類好的知識點依據第一課堂理清拓展課堂外延四對關系和提升課堂內涵三要素的要求進行細分，明確每一個知識點的新型授課模式，歸結為要讓課堂的主體變為學生、學生主動參與思考學習內容并向教師反饋學習情況、學生主動外延知識點到專業領域盲區、教師處在課堂的從屬地位退居幕后、教師強化學生學習的過程及評價并弱化考試分數判定標準，這與工程教育專業認證的過程性評價要求一致。

再次，教師要堅持不懈的積極探索，打造第一課堂教學新模式，探索和總結各種創新型課堂授課模式及時修正和再利用，不能單一教學模式，要將當前推廣的教學方法融匯，依據具體的課程和知識點要求，并做到因材施教，找到最合適恰當的第一課堂授課方式方法。

最后，充分利用現代化的電子信息教學平臺，將第一課堂時間尺度上外延到課后，充分利用學生的碎片時間來強化學習過程，將第一課堂空間尺度上外延到互聯網中新能源領域海量知識上面，充分拓展學生學習知識的廣度和厚度。

五、第一課堂教學模式改革面臨的挑戰和應對措施

顯然，要達到在第一課堂培養新能源材料與器件專業本科生創新能力的目的，第一課堂教學模式必須完成相應的創造性改革，這也對課堂中的教師和學生都提出了前所未有的挑戰，同時，研究相應的應對措施也勢在必行。

（一）教師面臨的挑戰和應對措施

教師要具備新的教育理念。教師對第一課堂教學理念的變革是第一課堂培養新能源材料與器件專業學生創新能力的首要前提。教師必須從教學理念上除去傳統課堂教學的思路和運行方式，全新理解學生主體課堂的必要性、重要性和可操作性。基于當前新能源材料與器件專業建設的需要，教師必須全面深刻地學習工程教育專業認證和OBE教育理念，并落實到具體可操作教學活動中去。

教師要具備扎實的教育學知識。教師要完成創新性第一課堂的教學任務，在學生為主體的課堂中達成培養本科學生創新能力的目的，教師個人的教育學知識必須完備。教師僅僅具備專業知識就無法全面掌控新教學模式下第一課堂，從而無法保證課堂的正常運行。隨著每節課知識點的變化，教師需要在相應的教學設計中考慮在知識點平穩傳授的過程中，有序而系統地引導學生吸收、消化相應的專業知識。期間，教師就如同導演一樣，有能力、有水平全盤掌握課堂的一切活動。因此，授課教師必須自主學習教育學相關課程。教師可以通過豐富的網上資源來進行相應課程的系統學習，也可以通過學校或相關機構定期舉行的培訓班來學習。教師通過各種途徑學習并獲得的相應資質證書可以作為一線教師授課能力考核的一個指標。

教師要具備寬廣的專業知識。第一課堂要完成對新能源材料與器件專業學生創新能力的培養，顯然，課堂授課知識已經不局限于指定課本限定的內容范圍，教師要在新能源及材料領域具備寬廣的知識儲備。這就要求教師不但掌握了豐富的經典理論知識，還必須在新能源及材料學科科學研究上造詣深厚。具備這種專業素養的教師，才能夠在第一課堂上給予學生知識的傳承和專業領域眼界的拓展，建立和誘導學生對新能源及材料領域未知知識盲點的探索能力和興趣。

教師要具備現代教學技能。隨著移動終端、網絡以及AI技術的不斷提升，課堂教學手段越來越豐富。教師必須要具備熟練運用這些技術手段的能力，這不但能使課堂教學活動生動有趣，而且能夠在空間上拓展第一課堂到教室外面、在時間上拓展第一課堂到課后。營造出處處是課堂、時時可教學的第一課堂授課模式。教師可以通過網上教育或線下培訓方式等途徑不斷探索和主動學習這些新的教育手段技術。

（二）學生面臨的挑戰和應對措施

學生要具備自主學習的意識和能力。第一課堂的教學內容從指定書本拓展到當前科研前沿成果后，學生要系統掌握的專業知識成倍增加，這對學生個人的主動學習意識和能力提出了前所未有的挑戰。學生要有意識地提高自主學習的意愿，同時培養自主學習能力。可以通過觀察留意身邊做的較好同學的方式方法，也可以在具體課程的學習過程中鍛煉成長。

學生要統籌規劃課程學習的能力。新能源材料與器件專業的學生對化學、材料、物理和電化學器件等專業知識的掌握要求較高，專業知識學習任務比一般工科專業重很多。因此，課程設置門數較多、難度較大的課程門數多，再加上第一課堂授課模式創新性變革后拓展內容量太大，這就對學生在多門課程同時開展時的統籌規劃學習能力提出了非常高的要求。學生可以提前學習相關統籌課程來提升這方面的能力，也可以在平時的專業課程學習過程中鍛煉培養這一能力。

學生要爭取進入科研實驗室機會。由于大量的第一課堂拓展學習到了新能源和材料領域的科學研究前沿成果，本科學生在當下知識構架下的理解較為困難。如果能夠在科研實驗室開展一定的實驗研究工作，從感性上對相關理論知識的掌握和理解才能夠落地，也才能進一步把課本理論知識和具體實驗現象聯系起來，促進學生專業知識架構的形成。本科學生可以通過申請國家、省、市、校和學院各級科研項目的方式進入實驗室，也可以聯系相關教師獲得進入實驗的機會。

學生要積極將科研成果申報創新創業競賽。近年來，國家、省和市級層面開展的各種創新創業大賽進行地如火如荼。學生將個人的科研成果進行組織去申報各種級別的創新創業大賽，這無疑是最鍛煉學生創新能力的最好體現。要在競賽中所有斬獲，學生的科研成果必須要具備較強的創新性，這本身就對學生的專業素養提出了非常高的要求，也就是學生的知識儲備要遠遠超過指定課本的內容，同時，學生要能夠在競賽中展現出好的競技狀態也要求學生在相關領域有深厚寬廣的基礎知識，這些都是對第一課堂教學的重要延伸。鼓勵學生組隊學習、參與科研并參與競賽，這對學生創新能力的培養大有裨益。

學生要具備現代教育技能使用能力。移動終端、網絡以及AI技術不斷發展并在課堂教學中得以使用，學生是最直接的受益人。學生能夠隨時隨地開展學習，并且學習過程能夠生動有趣。前提是，學生熟練掌握相關學習技術的操作，這就要求學生要持續不斷進行相關技術操作的學習。學生可以通過學校組織的培訓或學生之間互相傳授使用經驗心得的方式來提升這一能力。

參考文獻：

[1]朱紅，安棟.教學行為對本科生創新能力影響的實證研究——基于理科與其他學科的比較[J].教育學術月刊，2016（1）：81-89.

[2]張胤，于明玉.對本科生創新能力培養的實證調查——基于學習者的視角[J].中國大學教學，2010（2）：76-78.

[3]袁旦，趙磊.地方高水平大學學生創新素質對人才培養適配性的影響研究[J].高等工程教育研究，2017（3）：111-115.

[4]黃榮杰.地方高校創新創業教育的理論及實踐探索[J].中國高等教育，2019（9）：41-43.

[5]左祖晶.院校環境和個人參與對本科生創新能力發展的影響——基于首都高校樣本的實證研究[D].北京：北京大學，2011.

基金項目：本文系四川省2018-2020年高等教育人才培養質量和教學改革“互聯網+”創新創業類重點項目“新能源材料與器件專業第一課堂培養學生創新能力教學模式的研究與實踐”（編號：JG2018-407）;四川省2018-2020年高等教育人才培養質量和教學改革項目“適應新工科發展的地方高校能源特色材料類專業建設與實踐”（編號：JG2018-397）;西南石油大學創新創業研究基金重點項目“第一課堂培養本科生創新能力及在新能源材料與器件專業中的實踐”（編號：校社專項（雙創）005）;西南石油大學研究生教育教學改革與研究項目“有效提升我校碩士研究生生源質量的措施與實踐研究”（編號：18YJYY06）的研究成果

作者簡介：黃韻（1978-），女，漢族，四川南充人，博士，教授，研究方向：新能源科學及技術。