基于OBE 理念的“鋰離子電池材料及應(yīng)用”的教學(xué)實踐研究＊

鄧魁榮，馬國強(qiáng)，范東華

（五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院，廣東江門 529020）

Outcome based education（OBE，成果導(dǎo)向教育）強(qiáng)調(diào)將學(xué)生學(xué)習(xí)的成果作為教學(xué)的核心，教學(xué)的目標(biāo)是學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果，教師通過反向構(gòu)建相應(yīng)的教學(xué)模式和考核評價體系來指導(dǎo)學(xué)生漸進(jìn)式學(xué)習(xí)，同時評估學(xué)生在各個階段的學(xué)習(xí)成果，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。用OBE 理念來探索新時期人才培養(yǎng)模式是當(dāng)前高等教育的一個重要發(fā)展趨勢。從社會對人才需求角度出發(fā)，高校對人才的培養(yǎng)應(yīng)從注重學(xué)習(xí)成績向關(guān)注學(xué)習(xí)成果轉(zhuǎn)變，教育理念應(yīng)從“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，改革課程目標(biāo)、內(nèi)容、教學(xué)方式方法和考核方式等，培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需求的人才。

1 課程目標(biāo)

五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院的材料科學(xué)與工程專業(yè)以新能源材料與器件為主要研究方向，目標(biāo)是為學(xué)校所在地區(qū)培養(yǎng)和輸送新能源行業(yè)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。根據(jù)學(xué)校辦學(xué)理念、材料科學(xué)與工程專業(yè)的定位、目標(biāo)和OBE 理念，制定了“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程目標(biāo)：①理解鋰離子電池的相關(guān)基本概念、基本構(gòu)成和工作原理，掌握鋰離子電池各種材料合成、改性與應(yīng)用，且運用這些知識解決實際中鋰離子電池的復(fù)雜工程問題；②運用鋰離子電池各種材料的合成、改性與應(yīng)用相關(guān)知識，對鋰離子電池體系中獲得的信息進(jìn)行判斷，將有效信息用于鋰離子電池體系問題的分析并得出有效結(jié)論；③學(xué)生依據(jù)鋰離子電池材料的種類、性質(zhì)和生產(chǎn)工藝，對相關(guān)復(fù)雜工程問題進(jìn)行調(diào)研，根據(jù)具體使用或應(yīng)用目標(biāo)完成相關(guān)需求分析，明確材料與器件設(shè)計、加工和優(yōu)化過程中的約束條件；④在學(xué)習(xí)中了解掌握鋰離子電池最新發(fā)展動態(tài)和國家對鋰離子電池相關(guān)法律法規(guī)及產(chǎn)業(yè)政策，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策、知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的核心理念。

2 教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)材料科學(xué)與工程專業(yè)的畢業(yè)要求和該課程的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程的教學(xué)內(nèi)容有鋰離子電池基本理論、正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料、隔膜材料、安全性、生產(chǎn)工藝等，主要介紹這些材料的基本性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、合成方法、生產(chǎn)工藝、改性方法。其中，電極材料是影響鋰離子電池電化學(xué)儲鋰性能的關(guān)鍵因素，開發(fā)具有高能量密度、高倍率性能、長壽命及安全可靠的電極材料是鋰離子電池所面臨的挑戰(zhàn)，也是當(dāng)前的熱門研究領(lǐng)域。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握鋰離子電池的基本概念、基本構(gòu)成和工作原理，了解鋰離子電池各種材料的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、改性與應(yīng)用，分析和解決鋰離子電池的工程技術(shù)問題，為研究開發(fā)鋰離子電池生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的新材料和新技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。當(dāng)前教材中的內(nèi)容需要及時更新。在之前授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入了電池的安全性及最新的研究進(jìn)展。近年來由鋰離子電池安全問題造成的事故層出不窮，如Samsung Galaxy Note 7 大范圍電池起火爆炸事件，全球多輛特斯拉汽車自燃事件。要實現(xiàn)鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用安全性是必須要解決的問題。因此，教學(xué)中加入鋰離子電池安全性問題內(nèi)容很有必要，讓學(xué)生能夠從正負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)、電池管理系統(tǒng)、添加劑等方面了解鋰離子電池安全問題的解決方法。

3 教學(xué)方式方法

傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得課堂教學(xué)效果不盡人意。而OBE 理念是以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向而設(shè)計的新型模式，注重具有明顯意義的結(jié)果、為學(xué)生的成功提供支持、相信學(xué)生會取得成功、根據(jù)預(yù)期的結(jié)果來對教學(xué)進(jìn)行反向設(shè)計。根據(jù)OBE 理念，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、取得更好的學(xué)習(xí)效果，“鋰離子電池材料及應(yīng)用”采用課堂討論、小班教學(xué)、線上線下相結(jié)合、自主學(xué)習(xí)成果展示等方式進(jìn)行教學(xué)。

3.1 課堂討論

教師在課前布置一些能串聯(lián)某個知識點的問題讓學(xué)生帶著問題聽課，講解完后學(xué)生以小組為單位對問題展開討論并分享討論結(jié)果。例如在鋰離子電池電解液知識點的授課中，教師先提出一個問題：“為什么商業(yè)化的鋰離子電池使用的都是1 mol/L 的LiPF6和EC 以及線性碳酸酯的溶液？”同時提示學(xué)生要從鋰鹽、溶劑、濃度、成本、性能等角度去分析。在教師講解完這個知識點后讓學(xué)生以小組為單位討論。在討論中學(xué)生會深挖這個問題的影響因素，每個小組成員都會提出自己的觀點同時也吸收其他成員的觀點，最終每個小組討論的成果都能把問題的因素考慮進(jìn)去，全面且正確地回答了問題。最重要的是在課堂討論的過程中達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，即學(xué)生掌握鋰離子電池電解液的基本知識及相關(guān)影響因素，并且能夠用所學(xué)內(nèi)容分析問題。

3.2 小班授課

“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程改革前采取大班授課的教學(xué)組織形式。由于學(xué)生較多，授課過程中很難進(jìn)行有效的師生互動，教師也無法及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。而小班授課的過程中，師生之間可以充分的進(jìn)行互動，能夠了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，解決學(xué)生遇到的問題，使學(xué)生從被動接受知識變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。基于小班授課的優(yōu)點，將“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程由大班授課模式改為小班授課，班級人數(shù)控制在50 人左右。經(jīng)過課程改革后，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯提高，師生間能夠形成有效的互動，教學(xué)效果顯著提升。

3.3 自主學(xué)習(xí)成果展示

鋰離子電池技術(shù)及材料始終在創(chuàng)新進(jìn)步，學(xué)生除了學(xué)習(xí)理論知識，還要積極主動地去了解最新進(jìn)展，目的是培養(yǎng)學(xué)生充分利用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行主動學(xué)習(xí)的能力，學(xué)習(xí)成果以課題展示和課程論文的方式體現(xiàn)。課堂展示和課程論文題目可以教師定也可以學(xué)生自主選題，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣選題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)查閱文獻(xiàn)及運用網(wǎng)上資源，提高多方面獲取知識的能力。課堂展示和課程論文中，學(xué)生基本都能夠把選題的最新研究進(jìn)展、面臨的問題、未來潛力等進(jìn)行較好地歸納分析和總結(jié)。課堂展示和課程論文能夠引導(dǎo)學(xué)生對感興趣的領(lǐng)域進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

3.4 線上線下相結(jié)合

“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程改革前以學(xué)生看課本以及聽老師用PPT 講課來學(xué)習(xí)，很難讓學(xué)生對抽象的概念、現(xiàn)象有直觀的理解。慕課、學(xué)堂在線等線上教學(xué)平臺近兩年來受到廣大教師的認(rèn)可。充分利用線上教學(xué)平臺的資源，采取了線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生可以通過觀看這些線上教學(xué)平臺資源來進(jìn)行學(xué)習(xí)。將山東科技大學(xué)劉瑞老師的在線課程“鋰離子電池”作為“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程的線上教學(xué)資源，讓學(xué)生線上參與此課程以達(dá)到預(yù)習(xí)的目的。

4 考核方式

“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程改革前主要通過考試成績來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不利于學(xué)生全面發(fā)展。改革之后，“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程考核主要是考查學(xué)生對知識的掌握和運用能力，以及學(xué)生分析問題和解決問題的能力。因此“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程考核方式應(yīng)該是多元化的。除了考試成績以外，平時的課堂討論、課后作業(yè)、課程論文、課堂展示等都以一定的權(quán)重計入課程的成績。這樣的評價方式能夠督促學(xué)生在平時的課堂討論、課后作業(yè)、課程論文、課堂展示去積極主動學(xué)習(xí)以獲得相應(yīng)的考核評價。此外，通過撰寫課程論文、準(zhǔn)備課程展示等方式能夠拓寬學(xué)生的知識面和對前沿進(jìn)展的了解，鍛煉了學(xué)生的綜合能力。

5 結(jié)語

基于OBE 理念對“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程的課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)方式方法和考核方式等方面進(jìn)行了全面的改革和優(yōu)化，以持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果有了較大提升。未來的過程中，將基于OBE 理念對“鋰離子電池材料及應(yīng)用”課程進(jìn)行不斷的改革和優(yōu)化，以確保教學(xué)效果的不斷提升。