化學電源技術教學和實踐雙融合模式探索

劉云花 仇偉 馬先果 陳振玲 劉瑩

摘?要：在目前全球能源狀態下，對新能源專業的學生而言，掌握前沿的儲能技術尤為重要，重中之重為化學電源技術。但只有理論而無實踐，也不利于為國家培養新型能源人才。因此探索和討論化學電源技術課程教學和實踐雙融合模式的教學方法，即通過整合精煉教學資源和內容，將理論和實踐有機融合起來，從而讓學生具有扎實的專業知識、較強的動手能力和創新能力，提高學生成果產出，期望培養出大量自信自強且具有科技報國使命擔當的新能源人才。

關鍵詞：化學電源技術；課堂教學；實踐

中圖分類號：TQ152

Explorationon?Double?Fusion?Mode?of?Teaching?and?Practice

of?Chemical?Power?Technology

Liu?Yunhua?Qiu?Wei?Ma?Xianguo?Chen?Zhenling?Liu?ying*

School?of?Chemical?Engineering，Guizhou?Institute?of?Technology?GuizhouGuiyang?550003

Abstract：For?students?majoring?in?new?energy，it?is?important?to?master?the?cuttingedge?energy?storage?technology?especially?for?chemical?power?technology.But?only?theory?without?practice，or?only?technology?without?the?right?ideas，is?detrimental?to?the?cultivation?of?new?energy?talents?for?the?country.Therefore，we?explore?and?discuss?the?teaching?and?practice?"double?fusion"?mode?of?chemical?power?technology，that?is，through?the?integration?of?teaching?resources，refine?the?course?content，and?integration?of?theory?and?practice，so?that?students?can?have?good?professional?knowledge，strong?practical?ability?and?innovation?ability，and?improve?their?achievement?output.It?is?expected?to?cultivate?a?large?number?of?new?energy?talents?who?are?selfconfident，selfreliance，and?have?the?mission?of?serving?the?country?with?science?and?technology.

Keywords：chemical?power?technology；classroom?instruction；practice

隨著全球經濟的飛速發展，人類對能源的需求不斷增長，迫切需要開發各種成本低、環境友好和可持續發展的新能源來代替傳統的化石燃料。能量儲存是新能源發展的前提，是新能源產業發展的重要組成部分，而在能量儲存領域中，化學電源占據著舉足輕重的地位。特別是目前能源緊缺，急需各種替代能源。各種用電器具對高能化學電源的需求以及材料科學的發展，給新型化學電源的開發提供了各種新型材料，使得傳統的化學電源的性能得以提高，出現了許多新型的化學電源，在交通、航空航天、電子、通信和家用電器等領域都有著良好的應用前景?；瘜W電源技術這門課程讓學生掌握各類化學電源的基本原理和技術，是培養新能源人才的基礎。這門課程在闡述化學電源理論基礎和基本概念的基礎上，系統地講述了各種主要化學電源的基本結構、工作原理、主要性能、應用前景以及維護方法［1］，探討化學儲能技術及其應用，目的是讓學生在掌握儲能的基本知識和基本理論的同時擴大其視野，獲得較全面的化學儲能技術知識。分析研究儲能器件的制備工藝及性能，為儲能器件的設計提供理論依據。但該教材知識量龐大，前沿性又強，需要掌握的知識點多。如何在有限的課時里，讓學生充分地理解和認識化學儲能的基本知識和基本理論，同時又提高學生的綜合設計能力、創新思維方式以及及時跟蹤前沿科學的能力，是該門課程授課教師應該思考的問題。在培養學生掌握好理論知識和實踐能力的同時，還應該培養學生的國際視野、正確的能源安全觀，樹立實事求是科學嚴謹的工作作風和敢于創新、勇于攀登科學高峰的精神，要引導學生樹立科技報國、產業報國，投入鄉村振興的家國情懷和使命擔當［2］。下面就通過整合教學資源、精煉教學內容，將理論和實踐有機融合起來，探索化學電源技術教學和實踐雙融合模式教學改革。

1?課堂教學和實踐的環節

1.1?課堂教學資源的整合

對于化學電源技術的教學，要整合各種資源，以便于得到更好的理論教學結果，使枯燥難理解的原理通過視頻動畫等形式一目了然，同時更豐富課堂內容。比如線上一些經典視頻，包括中國大學MOOC，線下資源如相關的最新研究成果、相關書籍以及教師相關的課題。比如在進行鋰離子電池的授課時，網站上有很多關于鋰離子電池的視頻，篩選出最優秀的視頻（比如鋰離子電池是如何工作的）來輔助學生理解鋰離子電池的工作原理，讓學生從微觀結構來理解其工作的特點，從而更好地掌握相關的理論知識。另外，通過課堂授課內容，結合相關教師的課題，讓學生明白理論知識可以指導實驗，實驗反哺理論知識。通過讓學生接觸相關課題，比如在學生學習鋰離子電池正負極材料之前，可以布置課前小作業，指定到相應教師實驗室進行相關實驗的小探索。這樣在進行理論授課時，學生不會覺得所學的知識脫離了自己的認知范圍，相反還會利用在授課過程中所學的知識來認真思考和解決在小探索過程中遇到的問題，從而提升學生學習和科研的興趣，達到一種教學和實踐融合的雙贏局面，為培養具有創新思維和較強動手能力的人才創造良好的條件和基礎。因此，通過對各類教學資源的有效整合，一方面可以豐富教學的形式和內容，另一方面還可以擴展學生的視野，提升學生的學習興趣和動手能力，培養學生的創新思維和解決問題的能力。

1.2?課堂教學內容的精煉

在理論教學過程中，不能進行“填鴨式”的授課方式，也不能“滿堂灌”，要主次分明，理清楚授課的主線。整個化學電源技術可以以“化學電源種類—基本原理—材料制備技術—化學電源器件的設計和制造—性能測試—基本維護”為主線框架講授化學電源技術的相關理論知識。在這門課程的學習中采取授課和自學兩大塊模式，在這一主線框架里，授課重點內容為基本原理、材料制備技術，難點內容為化學電源器件的設計和制造。其余的知識點以小作業形式發布給學生，進行課后自學，然后通過對小作業的批改來掌握學生學習的情況。在進行難點內容的授課時，采取案例的方式進行，分組討論，找出所給案例的優點和缺點，從而加深學生對器件設計的理解和掌握。在進行電化學器件設計與制造前，先對電池的構造進行詳細講解，然后集中一次課進行電池設計和計算的總體思路講解，包括電池設計的目標、電池設計的基本步驟、電池設計前的準備、電池設計的一般步驟。這樣后續的鉛酸蓄電池、鎳基電池、鋰離子電池等都按照電池設計和計算的思路進行，學生更容易“上手”。對教學內容的精煉就是要建立以知識點為模塊，聯系實際，拓展應用，形成具有特色的教學內容體系。同時放手讓學生自己主動去學，主動去問，主動去做。以此也體現以學生為主體的教育形式，培養學生的主動性，保證課堂的教學都在講在“點子”上。

1.3?課堂教學與課程（畢業）設計相融合

課程設計以及畢業設計是學生從理論到實踐過渡的重要環節，從這些設計課程可以判斷出學生綜合運用專業知識的能力，也為進一步工作和深造打下一定的理論和實踐基礎［3］。同時通過設計課程也可以檢驗學生對理論知識的掌握情況，從而反饋到理論課堂中，評價和檢驗理論教學是否滿足需求?；瘜W電源技術的理論和設計不是孤立的，而是互相促進的。因此，在理論授課的過程中，需要和設計課程進行結合。比如鉛酸蓄電池的設計與制造的理論授課中，可以將往屆學生的相關課程（畢業）設計當案例，通過分組討論，讓學生找出里面設計較為優秀的部分進行分析，同時找出設計里面的不足部分進行修改。這樣，通過課堂分析和相關理論知識的學習，學生在今后的課程設計或者畢業設計上面不會出現“一問三不知”的現象，也不會出現借鑒過度的現象。同樣，授課教師應該認真分析往屆新能源學生在設計課程上出現的問題，找出學生的薄弱環節，在課堂教學的時候進行有針對性的訓練，從而提高教學質量，進一步提升學生綜合能力以及運用所學知識去分析和解決問題的能力，為培養有用的能源工程師打下一定的基礎。因此，理論課程與化學電源相關的設計課程相融合，可以進一步鞏固學生的基礎理論知識，可以更大程度地提升學生獨立思考問題和解決問題的能力，從而提升學生的綜合能力。

1.4?課堂教學與專業實驗相輔相成

新能源科學與工程的專題實驗包括了電池材料的制備、電池的組裝、電池安全性能的測試等，這些都和化學電源技術息息相關。如果沒有專業理論課的指導，那么學生無法清楚地認識自己做的是什么，也沒有辦法解決實驗過程中所遇到的問題。同樣，學生可以通過相應的實驗操作來進一步鞏固所學的理論知識，提升對化學電源的認識，通過實驗的認識更為生動和直觀。同時，理論課和實驗課的順序一定要正確，以鋰離子電池為例，在學習了鋰離子電池的正負極材料后，學生就應該進入實驗室采取各類合成方法來合成不同的鋰離子電池正負極材料。這樣及時加深了學生對合成方法的理解和記憶，并通過查閱文獻及時了解目前材料的研究狀態，以及存在的問題，從而激發學生去鉆研這些問題，提升他們的專業知識水平。通過對鋰離子電池的組裝，如半電池的組裝，設置一定的問題，諸如為什么正負極材料都是采用的金屬鋰作為對電極？引發學生的思考，激發學生尋找正確的答案，進一步鞏固專業理論知識。因此，對于新能源科學與工程的專題實驗，應該和理論課進行一定的結合，及時反饋相應的信息到課堂中，通過學生實驗的情況及時調整課堂的側重點，達到學以致用，理論指導實踐，實踐反哺理論的目的。

1.5?課堂教學與專業比賽相結合

除了課程（畢業）設計以及專題實驗以外，新能源專業的各類賽事也有利于提升學生綜合能力，也是學生由理論到實踐、由課堂到實戰的有利戰場。因此，要帶動和鼓勵學生積極參與。在參與比賽的過程中，一方面，學生可以使用所學的理論知識和追蹤的最新信息來指導比賽項目的順利實施；另一方面，在項目的實施過程中，學生會發現自己的不足以及短板，會主動通過各種途徑學習更深入的理論知識來彌補自己的不足，從而提升其解決問題和創新的能力。此外，通過一系列的比賽，學生從中獲得一定的滿足感，會進一步激發其從事科學研發興趣和愛好，從而提升學生的成果產出。真正做到以學生的學習成果為導向的教育理念，符合基于OBE理念的課程教學實踐［4］。

2?課程育人元素的引入

高校是為祖國培養人才的搖籃，因此要利用好課堂教學這個主要陣地，要在不知不覺中引導學生樹立正確的人生觀、價值觀，引導大學生對祖國的認同感、歸屬感，樹立產業報國、科技報國的主人公意識。在化學電源技術這門課程中，通過在課堂上、實踐中合理融入育人元素，以實現知識目標、能力目標和德育目標的有機統一。

2.1?課堂上的育人

在滿足課堂理論教學工作的同時，引入適當的育人元素，有利于激發學生學習的動力與共情。比如在講授鉛酸蓄電池時，引入鉛酸蓄電池行業的領軍人物——江蘇海寶電池科技有限公司董事長沈維新的事跡。該案例體現了商人具有不唯利是圖的高尚品德，踏踏實實做好產品，發展好產品，以科技力量為祖國的發展貢獻力量的精神。這對教育新能源專業的大學生認真學習好專業知識，培養他們形成正確的人生觀具有非常重要的意義。這部分內容在講述鉛酸蓄電池的發展史時，采取圖文并茂的形式向學生展示。在講述鎳氫電池的負極材料儲氫合金時，以無機化學家申泮文院士為例，講述其以獨特的方法合成的一系列離子型金屬氫化物及在鎳/金屬氫化物可逆電池取得的成果。講述以申泮文院士為代表的中國上一代知識分子特有的奉獻精神和對事業執著的追求，體現申泮文院士報效祖國，希望祖國富強的家國情懷，對教育新能源專業的大學生吃苦耐勞、勤奮刻苦、勇于奉獻，為祖國的發展和建設無私奉獻具有非常重要的意義。在講述鋰離子電池正極材料時，引入2019年諾貝爾化學獎獲得者之一的Goodenough老先生的學習生涯，最終在九十多歲的高齡斬獲諾貝爾獎，至今仍在實驗室工作，以激勵學生活到老學到老、認真鉆研、勇于創新，學好專業知識為祖國的能源事業貢獻力量。整個課堂學習中，育人元素從商人到科學家，從國內為祖國奉獻、走在科學前列的科學家到國外引領能源潮流的科學家，都可以用來教育新能源專業學生樹立正確的學習、生活以及科研態度。

2.2?實踐中的育人

為了鞏固課堂的基礎理論知識，該課程體系應該和實踐相結合。比如，讓學生在課外利用分組的形式完成一定的小實驗或者制備一些小器件。在整個實踐環節，潛移默化地引導學生樹立良好的團隊精神，學會分工與合作。在進行專題實驗課時，在實驗的環節適當設置一定的問題和障礙，引導學生積極思考，利用已學習的知識來解決現實實踐中遇到的問題，提高學生解決實際問題的能力。在實驗不同的環節設置不同層次測問題，引導學生逐步解決問題，從而提高學生的參與性和主動學習興趣［5］。同時激勵學生采取各種手段來解決問題，從而鍛煉學生查閱文獻的能力。學生在用自己的知識和能力解決好實驗中遇到的問題之后，會激發他們對科研工作的興趣，便會積極主動地參與到各項科研和大創工作中，從而提高學生的成果產出。另外，鼓勵學生多參加各種團體賽事，在準備比賽的過程中，讓學生接觸更多優秀的團隊和人才，從而發現自己的優點和不足，以促進學生保持良好的自信心和上進心。實踐中的思政元素沒有固定的方式，只要在正確的節點利用合適的方式來引導，相信會培養出自信、自強、自律的人才。

結語

本文從課堂理論教學和實踐環節，探索了化學電源技術課程雙融合教學改革模式，最終以培養高素質應用型人才為目標，以提高學生電化學儲能專業素養和成果產出為重點，整合相關教學成果。將理論教學、實踐深度融合起來，結合育人元素的引入，培養學生工程設計、文獻檢索、資料查詢的能力和科學研究的素養，啟發學生的創新思維。在整個教學改革過程中，加強實踐教學，培養學生的創新能力，促進學生主動、自主學習，提高學生的成果產出，為國家的新能源行業培養合格的儲備人才貢獻一定的力量。

參考文獻：

［1］孫克寧，王振華，孫旺.現代化學電源［M］.北京：化學工業出版社，2017.

［2］周鵬飛，吳小中.“化學電源工藝學”課程思政建設探索［J］.廣東化工，2021，48（451）：305307.

［3］張林森.化學電源課程設計改革與實踐［J］.河南化工，2015，32（2）：6163.

［4］姜建文，陶端鍵，劉曉玲，等.基于OBE理念的“化學教學設計與實施”課程建設與教學實踐［J］.化學教育，2022，43（12）：6876.

［5］張立珠，范瑞清，唐冬雁，等.問題引導法提高學生學習主動性的探索與實踐［J］.化學教育，2022，43（12）：3033.

基金項目：貴州理工學院教育教學改革研究項目（JGYB202124）；貴州省高等學校教學內容和課程體系改革項目（No：2021202）；貴州理工學院教育教學改革研究項目（2022JXGG14）

作者簡介：劉云花（1983—?），女，漢族，四川眉山人，博士研究生，講師，研究方向：新能源材料與器件。

*通訊作者：劉瑩（1983—?），女，河南駐馬店人，博士研究生，副教授，研究方向：生物質轉化與利用研究。