“雙碳”目標下“二維三階”混合教學模式的探索

［摘 要］ 在“雙碳”目標及能源轉型的背景下，新能源材料類人才的需求逐年增加，如何培養新能源材料領域的專業人才是相關課程改革的重點，推動人才培養的創新教學模式迫在眉睫。以新能源材料類課程為例，針對基礎課程理論性強、內容枯燥難懂的特點，提出“二維三階”混合教學模式，革新“線上+線下”、“課前+課中+課后”教學過程、優化考核機制，充分發揮學生的主體地位，讓學生將所學理論知識與實踐應用融會貫通，學以致用，為我國實現“雙碳”目標培養戰略性科技人才后備軍。

［關鍵詞］ “雙碳”目標；新能源材料；“二維三階”教學模式

［基金項目］ 2021年度成都市鼓勵校地校企合作培養產業發展人才項目“太陽能產業高素質應用型復合人才校企聯合培養”（成財制〔2021〕2號）；2021年度四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目“雙碳背景下新能源專業創新創業教育研究與實踐”（JG2021-566）；2021年度西南石油大學新能源與材料學院“教學改革研究”項目“‘雙碳’目標下新能源材料專業‘二維三階’混合式教學模式的探索與實踐：以材料科學與工程基礎為例”（2021XCY-JXGG-015）

［作者簡介］ 張鳳英（1991—），女，四川簡陽人，博士，西南石油大學新能源與材料學院講師（通信作者），主要從事能源化學研究；張 騫（1982—），男，山東濟南人，博士，西南石油大學新能源與材料學院副教授，主要從事能源化學研究；黃澤皚（1989—），男，四川眉山人，博士，西南石油大學新能源與材料學院講師，主要從事能源化學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）11-0097-04 ［收稿日期］ 2022-02-04

引言

2020年，國家主席習近平首次提出，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，即中國的碳達峰、碳中和目標［1］。2021年，中共中央、國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見中更是強調，把碳達峰、碳中和納入經濟社會發展全局，以經濟社會發展全面綠色轉型為引領，以能源綠色低碳發展為關鍵，加快形成節約資源和保護環境的產業結構、生產方式、生活方式、空間格局，堅定不移走生態優先、綠色低碳的高質量發展道路，確保如期實現碳達峰、碳中和［2］。至此，綠色環保的新能源迎來了全新的發展機遇與勢頭，為新能源產業培養相關技術人才成為新能源材料專業的首要任務。

新能源材料專業人才培養的重點是讓學生樹立創新意識和提高創新能力，培養戰略性科技人才后備軍。該專業基礎核心課程具有理論性強、內容枯燥難懂、概念抽象繁雜等特點，學生在掌握基礎知識與理解實際應用間存在鴻溝［3］。傳統的教學方式無法滿足本專業人才的培養要求，教學方式、教學內容亟須整合和優化，以提高教學質量并增強學生的學習和創新能力，充分調動學生的學習自主性、積極性，加強“基礎—實踐—應用”協同理解，提升分析和解決問題的能力，為高速發展的新能源材料領域培育思想開放、知識面廣、善于思辨的復合型人才［4-5］。

一、“二維三階”混合教學模式的探索與實踐

在新能源技術和新型材料高速發展的背景下，從教學模式和考核方式兩方面入手，通過教學內容、教學形式、考核方法等對新能源材料類課程教學進行綜合性改革探索，充分利用信息化教學手段，實施“二維三階”混合教學模式（見圖1），提高學習的主動性及學習效率［6］。

（一）“二維三階”教學模式的構建

1.確立課程目標。以專業人才培養方案畢業要求為依據，確立課程目標，為“教與學”提供指導與方向，明確學生完成課程學習后須具備的知識與能力。具體包括：（1）專業技術知識：能將材料科學與工程、材料物理化學、固體物理、材料分析方法等專業知識用于新能源生產、轉化和存儲過程中的相關材料的開發、分析與應用。（2）分析和解決問題：能識別和表達新能源產生、轉化和存儲過程中復雜工程問題的關鍵環節和參數，并提出新能源產生、轉化和存儲過程中遇到的復雜工程問題的具體解決方案。（3）開展研究的能力：能基于科學原理對新能源產生、轉化和存儲過程中的復雜工程問題進行研究，并采用科學的方法分析與解釋數據，從而得到合理有效的結論。

2.發揮學生主體地位。改變以教育為核心、教師為主導的傳統教學模式，構建以結果為導向、學生為主體的勤動腦、勤動手、勤動嘴的自主式教學模式。措施如下：（1）動腦：教師要多以問題為導向，拋出問題。例如，在氫能教學導入部分，提出問題：“2008年北京奧運會與2022年北京冬奧會中圣火使用的燃料有什么區別？”激發學生的學習興趣和主動性，引發思考。（2）動手：增設簡易的材料制備或能源轉化研究小實驗，培養動手操作能力，掌握新能源材料合成制備、器件制造和轉化工藝流程。（3）動嘴：開展形式多樣的分組討論及課堂互動，鍛煉學生語言組織及交流表達能力。結合線上、線下兩個教學維度，有效整合“課前、課中、課后”三個階段的學習活動，促進師生角色重心的翻轉，開展“自主、合作、探索”的多元混合式教學，提升學生在學習過程的主體地位。

3.理論與實踐相結合。突顯理論教學和實踐應用相結合的培養過程，加強學生創新能力和專業知識綜合應用能力。引入第二實踐課堂對第一理論課堂形成有益的補充，將實踐應用融入課程教學，通過在實踐過程中觀察到的實驗現象與理論知識的結合，鞏固相關理論知識，培養學生的思考和思維能力，擴大其知識領域，開闊視野，提高學生理論聯系實際并解決工程問題的能力［7-8］。如，增設太陽能電池、超級電容器以及鋰離子電池開發、能源轉換和能源污染治理、太陽能-化學能轉化材料等應用實踐項目，了解實際應用的“卡脖子”問題，培養學生的科研意識，提高學生學以致用的能力。

4.課程資源多元化建設。依托互聯網融合教學優勢，完善線上教學。首先，通過實用性對比分析線上教育平臺，多形式交互使用“學習通+雨課堂”，補充完善平臺的短板與不足，為線上教育的深化改革提供強有力保障。其次，組織教學經驗豐富、課堂氛圍濃、思維活躍的優秀教師開設線上教學精品課程，從趣味性和可理解性出發，通過專家的可行性分析和師生滿意度調查后上線，為線上教育的課程內容提供強有力的補充［9］。

（二）混合教學模式的實施

1.課前線上預習激發興趣。教師利用慕課、雨課堂、學習通等線上平臺提前發布短視頻學習資源，以新能源開發解決的實際問題為導向，讓學生自主觀看短視頻進行課前學習，完成每個視頻后的隨機測試題，以激發學生的學習動機。通過線上平臺的后臺數據分析學生的課前預習情況，概括學生知識結構與能力特征，總結學生在知識掌握上的短板及薄弱環節，為課中教學內容重點和難點的適度調節與傾斜做好鋪墊。

2.課中線下學習夯實基礎。課中環節具有承上啟下的作用，是教學過程的重點，主要考慮：（1）基礎與應用的有機融合。教師不需要面面俱到地講解理論知識，根據線上平臺的預習數據，有針對性地解決預習過程中存在的問題，提高教學效率。此外，結合新能源材料類課程的基礎知識和實際應用設計教學內容，比如在《學習太陽能電池》章節時，引入太陽能電池的產業現狀激發學生的學習興趣。利用創意小實驗/研究參觀等方式加深新能源及材料相關理論知識與應用的有機融合，如材料的制備與形成工藝、能源轉化裝置及性能測試等。（2）翻轉課堂形式多元化。圍繞新能源理論知識核心案例，通過小組協作調研與討論，組織學生以講授、演示、創意發明等多元化方式交流學習，既增強了表達和創意能力，又加深和拓寬了知識內容。（3）增設形式多樣的講座。定期邀請校內外材料領域的專家開展專題講座，著重介紹新能源材料的應用案例、最新科研成果以及前沿發展動態等，拓寬知識面，增強學習興趣并提升學習積極性［10］。

3.課后線上復習+線下測試強化知識體系。課后學生可以隨時通過線上學習平臺進行復習，鞏固所學知識內容，有疑問的地方也可以通過郵箱、班級群在線上與教師進行交流探討，解決學習過程中遇到的各類問題。教師可以針對新能源材料類課程所學的重點和難點不定期出一套測試卷，用課堂時間對前期學習內容進行綜合測試，可以全面掌握學生的學習情況，同時能以測促學，促進學生牢固地掌握相關知識，進而能融會貫通，形成知識體系。

（三）考核評價機制的更新

在新的時代發展背景下，新能源材料專業亟須培養思想開放、知識面廣、善于思辨的綜合性專業化人才。為此，教學過程中要加強對知識的實踐應用學習，多維度評估人才發展潛力，而構建以過程和能力為導向的多元評價機制，注重學生學習能力及專業知識綜合應用能力的培養，強調過程性評價理念則尤為重要。

實施以過程考核為重點的“三個階段”考核模式，構建立體化的成績評定體系。總評成績由過程考核（60%）+應用拓展能力（10%）+期末考試成績（30%）組成。過程考核包括課前預習及練習題（20%）、課堂參與度（10%）、課后復習及不定期測試（30%）。應用拓展則由翻轉課堂報告所決定，學生平時的小組討論部分由組內成員相互打分和組間打分相結合，評定學生觀察、發現及解決問題的主動性。考核方式透明化，第一堂課就告知學生評分標準與細則，定期公布學生當前獲得的分數及排名情況。同時，師生共同討論，形成調查問卷，搜集師生對本評定體系的意見建議，不斷優化考核方式，確保考核真實有效。

二、新能源材料類課程建設成效

“二維三階”混合教學模式的實施打破了教學時間與空間的限制，充分發揮學生主體意識，緊密圍繞新能源材料發展前沿，培養在能源結構轉型與升級中具有突出優勢的技術、研發及儲備型人才，達到教與學的全面融合。新能源材料類課程建設成效體現在：（1）教學模式更加適宜。緊跟互聯網的高速發展步伐，摒棄不合時宜的教學模式，創新教學思路和教學方法，樹立終身學習觀，促進學生的全面發展。（2）線上教學更加完善。豐富的線上教學平臺與學習資源，融合新能源材料前沿熱點案例，實現新舊知識的及時更新迭代。（3）考核模式更加合理。改變傳統的平面考核方式，實施“三階”立體考核體系，以過程考核為重點，提升學生在學習過程中的主體地位。

結語

以我校新能源材料與器件專業為試點，圍繞新能源材料類課程改革與建設，打破傳統教師講授為主的教學形式，充分考慮學生的知識結構和主體地位，探索線上和線下相結合，貫穿課前、課中、課后的“二維三階”混合教學模式，提升對知識探索與創新的能力，培養新能源材料專業急需的綜合應用型人才。該教學模式的探索與實踐具有重要的理論研究價值和示范性作用，可顯著提高新能源材料類課程教學質量，“二維三階”混合教學模式和以過程為重點的考核模式可為其他課程的改革提供借鑒與參考。

參考文獻

［1］習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話［EB/OL］.（2020-09-22）［2022-01-01］.https：//www.ccps.gov.cn/xxsxk/zyls/202009/t20200922_143558.shtml？eqid=d21edbb400276a190000000364844206.

［2］中共中央 國務院 關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見［A/OL］.（2021-09-22）［2022-01-01］.http：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/24/content_5644613.htm.

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［4］周洪雷.材料科學基礎課程教學改革探索［J］.科技風，2021（9）：30+86.

［5］馬建民.基于成果導向教育理念的工程專業教學改革：以“新能源材料與器件”課程為例［J］.教育教學論壇，2021（7）：61-64.

［6］李艷霞，范濤，王倩，等.“互聯網+”下《材料科學基礎》教學模式改革的研究與實踐［J］.北華航天工業學院學報，2021，31（1）：42-44.

［7］馬琛.理論與實驗高度融合的教學模式改革探索：以“材料科學與工程基礎”課程為例［J］.教育教學論壇，2022（19）：45-48.

［8］萬紅日，陳騰，徐艷.基于新工科理念的課程體系改革實踐研究：以“新能源材料與應用”課程為例［J］.云南化工，2022，49（7）：158-160.

［9］冉起超，凌紅，丁春梅，等.《材料科學與工程基礎》MOOC建設與教學實踐［J］.廣州化工，2021，49（5）：

152-153+189.

［10］孟瑜，張艷麗，張秀萍.“材料科學前沿講座”課程教學改革探索與實踐［J］.科技與創新，2021（16）：88-89.

Exploration of “Two-dimensional and Three-stage” Mixed Teaching Mode under the “Double Carbon”

Goal：Taking the Course of New Energy Materials as an Example

ZHANG Feng-ying， ZHANG Qian， HUANG Ze-ai

（School of New Energy and Materials， Southwest Petroleum University， Chengdu，

Sichuan 610500， China）

Abstract： Under the background of “double carbon” goal and energy transformation， the demand for talents of new energy and materials is increasing. How to cultivate professionals in the field of new energy and materials is the key of the relevant curriculum reform， and it is imminent to promote talent cultivation by innovating the teaching mode of new energy materials. Taking the course related to new energy materials as an example， aiming at the characteristics of strong theoretical nature and boring content of basic materials courses， the “two-dimensional and three-stage” mixed teaching mode is proposed. This teaching mode innovates the teaching process of “online + offline” and “pre-class + in-class + after-class”， optimizes the assessment mechanism， gives full play to the main role of students in the learning process， and allows students to integrate the theoretical knowledge and practical application， firmly grasps the theoretical knowledge they have learned and put it into practice. In this way， a reserve army of strategic scientific and technological talents can be cultivated for realizing the goal of “double carbon” .

Key words： “double carbon” goal; new energy materials; “two-dimensional and three-stage” teaching mode