新能源材料與器件專業BOPPPS教學模式探索與實踐

［摘 要］ “化學電源基礎與應用”是中南大學新能源材料與器件專業的核心骨干課程，是一門以電池基礎理論為核心、以解決實際問題為終極目標的應用性課程。在當前新能源產業發展迅猛的市場背景下，將產教融合深入運用到課程教學中，對于新能源材料與器件專業人才培養及社會發展具有深遠影響。將產教融合理念與BOPPPS教學模式緊密結合，精心設計教學內容及教學過程，優化考核評價體系，提升了課程教學效果并有效達成教學目標，體現出明顯優于傳統教學模式的教學效果。

［關鍵詞］ 化學電源基礎與應用；產教融合；BOPPPS教學模式；教學改革；人才培養

［基金項目］ 2024年度湖南省科技廳湖湘青年英才（2024RC3026）

［作者簡介］ 唐晶晶（1986—），女，河南洛陽人，博士，中南大學冶金與環境學院副教授，主要從事新能源材料與器件及有色金屬資源循環利用研究；周向陽（1969—），男，湖南桃江人，博士，中南大學冶金與環境學院二級教授（通信作者），主要從事材料冶金與儲能材料與器件等研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）52-0109-05 ［收稿日期］ 2024-05-17

一、“化學電源基礎與應用”課程概述

“化學電源基礎與應用”作為新能源材料與器件專業的核心課程，開設在大三下學期，課程要求本專業學生在已學習材料基礎、電化學原理等課程的基礎上，系統學習掌握化學電源的基本概念、基本原理、研究方法與表征手段，重點掌握一次電池、典型二次電池、液流電池、燃料電池、電化學電容器等典型化學電源的組成、結構、原理、電池特性以及所用材料體系，了解化學電源的應用場景、發展現狀和前景，為研究開發化學電源及其材料打下堅實基礎［1］。

因此，“化學電源基礎與應用”課程的重要意義在于，讓學生在完成了理論知識積累的基礎之上，通過本門課程的學習，對專業知識的掌握從理論層面順利而自然地過渡到實踐應用層面。這一點在課程目標中反映得更加清晰，在基礎認知層面，我們要求學生通過本課程學習，應當掌握化學電源的基本概念、基本原理，初步形成化學電源系統而全面的理論知識框架；了解不同化學電源的電化學性能及應用場景，掌握化學電源所用的材料體系。在能力目標層面，學生應當具備分析解決化學電源發展所面臨基本工程問題的能力，能熟練運用基本理論，開展化學電源關鍵材料設計與器件優化相關的研究工作。在更為高階的素質目標層面，通過課程教學培養學生的溝通交流素質、團隊合作精神，使學生善于利用網絡信息手段拓寬知識面，樹立專業自信，激發自主學習和終身學習意識，厚植助力國家科技自立自強的理念。

二、課程實施產教融合教學改革的必要性

要清晰分析產教融合教學改革的必要性，首先需要明確的是，“化學電源基礎與應用”課程的最終目標是依據國民經濟建設和行業發展需要，培養出能夠掌握新能源領域基本理論、基礎知識和實驗技術，具有創新精神和綜合實踐能力的高素質應用型人才［2］。

高校與科研院所等培養的人才，最終要走向產業并為產業發展做貢獻。在明確了課程培養目標后，需要分析當今新能源產業發展現況。新能源產業近年來發展迅猛，特別是在當前知識經濟與數字經濟的特殊時代背景下，新材料與新器件的迭代速度之快，給我們的高等教育敲響了警鐘。作為高校一線教師，我們應當深刻思考：我們的教育是否緊密追蹤社會及產業的變化？是否能夠通過大學教育做到引領社會發展、培養出具有超前思維和技術的科技型、創新型人才？大學的基礎教育是否跟得上產業的新變化？在當前背景下，我們需要發自內心地認識到：我們的教育絕不能是高校“一頭熱”的局面，不能讓企業的發展與人才的培養脫節，只有通過堅定而有效的教學改革來深化產教融合，才能從根本上破解人才培養與產業需求“兩張皮”的難題［3-4］。

因此，為了更好地提升“化學電源基礎與應用”課程的教學質量，我們將產教融合理念與BOPPPS教學模式相融合，對教學過程全環節進行了優化設計，堅持一切教學活動都是以學生的學為主，切實做到以學生發展為中心，培養能夠適應并引領儲能產業發展的科技型人才。

三、BOPPPS教學模式簡介

BOPPPS教學模型最初是應用在北美高校教師技能培訓，目前已被國內高校廣泛采納。BOPPPS教學模式是一種強調學生參與和反饋的閉環教學過程模式，它將課堂教學過程劃分為“導入（bridge-in）、目標（objective）、前測（pre-assessment）、參與式學習（participatory learning）、后測（post-assessment）和總結（summary）”六個階段（圖1），其特點是以教育目標為導向、以學生為中心，其核心目標在于引領學生最大限度地汲取知識、全方位參與學習［5-6］。BOPPPS教學模式充分發揮學生主體地位，符合新課程改革中所提倡的以學生發展為中心的教學理念。

四、產教融合的BOPPPS教學模式在“化學電源基礎與應用”課程中的教學實踐

（一）學情分析

在多年的教學中，總結發現課程教學中存在的有利學情主要有以下幾點：學生基礎較好；在當前國家大力發展新能源的背景下，學生具有較強的專業認同感；學生參加創新創業項目及學生競賽非常積極。不利學情主要體現在以下方面：學生會做題，但是思考問題深度不夠，難以運用所學知識去分析具體的產業化問題；工業設計意識淡薄；部分學生主動學習意識不強，依然依賴教師的教，對知識的學習仍然處于被動；運用現代化信息手段進行知識拓展意識不強。

在充分了解學生學情后，基于“教師為主導、學生為主體”的教學原則以及BOPPPS教學模式，提出如圖2所示產教融合理念下的“化學電源基礎與應用”教學設計。

（二）課前教學準備

傳統的課前準備一般只由教師單方面完成，學生基本不參與課前環節，教師與學生間并無課前溝通環節。這樣所帶來的問題就是，教師“一頭忙”，較多的精力與時間花在知識本身上，并未將知識與學生聯系在一起，從源頭上就難以達成“以學生為中心”的目標。因此，采用BOPPPS模式進行教學改革，可以在以下三個方面實施。

1.導入。在課程開始前，利用問題或者實際案例，吸引學生的注意力，激發學生學習興趣［7］。例如，在學習鋰離子電池這一章節時，可以先通過向學生介紹學院所擁有的先進電池材料研發中心這一平臺，向學生提問：“同學們知道我們日常生活中哪些方面使用的是鋰離子電池嗎？”“同學們，如果你們要買電動車，關于電動車的車載電源，你們會優先考慮鉛酸電池還是鋰離子電池呢？”這一方面可以利用鋰離子電池廣泛的應用場景，讓學生從日常生活中找到答案，使其快速融入課堂，另一方面可利用上述問題，將先導知識與本課程學習內容建立起聯系。此外，還可無形中對學生進行熱愛學科、熱愛學院的情感教育。

2.目標。教學目標的設定與具體化是讓學生了解課程教學重點的關鍵，在知識、能力、素質三個層面向學生提出直接而明確的教學要求與教學目標，也是課程培養目標達成的關鍵［8］。例如，在一次電池這一章節中，可以把三大目標細化為具體而易理解的學習目標，如：①能夠全面分析出一次電池構成的基本要素；②根據特定的化學反應方程式，能夠設計出一款一次電池器件，并對其放電原理進行闡述；③能夠增強科技自立自強的使命感與責任感。

3.前測。在課堂教學開始前，對學生進行學情了解，可以采用問卷調查的形式，以線上或者線下的形式靈活展開，盡可能全面地了解學生學習前的知識儲備及存在的問題，對課程教學內容及進度進行針對性的修改及優化，以更好地達成教學目標。

（三）參與式教學

參與式教學過程是BOPPPS教學模式實施的核心及關鍵，在這里需要針對不同的教學內容、所要解決的不同屬性的問題，靈活運用各種教學手段，以更好地讓學生參與到課程教學過程中。關于參與式學習，以鉛酸電池為例進行了教學設計，如表1所示。

1.教師精講。對于需要學生重點理解與掌握的內容，需要教師先進行問題預設，吸引學生注意，提高學習興趣，再結合案例、圖片或者前修知識進行講解，并適時與學生互動。此時，教師應當實時地觀察學生的表情狀態，以對教學進度進行調整，讓學生更好、更全面地掌握教學內容。因為每位學生的接受能力、前修基礎不可避免地存在差異，因此，在已經對學生進行了前測并了解基本情況的前提下，根據課堂實際情況進行知識講解進度的調節，應當更加自如。在教師精講環節后，要留給學生足夠多的時間去吸收，如引入一些案例或者習題，隨堂進行師生互動，這一方面可了解學生對知識點的掌握情況，另一方面可對教學秩序進行把控，讓學生更好地沉浸在學習環境中，過于松懈的課堂管理對于學生的學及教師的教都是不利的。

2.學生獨學。結合多年教學經驗及前測結果，對于難度較低的知識點，可以采用學生自己獨立學習的方式完成。為了讓學生更好、更高效、更有目的性地自學，教師可以根據自學內容預設題目，鼓勵學生帶著問題去開展自學活動。也可向學生提供提綱，要求學生根據提綱進行知識的歸納總結，或者是構建思維導圖，讓學生形成知識點間相互聯系的空間感，提升學生對知識的整體認知與理解。

3.分組合作學習。在本門課程中，對于需要學生利用已學知識進行知識拓展或者實例分析的教學內容，鼓勵學生以小組形式合作完成。例如，在鉛酸電池這一章的教學中，在已經學習掌握了鉛酸電池的基本構成及工作原理之后，需要學生去分析：鉛酸電池工作過程中，有哪些因素會造成電池失效？為什么會造成電池失效？你能否提出解決方案或思路？在鋰離子電池一章的教學中，在學生已經掌握了鋰離子電池組成、工作原理及關鍵材料的基礎上，可以邀請企業專家為學生介紹當前鋰離子電池發展態勢及該行業亟須解決的關鍵技術問題，可以讓學生基于已學知識，從產業發展的角度對該領域展開思考，激發學生投身科研、投身科技創新的興趣及志向。因此，在產教融合的背景下，利用課堂教學媒介，即使教學過程仍然在教室，我們也能充分發揮高校與產業的雙主導作用。在針對特定主題的小組研討過程中，提升了學生學習的積極性，也讓學生明白只有牢固掌握基礎知識，才能更好地推動企業發展、行業發展與社會進步。同時，也幫助學生將基礎知識與產業發展聯系在一起，幫助學生樹立投身產業的信心及信念。

4.教師總結。在師生互動、生生互動與小組匯報中，教師需要為學生提供獨立思考、提出解決問題方案的時間與機會，同時需要對學生進行正向引導以及及時糾正與總結。

（四）后測

教師圍繞教學目標進行考核題目設計，不僅能夠檢驗學生的學習效果，更能從側面反映教師的教學目標達成情況，便于教師進行教學反思。為實現對學生全過程評價的目標，“化學電源基礎與應用”課程采用40%過程成績（考勤、課堂表現、課后作業、小組匯報）+60%期末考試，經加權后作為課程成績的評價方式，具體包括：考勤5%、課堂表現5%、課后作業15%、小組匯報15%、期末考試60%。而在學生評價中，也會吸納企業專家的評價意見，對學生形成全面評價。

結語

“化學電源基礎與應用”是新能源材料與器件專業的核心專業課，在產教融合背景下，對該課程進行教育教學改革，對于人才培養、教師教學理念的發展都是有利的。堅持“以學生發展為中心”的教育理念，將產教融合理念與BOPPPS教學模式結合起來，對課程教學內容進行優化、更新，將專業知識點關系、地位、作用納入新能源產業發展的新環境、新背景中開展教學工作，對學生因材施教，是破解新能源專業人才培養與產業高速發展失衡的關鍵，也只有這樣才能夠實現校企間的雙向奔赴，讓產教融合在高校教育中大放異彩。

參考文獻

［1］田園園，高芳，金巍，等.“雙碳”目標下新能源材料與器件專業項目式教學模式的創新與實踐［J］.科教導刊，2023（35）：62-65.

［2］韓廣，王國玉，曹麗轉，等.新能源材料本科教學課程思政探索與實踐［J］.高教學刊，2023，9（29）：69-72.

［3］鄧潔薇，梁曉萍.雨課堂和BOPPPS教學模式課程改革探索與實踐：以“環境保護概論”課程為例［J］.教育教學論壇，2024（8）：110-113.

［4］陳昊，李鈺，耿莉敏，等.基于“學科—科教—產教”多維融合的能源動力拔尖創新人才培養模式探索與實踐［J］.高教學刊，2024，10（11）：58-61.

［5］徐妙，童銳，李建.BOPPPS教學模式在新能源材料與器件教學中的應用與實踐［J］.中國教育技術裝備，2024（7）：79-82.

［6］俞娟，趙俊楷，袁艷，等.BOPPPS模型在化學電源課程教學中的應用［J］.中國冶金教育，2022（3）：1-3.

［7］龔樹鳳，吳哲夫，周守利.基于OBE理念和BOPPPS模型的混合式教學實踐研究：以可編程邏輯器件及應用課程為例［J］.中國現代教育裝備，2024（5）：102-105.

［8］李爽，付麗.國內高校BOPPPS教學模式發展研究綜述［J］.林區教學，2020（2）：19-22.

Exploration and Practice of the BOPPPS Teaching Mode for New Energy Materials and Devices under the Background of Industry Education Integration： Taking Fundamentals and Applications of Electrochemical Power Sources as an Example

TANG Jing-jing， YANG Juan， ZHOU Xiang-yang

（School of Metallurgy and Environment， Central South University， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract： The Fundamentals and Applications of Chemical Power Supply is a core backbone course of the New Energy Materials and Devices major at Central South University. It is an applied course with battery basic theory as the core and solving practical problems as the ultimate goal. In the current rapidly developing market context of the new energy industry， the integration of industry and education is deeply applied in curriculum teaching， which has a profound impact on the cultivation of talents in the field of new energy materials and devices and social development. This article closely combines the concept of integrating industry and education with the BOPPPS teaching mode， carefully designs teaching content and process， optimizes assessment and evaluation system， improves the teaching effectiveness of this course and effectively achieves teaching objectives， demonstrating a significantly better teaching effect than traditional teaching modes.

Key words： Fundamentals and Applications of Chemical Power Sources; integration of industry and education; BOPPPS teaching mode; teaching reform; talent training