新工科背景下化學電源課程教學改革探索

摘"要：新工科背景下，化學電源作為新能源材料與器件專業(yè)的核心基礎課程，立足于滿足新能源、新能源汽車和新材料等行業(yè)與社會需求，培養(yǎng)高素質(zhì)應用研究復合型人才。結(jié)合昆明理工大學新能源材料與器件專業(yè)特色和化學電源課程教學經(jīng)驗，針對教學實踐中存在的真實問題，在教學內(nèi)容、教學方法、教學模式、學生培養(yǎng)形式和評教方式等方面進行改革。借助化學電源課程教育改革創(chuàng)新，不僅在教學實踐和學生培養(yǎng)上成效顯著，也實現(xiàn)“以點帶面”“點面結(jié)合”的量變效果，促使新能源材料與器件在一流專業(yè)建設上取得更好的發(fā)展。

關鍵詞：化學電源;新工科;課程教學;教學改革與創(chuàng)新;探索

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）03-0142-04

Abstract：Owningtothedevelopmentrequirementofnewenergy，newenergyvehiclesandnewmaterialsforindustriesandsocietyandtraininghigh-qualityapplied-researchinter-disciplinarytalents，ChemicalPowerSourceisanimportantprofessionalcourseofnewenergymaterialsanddevicesmajorunderthebackgroundofnewtechnology.BasedontheprofessionalcharacteristicsofnewenergymaterialsanddevicesinKunmingUniversityofScienceandTechnologyandtheteachingexperienceofChemicalPowerSource，theteachingcontent，teachingmethod，teachingmode，studenttrainingformandevaluationmethodwerereformedinviewoftherealproblemsexistingincurrentteachingpractice.Withthecurriculumeducationreformandinnovationofchemicalpowersource，wenotonlylookforwardtoachievingsignificantresultsinteachingpracticeandstudenttraining，butalsotoachievethe\"pointtoarea\"quantitativeeffectandpromotethebetterdevelopmentofnewenergymaterialsanddevicesmajorinfirst-classprofessionalconstruction.

Keywords：ChemicalPowerSource;emergingengineering;courseteaching;teachingreformandinnovation;exploration

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高瞻遠矚，面對能源供應格局變化，提出了“能源革命”的戰(zhàn)略思想，我國能源結(jié)構(gòu)逐漸由傳統(tǒng)能源向新能源轉(zhuǎn)型。以國家政策和社會、企業(yè)需求為導向，新能源材料與器件專業(yè)應運而生，為我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的力量。同時，為深化我國工程教育改革，促進創(chuàng)新發(fā)展，2012年2月教育部發(fā)布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，提出開展“新工科”的工程教育改革工作[1-2]。盡管有政策導向的支持和新工科建設的不斷深化、拓展和突破，目前高校學生培養(yǎng)工作仍面臨很多問題，其根本原因主要是培養(yǎng)目標不明確和培養(yǎng)形式單一化。人才的培養(yǎng)與社會、企業(yè)需求嚴重脫節(jié)，導致學生畢業(yè)后很難適應實際工作需求[3-4]。

基于上述背景，2018年教育部高教司發(fā)布《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》（即“新時代高教40條”），意見中對人才培養(yǎng)目標及原則、思政育人、深化教學改革、提高教師教學能力和協(xié)同育人等方面做出了明確要求[5-6]。為了更深入地探討新形勢下新能源特色專業(yè)人才培養(yǎng)這一教學問題，昆明理工大學冶金與能源工程學院新能源材料與器件專業(yè)（以下簡稱“本專業(yè)”）從眾多必修專業(yè)課程中選取化學電源課程為試點。以國家發(fā)展戰(zhàn)略和社會企業(yè)需求為導向，以打造面向未來、緊跟需求導向、定位一流水準為目標，著力培養(yǎng)具有良好的人文素養(yǎng)，富有創(chuàng)新能力、愛國和工匠精神、社會責任感，系統(tǒng)掌握能源轉(zhuǎn)換與存儲材料及器件設計與制造工藝、測試技術與質(zhì)量評價等方面的專業(yè)基本理論與基本技能的應用研究型人才。因此，在新工科背景和新時代高教40條指導下，化學電源課程教學改革緊跟國內(nèi)外科技前沿，將相關科技前沿、基礎知識和工程實際應用引入教學課堂。

一"化學電源課程特點及教學改革的意義

（一）"化學電源課程簡介

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，儲能材料和器件與我們的生活聯(lián)系越來越緊密，化學電源作為新能源材料與器件專業(yè)核心基礎課程之一，為材料科學與基礎、物理化學、無機化學和電化學等基礎課程提供實踐教學方面的支撐，也能夠培養(yǎng)學生良好分析問題和解決問題的能力、提高學生研究新能源材料和開發(fā)新型儲能器件的能力[7-9]?；瘜W電源是一門通識課，48學時，主要介紹各類化學電源的組成、工作原理、材料發(fā)展及應用領域，其內(nèi)容涵蓋化學電源的定義、組成、基本概念、性能參數(shù)和發(fā)展簡史、各類儲能器件（鋅電池、鎳氫電池、鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和燃料電池）的基本原理、關鍵部件和應用領域等。該課程為新能源材料與器件的技術開發(fā)、科學研究、實際生產(chǎn)提供重要的專業(yè)理論基礎知識。因此，該課程具有較強的學科交叉性、基礎前瞻性、工程實踐性，在新能源材料與器件專業(yè)課程體系中起著至關重要的作用[10-12]。

（二）"化學電源課程教學改革的意義

傳統(tǒng)工科對新能源類專業(yè)基礎課程教學的需求已經(jīng)固化，而隨著新能源領域日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)很難滿足人才培養(yǎng)的需求。我們應該明白，一方面，新工科建設應該立足國家戰(zhàn)略、技術前沿和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培育一批新型的專業(yè)課程;另一方面，新工科建設也要著眼于老工科專業(yè)，改革其教學體系、教學內(nèi)容和教學模式，適應時代發(fā)展。以化學電源課程為代表的新能源類專業(yè)傳統(tǒng)基礎課程也亟需開展深入改革，以適應國家發(fā)展和企業(yè)對人才培養(yǎng)的需要。例如教學模式的建立上，應將原有的單純理論教學轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄碚?科研+競賽+實踐”的育人模式;在教學內(nèi)容方面，應注重世界前沿動態(tài)發(fā)展和儲能器件社會應用實際，適應社會發(fā)展主流;在學生培養(yǎng)方面，注重理論知識的應用能力和解決實際問題的能力，培養(yǎng)他們的科技創(chuàng)新思維。在新能源政策和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的大背景下，正因為社會需求的轉(zhuǎn)變，化學電源課程的教學模式改革就顯得尤其迫切和重要。以學生為中心，以高階能力培養(yǎng)為目標，本專業(yè)對化學電源課程進行重建和大膽改革，在具體實踐中堅持科教、產(chǎn)教融合發(fā)展，結(jié)合預設教學目標、學科特點、學生認知規(guī)律及教學方式，繼續(xù)深化教育教學改革。通過優(yōu)化人才培養(yǎng)方案、重構(gòu)課程教學體系的方式，將國家方針政策融入課程思政、推進科教-產(chǎn)教融合、強化實踐教學、提升教師職業(yè)素養(yǎng)、加強課程內(nèi)涵建設。

二"化學電源課程教學改革舉措

（一）"以實際問題為導向，引導學生去思考問題，培養(yǎng)其分析和解決問題的能力

以往的化學電源專業(yè)課程教學模式是教師將課程內(nèi)容傳授給學生，并講解其基本原理。在這一模式下，教師過分強調(diào)自身對課堂的主導作用，單純的教學內(nèi)容、教學方式不足以調(diào)動學生的積極性，導致教學質(zhì)量低、學生動手和動腦能力差。雖然作為教師，都知道“授人以魚，不如授人以漁”的道理，但這不僅需要教師整體素質(zhì)的提升，也需要正確引導學生積極思考。

為此，在新工科專業(yè)建設要求的指導下，我們進行了課程教學方式的改革。首先，我們對化學電源課程的教學目標進行了重新定位。不同于傳統(tǒng)的專業(yè)基礎課，化學電源課程教學內(nèi)容既承接了專業(yè)基礎課程（如物理化學、電化學等）的理論教學，也與實際應用場景、社會開發(fā)需求對接。因此，在教學目標上就應該讓學生充分理解化學儲能器件的基本工作原理和其中的內(nèi)在知識，也應掌握材料和器件在實際產(chǎn)業(yè)化和應用中的制造流程、應用場景與面臨的挑戰(zhàn)。其次，在課堂教學方式上，以生活中或者科研中的實際事例為切入點，逐步將一些理論化的碎片知識引入其中。而后，以實際問題為導向，多去向?qū)W生問為什么，多引導他們思考。最后，通過將問題一步步拆解，并逐項作答的方式，最終回答提出的問題，培養(yǎng)他們分析和解決問題的能力。比如在對課程緒論部分進行講解時，從“日常生活中哪些地方應用到鋰離子電池？”提出問題，讓同學們思考并作答，引導學生去考慮為什么要發(fā)展鋰離子電池以及發(fā)展鋰離子電池的意義。讓同學們思考“如何實現(xiàn)生態(tài)保護和經(jīng)濟發(fā)展的平衡呢？”講述只有開源和節(jié)流相結(jié)合才能實現(xiàn)。所謂開源也就是開發(fā)利用風能、太陽能等清潔能源，所謂節(jié)流也就是將低谷電在用電低峰的時候通過新能源汽車和智能電網(wǎng)等手段儲存起來，在高峰的時候再放釋放出去。能源無論是從時間上移動還是空間上移動，都需要儲能電池作為載體。因此，高能量密度、高安全性、高循環(huán)壽命以及低成本的儲能電池是新能源和新能源汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。而在現(xiàn)有的二次電池中鋰離子電池的性能最好，所以必須大力發(fā)展。

（二）"構(gòu)建混合式教學模式，增加個性化教學形式、豐富教學內(nèi)容、深化學生能力培養(yǎng)

新工科建設要求課程體系強調(diào)實踐，強調(diào)所學有所用，鼓勵學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，使畢業(yè)生能到新興產(chǎn)業(yè)就業(yè)創(chuàng)業(yè)。但傳統(tǒng)的化學電源課堂教學模式和灌輸式教育方式單一、科學前沿和工程化應用教學不足，不應只注重教學形式的“新”，更應注重內(nèi)容上的“新”，現(xiàn)在化學電源的種類和更新性較強，如不注重內(nèi)容的更新，則會和前沿科學研究產(chǎn)生脫節(jié)，這些教學模式都無法達成相關課程目標。此外，課程涉及較多的化學電源儲能器件，有些內(nèi)容枯燥、零散，傳統(tǒng)的教學模式無法調(diào)動學生學習積極性。加之2020年到2023年的新冠病毒感染疫情也對本專業(yè)課程的教學提出了更多的挑戰(zhàn)。

基于上述背景和現(xiàn)實，我們對化學電源課程教學模式和教學內(nèi)容進行了系統(tǒng)規(guī)劃和升級。根據(jù)對新能源材料與器件專業(yè)畢業(yè)生的要求，為了解決在學時緊張和工程化應用教學的不足，充分調(diào)動學生學習積極性，營造豐富、個性化的課堂氛圍，同時兼顧學生動手能力的培養(yǎng)，真正讓學生以理論聯(lián)系實踐。我們從2020年開始，果斷實行線上線下“混合式+現(xiàn)場實踐教學”，其中將部分理論知識和工程化應用的內(nèi)容轉(zhuǎn)移至線上，構(gòu)建起信息化融入課堂的混合式教學模式。這樣既可以把更多的時間還給學生，調(diào)動學生學習興趣，也可以縮短學生前往企業(yè)的時間，通過遠程的線上視頻授課就可以了解工程化應用情況。

在課程教研團隊對線上-線下互動式教學理論和實踐應用的不懈探索下，我們總結(jié)出以下結(jié)論：①對于理論性較強的電極材料反應機制分析等抽象和難懂的知識點更適合采取線下授課的方式，一步步引導學生思考推導，而不適合采用線上教學的方式進行。②對于一些國家政策、行業(yè)領域發(fā)展形式、材料與器件發(fā)展歷史等則更適合采用線上視頻、互動、問答等形式，充分調(diào)動學生興趣。③對于工業(yè)化實際生產(chǎn)過程則根據(jù)實際情況采用線上+線下的混合模式進行，一方面對于生產(chǎn)實際過程中涉及的專業(yè)知識和詳細生產(chǎn)工藝的解讀，我們也邀請企業(yè)工程師以線上視頻授課的形式，向?qū)W生講解;另一方面，對于設備工藝的使用和材料與器件的制備過程，我們以材料實地參觀的方式，讓學生親臨其境地感受一塊電池的生產(chǎn)流程。

在線上授課過程中，我們充分利用微信、雨課堂教學軟件，在本堂課開始前一天將教學資源和學習任務推送給學生預習。在授課中，借助雨課堂實時互動，將碎片化的知識點傳授給學生，通過互動問答的方式，充分調(diào)動學生積極性。授課后，借助教學日志分析學生本堂課的精準教學數(shù)據(jù)，對課堂互動情況進行分析總結(jié)。此外，在每一章的學習過程中，我們通過對學生進行分組學習、分組討論和自主授課的學習模式，讓學生以小組為單位總結(jié)本章要點，并以授課的形式，讓學生當老師為大家講解，幫助他們深化學習的內(nèi)容，真正做到學以致用。

線上+線下的混合式教學模式充分將網(wǎng)絡化學習的優(yōu)勢和傳統(tǒng)互動式學習的優(yōu)勢充分結(jié)合，既可以發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，又可以在教學中充分調(diào)動學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性[13-14]。

（三）"牢記以學生為中心的教育理念，培養(yǎng)學生學習興趣和創(chuàng)造熱情

以往新能源材料與器件專業(yè)課程普遍存在重理論、輕實踐的問題，知識與工程實際應用的結(jié)合度不高，這容易造成學生所學知識不知道如何應用，培養(yǎng)的學生動手能力差、創(chuàng)新性不足。此外，教材和授課內(nèi)容的選取，仍局限于單一教材，其內(nèi)容與授課學時嚴格掛鉤，在一定程度上也扼殺了教師授課的主觀能動性。

新工科專業(yè)建設對人才培養(yǎng)提出了更高的要求，要讓學生全方面發(fā)展，不但要轉(zhuǎn)變和提升教師的授課思想，也要加強學生實踐能力。首先，針對授課教師，我們要轉(zhuǎn)變原先以教為主的育人理念，以學生發(fā)展作為教師的工作目標，努力培養(yǎng)學生對本專業(yè)和相關專業(yè)課程的學習興趣，構(gòu)建學生對本領域的創(chuàng)造熱情。此外，我們授課教師也要去企業(yè)，實地學習、調(diào)研，充分了解和認識材料制備和器件組裝的各工藝流程，這樣才能將實際應用融入基本理論知識當中。其次，針對學生教育，我們提出個性化、差異化的培養(yǎng)模式，在學術科研和工程制造領域進行雙向培養(yǎng)。在學術科研方面，推行本科生導師制，學生在大二學習完基礎課程后便跟隨導師進入相關科研團隊，在團隊教師指導下，參與相關教學科研任務，構(gòu)建學生科研興趣和前沿領域創(chuàng)造熱情。在工程制造方面，重視學生實踐經(jīng)驗的培養(yǎng)，在課程中開展基礎教學和工程認識教學，通過參觀相關企業(yè)、研究平臺、參加工程培訓等手段，有效提升學生對課程理念認識和工程實踐能力，實現(xiàn)基礎課程知識的有效應用，保障教學質(zhì)量。鼓勵學生在實踐過程中，時刻保持一顆求解的心，帶著問題去學習，在實踐中出真知。最后，我們也提出“以學促賽，以賽固學”的教學理念，積極引導學生從科研和工程化實踐中學有所用，提升自身科技創(chuàng)新思維和能力?；瘜W電源課程的教師也兼顧學生們的科研導師，每學期都會指導學生參加學校和省級科技競賽，優(yōu)秀的學生還會被推薦參加國家級競賽，這極大地激發(fā)了學生的創(chuàng)作熱情和提升了創(chuàng)新思維。

（四）"建立多元化考核評價體系和評教制度

化學電源課程與傳統(tǒng)的專業(yè)核心課程一樣仍存在考核方式落后的現(xiàn)象，專業(yè)課往往很少有課外作業(yè)，教師布置的課外閱讀材料不能量化每位同學的閱讀效果。學生的成績通常由出勤情況和課程結(jié)束后的一次考試決定，學生掌握的深度和全面性不足。因此，基于新工科建設要求，我們對化學電源課程的考核方式進行了改革，弱化了期末考試的決定性，建立了多元化的考核評價體系，改為隨堂互動考核、課后作業(yè)考核、結(jié)課終結(jié)性考核和實踐性考核四種固定考核手段。其中，隨堂互動考核占總成績的25%，課后作業(yè)考核占20%，結(jié)課終結(jié)性考核占40%，實踐性考核占15%。此外，針對學生投入課程設計過程中參與科研活動、比賽等獲得的科研成果和獎勵，還添加了課外科研獎勵性成績，對動手能力強、創(chuàng)新思維突出、有一定科研成績的學生予以額外的加分。借助這些考核手段綜合評定學生學習過程和綜合能力。

此外，新工科背景下的人才培養(yǎng)模式對教師教學提出了更高的要求，也促使教師對自己的教學模式進行分析和反思。課程教研團隊通過對“以學論教，以評促學”評價體系的探索，逐漸形成了具有課程和專業(yè)特色的評教體系。教學評價方面，注重多元主體參與，將教學過程和教學結(jié)果相結(jié)合，強調(diào)與重視學生發(fā)展?jié)撃埽⒋龠M學生全面發(fā)展的評價體系。在課程教學實踐中，不僅可以促進教師教學觀念、教學方法的轉(zhuǎn)變，提升課堂教學的實效性，也可以充分開發(fā)學生興趣和潛力。為提升教師教學科研能力，讓授課教師積極參與課程標準編制，充分認識課程對學生培養(yǎng)能力的要求。在評教形式上開展教師自評、互評、教學名師評價、學院領導評課和學生評課等多元化的評價形式，站在不同角度，發(fā)揮不同的教學評價功能，督促教師不斷學習改進教學方式。

三"結(jié)束語

新工科建設對新興的新能源材料與器件專業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。傳統(tǒng)課程教學體系在新時代背景下很難得到突破，導致人才培養(yǎng)模式與社會需求脫節(jié)，亟需進行創(chuàng)新性教學改革。本文從新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求導入，以學生為中心，針對課程改革創(chuàng)新過程中具體的教學環(huán)節(jié)進行探索、重建課程教學體系、完善課程評教制度。通過以問題為導向的授課思路、線上-線下混合式互動教學模式、個性化研究和工程培養(yǎng)形式和多元化的評教制度，構(gòu)建起創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式，以此激發(fā)學生興趣，調(diào)動他們的積極性，為社會培養(yǎng)更多復合型高素質(zhì)人才，為推動新能源材料與器件專業(yè)建設和新工科教育改革工作發(fā)展做出貢獻。

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基金項目：2020年教育部新工科專業(yè)改革類項目“面向全球產(chǎn)能合作和新工科背景下冶金工程傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級的探索與實踐”（E_CL_20201936）;2016年昆明理工大學高校本科專業(yè)建設項目“新能源材料與器件專業(yè)建設探索與研究”（130210968414）;2020年昆明理工大學一流課程建設項目“《化學電源》一流本科課程教學改革與研究”（1096220200154）

第一作者簡介：張克宇（1989-），男，漢族，河北保定人，工學博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為高能量電池材料與器件。

*通信作者：姚耀春（1977-），男，漢族，山西運城人，工學博士，教授，博士研究生導師。研究方向為新能源材料與器件的開發(fā)。