化學電源課程培養學生創新的教學改革

摘要：文章以貴州理工學院為例，首先分析了化學電源技術課程教學現狀，然后論述了基于學生創新能力培養的化學電源技術課程教學改革路徑，包括理論教學和實踐教學深度融合；創新教學內容、方法和手段；融合思政元素；等等。

關鍵詞：化學電源技術課程教學；創新能力；思政元素

黨的二十大報告指出，教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐，必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力[1]。高校肩負著為祖國科技發展培養具有創新性的高素質人才的重要責任和使命，因此很多高校教師都在積極探索如何培養具有創新能力的專業人才。比如，張震等[2]通過對創新培養體系、拓展育人模式、完善實踐教學體系、建立開放實驗室機制四個方面進行探索實踐，期望提升學生的創新能力。王李昌等[3]分析了在土木工程研究生培養中學生創新能力存在的問題，并針對這些問題提出了一定的解決措施。齊書宇[4]探究了地方高?？萍紕撔履芰υu價體系構建，建立了分層分類的地方高?？萍紕撔略u價體系。并指出要激發地方高?？萍紕撔禄盍?，服務地方區域經濟社會發展。袁翔等[5]探討了以科技競賽為載體推動理工科研究生創新能力培養的路徑。牛秋林[6]提出要以培育學生為中心營造科技創新文化氛圍，從頂層設計入手構建創新人才培養體系。鑒于目前全球常規能源面臨的問題，新能源產業的迅速崛起急需相應的人才儲備?！秶鴦赵宏P于支持貴州在新時代西部大開發上闖新路的意見》提出要“積極推進低碳循環發展。加快推動煤炭清潔高效利用，積極發展新能源，擴大新能源在交通運輸、數據中心等領域的應用?！盵7]作為貴州省地方應用型本科院校，貴州理工學院（以下簡稱“我?！保┗瘜W工程學院新能源科學與工程專業為貴州省新能源的發展提供人才儲備責無旁貸。而化學電源技術課程作為該專業的核心課程，理論和實踐聯系相當緊密，對該課程的教學改革進行探索，有利于培養創新型高素質的新能源人才。該課程要求學生具有扎實的化學基礎知識和新能源專業知識，以及工程師的思維和創新能力。但由于學生的化學基礎知識和專業知識相對薄弱，加之查閱和閱讀文獻的能力明顯不足，且自學能力欠佳，導致在化學電源技術課堂教學環節和實驗實操環節，學生積極性不高，提問互動環節甚至會出現“鴉雀無聲”的尷尬局面，從而導致教師無法在第一時間掌握學生的學習情況，更無法培養其創新能力。另外，化學電源技術課程前沿性強、內容多、課時少（32學時），故如何在教學中激發學生的學習興趣，提升學生的自學意識，從而培養學生的創新能力是值得深思的?；诖?，本文擬以我校為例，通過分析化學電源技術課程教學現狀，對基于學生創新能力培養的化學電源技術課程教學改革路徑加以論述。

一、化學電源技術課程教學現狀

（一）理論教學與實踐教學結合不緊密

我校在大三上學期開設了儲能原理與技術課程，通過對該門課程的學習，學生已經具備了一定的化學電源專業基礎知識，對化學電源的原理、結構及其材料有了一定的掌握，因此在大三下學期開展化學電源技術這門課程教學是有必要的?；瘜W電源技術課堂教學側重于化學電源材料的制備方法、器件的設計及安全性測試技術等內容的講授。但我校新能源科學與工程專業的實驗課程相對較少，針對化學電源的實驗課程僅在大三上學期設置了新能源專題實驗，其主要內容包括鋰離子電池正極材料的制備（重點為三元材料和磷酸鐵鋰）及扣式和軟包電池的組裝等。而在開設化學電源技術課程的學期并沒有開展相應的配套實驗。因此學生對于電化學器件的設計、組裝及安全性能測試的理解僅限于課堂理論，這就讓學生在整個學習過程中感覺枯燥無味。因此，在進行化學電源技術理論教學的同時，應該配備相應的實驗實訓課程，以此做到理實結合，用理論指導實踐、實踐反哺理論，從而提高教學質量，并培養學生的創新思維和解決問題的能力。

（二）教學方法單一

化學電源技術涉及的化學電源種類較多，很多知識更新較快。針對這門課程，我校主要采取以教師授課為主的方式。在一些前沿性知識講解的過程中，往往存在講解形式過于單一、不夠形象的問題，這會導致學生對課堂教學缺乏興趣，從而降低學生對科學知識探索的興趣，更難以培養他們的創新能力。比如，在講解電池的基本結構時，教師基本都是采用多媒體呈現圖片的形式，沒有基于實物對結構進行解剖，大都需要靠學生自己想象，這不利于學生學習。

（三）思政融合不夠

對于人才的培養，不僅需要其具備過硬的專業知識和技能，還需要具有正確的世界觀、人生觀、價值觀，因此課程思政很重要。目前，就我?；瘜W電源技術這門課程來講，由于課程內容繁重，課時又少，因此課堂思政在課程設計上較少有體現。這不利于培養具有良好的思想道德品質，又具有創新能力的能源人才。因此，如何將思政與專業知識深度融合，在不知不覺中起到思想育人的作用，同時又不影響課程進度，是教師應該認真思考的。

（四）考核評價方式有待改進

目前，我?；瘜W電源技術課程的考核主要以期末閉卷考試成績為主、平時成績為輔。其中，平時成績包括作業、課堂紀律、考勤及讀書報告。平時成績的結構看似有利于提高學生的自主學習能力，其實對于我校的大部分學生來說，這些平時作業聊勝于無。以讀書報告為例，雖然在課程一開始就說明了對讀書報告的要求，但是學生往往會在臨近期限時，從網絡上進行復制粘貼，其質量較低。另外，大部分學生為了應付期末閉卷考試，會臨時抱佛腳，死記硬背，這不利于學生對專業知識的掌握。因此教師有必要認真思考如何改進目前的考核評價方式，從真正意義上提升學生自主學習的興趣，從而培養學生的創新能力。

（五）學生自學意識有待提升目前，我國的高等教育已從精英教育向大眾化教育轉變。我校作為地方應用型本科院校，招收的大部分學生都是屬于高考中處于低分段的學生[8]。相較于其他高校的學生，這部分學生的學習能力、自我控制力及化學基礎知識都較為欠缺。對于化學電源技術這種專業性較強的學科，就需要授課教師采取一定的方式和手段激發學生對專業學習的熱情，從而增強其自主學習動力。有了動力，學生才會積極主動地進行查漏補缺，鉆研學科知識，從而逐漸形成創新思維，成為新能源行業需要的“工程師”。

二、基于學生創新能力培養的化學電源技術課程教學改革路徑

為培養我校新能源科學與工程專業學生的創新能力，需要針對以上提出的問題，對化學電源技術課程進行一定的改革和探索?，F將該門課程的改革路徑進行簡要的陳述，同時在之后的教學過程中，教師要不斷反思，根據實際情況進行不斷的調整。

（一）理論教學和實踐教學深度融合

教師應針對化學電源技術課程的理論教學，配置相應的課帶實驗，讓學生在課堂學習之后，立即到實驗室進行相應的操作，這樣可以加深學生對知識的掌握程度，更能培養其動手能力和創新能力。另外，學生還應將其與后面的課程設計及畢業設計緊密聯系，將所學理論知識用來指導相應的課程設計和畢業設計，以此加深和鞏固對理論的掌握，并培養解決問題的能力，從而培養創新能力。對于新能源科學與工程專業，除了少部分學生進入研究生階段繼續學習，大部分的學生畢業后進入新能源企業工作。因此，在化學電源技術課程教學過程中，教師要適當引入工程案例，且要與當地的部分新能源企業進行合作，在實習和科研方面共同指導學生。同時，可以將這些企業中工作經驗豐富的工程師，采取線上的方式引入理論教學課堂。比如，在講解鋰離子電池制備工藝時，可以通過線上的方式讓工程師講解他們在生產過程中的一整套流程及其注意事項，以及遇到問題時應從哪些方面考慮。這樣讓課堂和實踐真正結合起來，更能引起學生的學習興趣，也能激發學生積極思考解決實際工程問題的方法。大部分化學電源技術課程教師都具有博士學位，其從事的科學研究涵蓋了鋰離子電池正負極材料、粘結劑及器件，太陽能電池材料及器件，超級電容器材料及器件，制氫材料等方面，同時也有相應的項目經費及省級新能源重點實驗室的支撐。因此，在課堂上講授完相關的內容后，教師可以給學生布置相應的科研任務，使他們參與教師的研究課題，從而鍛煉學生的動手能力、解決問題的能力、查閱文獻的能力及寫作能力。這樣一方面可以提高學生對科研的興趣，培養其創新能力，另一方面可以促進學生學習成果的產出。

（二）創新教學內容、方法和手段

對于我?；瘜W電源技術這門課程，首先要確定一條理論教學的主線，即以“工作原理—電池結構—電池材料—電池設計”為主體，采用思維導圖的形式呈現知識框架，讓學生對所學的內容有較為清晰的認識。對這一主線的內容要求學生必須全部掌握，以便為日后的課程設計和畢業設計打下堅實的理論基礎，同時也能保證該門課程的教學要求得以達成。比如，學生在儲能原理與技術課程中重點學習了鉛酸蓄電池、鎳基蓄電池、鋰離子電池及超級電容器的工作原理及材料，因此在化學電源技術課程中，教師可以重點講解這些電池的結構、涉及材料的制備方法和電池設計思路。其中，可花較少的課堂時間對工作原理進行復習鞏固；對于儲能原理與技術沒有涉及的燃料電池、熱電池等化學電源則進行更為詳細的介紹。具體而言，在課程最開始的階段，先對總體化學電源設計的目的、思路和方法進行詳細的介紹，接著對化學電源的設計與制造進行簡單介紹，最后將主要的時間花在對電池設計的案例分析和講解上，從而提升學生的學習興趣，并促使其掌握解決問題的思路和方法[9]。同時，在教學內容的設計過程中，需要建立案例庫，相關案例主要來源于往屆學生的課程設計、畢業設計及校企合作單位。另外，在課堂上教師應該結合電化學器件的實物向學生展示其結構，并在保證安全的前提下，示范其組裝過程，或者將組裝過程拍成小視頻向學生展示。在整個教學過程中，教師的教學方法和手段對教學的目標達成和成果起著至關重要的作用[10]。就化學電源技術這門課而言，可以從以下三個方面進行教學方法和手段的創新。第一，在課堂中引入真實案例。首先，可以將目前新能源汽車引發的一系列新聞事件進行歸納整理并引入教學，以引發學生的思考。比如，在鋰離子電池安全性講解的過程中，教師可引入某品牌汽車自燃事件等，由此讓學生討論：“新能源電動汽車看起來如此不安全，是否應該放棄或者停止生產？如果不是，那應該從那些方面入手來杜絕這一類問題的發生？”由此引發學生對電池材料、結構等方面進行深度的思考，以此提高學生主動思考問題的積極性，讓學生潛意識地對科研產生一定的興趣。第二，采用提問式教學。從頭講到尾的“填鴨式”教學方法使得課堂氣氛“死氣沉沉”，導致學生對課堂提不起興趣，思維僵化。而在課堂教學過程中，在合適的環節采用提問式教學可以活躍課堂氣氛，集中學生的注意力，引導學生積極思考[11]，促使其在不知不覺中構建和完善自己的專業知識和框架結構。比如，在講解磷酸鐵鋰的制備過程時，教師就可以通過提出“磷酸鐵鋰的鐵是多少價態？這個價態是否穩定？如果不穩定，那么在制備過程中應該注意哪些條件的控制？”等一系列問題，引導學生進行思考。這樣采取邏輯式提問的方式，一方面可以讓學生回憶已學過的知識，另一方面可以讓學生的思維跟著教師走，并產生一定的思考，從而掌握新知識。第三，應用數字資源。隨著科學技術的發展，教學手段也在不斷地更新，如視頻、動畫、圖片等，教師可以將這些教學手段融合在一起，豐富課堂教學方式。例如，在講解鋰離子電池的工作原理時，教師可結合愛國教育片《橫空出世》中的打夯片段，對比充放電時鋰離子的脫嵌過程。具體而言，可將鋰離子電池的負極看作天花板，將正極看作地板，充電時便相當于打夯將石塊高高舉起的過程，即鋰離子往天花板跑的過程，這個過程是被動的，需要外加力量，所以需要外加電源提供能量。放電時，相對于將高高舉起的石塊放下砸平地面的過程，這一過程為自發過程，相當于鋰離子從負極脫出（從天花板掉下）嵌入正極（落入地板），即將化學能轉化為電能。另外，教師可結合視頻平臺上比較優秀的鋰離子電池工作原理的視頻開展教學，這些視頻十分直觀且生動地展示了鋰離子脫嵌、電子的走向及SEI膜形成的過程。以小視頻的形式代替教師從頭到尾講學的教學方式，更能引起學生的興趣，也更能加強學生的記憶。

（三）融合思政元素

化學電源技術課程教學中，課程思政至關重要。課堂教學過程中，教師要培養學生心懷家國，樹立產業報國的意識。我?；瘜W電源技術課程教師應該注重在專業課堂培養學生正確的世界觀、人生觀和價值觀。例如，在緒論這一章節，教師可借助“如何在2030年前實現‘碳達峰’，2060年前實現‘碳中和’？”這個“碳排放”的議題，引導學生對“碳排放”進行合理的分析和解讀，使其明白為什么要開設新能源專業，自己是為何而學。通過讓學生積極了解當前能源的狀態及“碳排放”背后的國際關系，可以激發學生的愛國情懷，使其樹立產業報國的思想并為之而奮斗，真正做到校歌歌詞中的“休說來日方長，為學只爭朝夕，知行至善，厚積薄發，莫負好時光”。此外，在各章節的教學中，教師可適當引入相應的科學家，如吳浩清院士、陳立泉院士等的背景及故事，激勵學生刻苦努力學習，以他們為偶像，為祖國、為社會、為新能源的發展貢獻力量。同時在課堂中，教師可組織學生進行分組討論，并在課后安排分組實驗課題，由此讓學生體會團隊協作的力量，從而發揮各自的優勢。概言之，課程思政的融入，可以從思想上升華學生的認識，當認識上升到一定的高度，自然就轉換為創新的動力，即課程思政是培養學生創新能力的基礎[12]。

（四）考核方式多樣化

我?；瘜W電源技術課程的考核期末卷面分占比60%，平時成績占比40%。從往屆的實施情況來看，這樣的考試形式并不能讓學生真正地掌握化學電源的相關知識。據調查，大部分學生應付期末考試的手段是在最后一周進行死記硬背，而對于讀書報告，大部分學生只是從百度上尋找一些資料復制粘貼，這些都不利于培養學生的創新能力。因此，需要探索一些新的考核方式。比如，期末考試可以采用試卷加操作結合的方式。即在理論考試之后，讓學生到實驗室抽取相應的題目進行實驗操作，理論和操作的分值比為1∶1，這樣可以同時考核學生對理論知識的掌握情況和實際操作水平。實驗操作如果沒有平時的積累，通過臨時抱佛腳是很難通過的。對于卷面的試題，應加大主觀題的題量，盡量避免學生靠死記硬背來拿高分的現象。平時成績以提交成品化學電源器件為主。比如，在講授完鉛酸蓄電池、鋰離子電池、金屬空氣電池等之后，教師可要求學生按照要求進行器件的制作，并在規定的時間內提交作品。

（五）培養學生的自學意識

要想培養我校新能源科學與工程專業學生的自學意識，首先要讓學生“愛上”化學電源技術這門課程。因此對教學內容、手段和方法等進行改革和創新是很有必要的，如果能做好以上所述的課程改革，那么學生不知不覺就會培養起自主學習意識。此外，教師應在教學中引入課堂小視頻、相關案例等，并組織課堂討論，布置課后任務，讓化學電源技術這門課程生動起來。同時，應將學生作為課堂的主體，教師作為輔助，學生掌握了課堂的主動權，自然就有學習的動力。

三、結語

化學電源技術是一門專業性很強的學科，對于我校新能源科學與工程專業學生來講，學好化學電源技術課程對他們畢業后成為一名合格的新能源工程師至關重要。要想成為一名合格的工程師，就必須具有創新能力。因此，化學電源技術課程教師要以培養學生的創新能力為導向探索和改革教學過程。本文從理論教學和實踐教學深度融合，豐富創新教學內容、方法和手段，注重思政元素融合，創新考核評價方法，以及培養學生自學意識方面進行了簡單探索，目的就是豐富課堂教學內容，培養具有創新思維、善于解決實際問題，并具有愛黨愛國愛事業情懷的社會主義接班人。同時，化學電源技術課程教師也應該與時俱進地提高自身專業素養，從而為國家和社會培養出具有創新能力的能源人才。

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作者:劉云花 劉瑩 陳麗軍 單位:貴州理工學院化學工程學院