《化学电源》课堂教学与实践教学相结合教学模式的探索

唐安平 周智华 徐国荣 刘立华

摘要：本文阐述了高校开设《化学电源》课程的必要性，探讨了将课堂教学与日常生活相结合、与“三个实践”教学环节相结合、与大学生创新实验相结合、与课程设计相结合以及抓住时机创设“话题探讨”等教学方法在《化学电源》课堂教学过程中的应用。

关键词：化学电源；课堂教学；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）36-0141-02

随着石油、煤炭等化石能源的日渐枯竭，环境保护受到越来越多国家的关注，化学电源作为高效的能量转换装置日益受到人们的青睐，以动力电池技术为核心的新能源汽车将成为解决能源和环境问题的理想选择。鉴于化学电源在能源和环保中的重要作用，发达国家纷纷投入大量人力和财力研发新型化学电源。此外，微电子技术的飞速发展和便携式电子产品的普及也对化学电源的发展不断提出更高的要求，对相关专业人才的需求也在增加。因此，越来越多的高校将《化学电源》作为独立的课程进行教学。

基于市场形势，着眼于培养应用型大学生的目标，我校将《化学电源》课程设置为应用化学专业的一门主干专业课程。该课程主要介绍各种化学电源的工作原理、电池材料、性能、工艺制作技术和应用，在此基础上进行初步的化学电源课程设计和毕业设计，为大学生更好地了解化学电源的生产工艺流程、技术进展及本行业的发展趋势创造条件，力求使学生的理论水平、创新能力与實践能力均符合现代化社会生产的要求。基于以上目的，《化学电源》课程教学要求做到强化实践环节、注重能力培养、提高综合素质[1]。其教学内容需注重与化学电源生产、应用、研究的结合。课程的讲授不但要传授学生基本的理论知识，还要让学生了解行业的发展现状和前景，为将来的职业规划提前做好准备。因此，笔者在《化学电源》课程的教学实践中从以下几个方面进行了探讨。

一、《化学电源》课堂教学与日常生活相结合

随着科技的进步，铅酸电池、锂离子电池、锌锰电池等化学电源与人类的日常生活有着日益密切的联系。因此，根据“教育即生活”这一教学理念，我们可以找到《化学电源》课堂教学与日常生活的结合点，也就是说，在《化学电源》课堂教学中要有意识地加强化学电源与日常生活的联系，引导学生从生活走进化学电源的殿堂。例如，在学习铅酸电池的自放电时，首先给学生介绍汽车长时间不用时经常出现的一个现象——一些长期停放的汽车重新使用时经常出现无法启动的现象。然后向学生提问：哪些因素会导致作为汽车启动电源的铅酸电池容量损失？如果汽车长期不用应该怎么保养它的启动电源？让学生深入思考，然后引导学生发散思维，分组讨论获取有关自放电的反应、自放电的危害和启动电源保养注意事项等。在讲授电池的额定能量时，首先指导学生查看手机电板或充电宝上标注的有关参数，然后提问：XX Wh表示什么意义？在介绍了额定能量的含义后继续提问：充电宝额定能量的大小对我们的日常出行有影响吗？接着播放《关于民航旅客携带“充电宝”乘机规定的公告》的视频，通过视频让学生了解民用航空局对充电宝额定能量的执行标准。

二、《化学电源》课堂教学与“三个实践”教学环节相结合

《化学电源》是一门实践性和应用性很强的专业课程，这一特性决定了教学过程中必须注重理论联系实际，将理论教学和化学电源的实际应用、生产过程结合起来，强化学生实践能力的培养。为此，我们将课堂教学与实习、专业实验、毕业设计（论文）等三个实践环节相结合，以培养学生的实践能力。

1.实习环节。针对性地组织学生前往“湖南桑顿新能源有限公司”、“湘潭电化科技股份有限公司”等电池或电池材料生产企业进行生产实习或毕业实习，使学生熟悉锂离子电池的设计、制造、检测或电解二氧化锰电池材料的制备等书本上学不到的知识，增强对电池和电池材料的了解和认知。

2.专业实验环节。在应用化学专业实验课程中，开设了方形镍氢电池制作与性能测试、R20S锌锰干电池放电曲线的测量、扣式锂离子电池的制备及性能测试、氢氧燃料电池的输出特性测量、电解MnO2的制备、MnO2电容器的组装及性能测试等与化学电源相关的实验。

3.毕业设计（论文）环节。在近几年的毕业设计（论文）选题环节，我们结合化学电源的生产与教师的科研，为学生布置了如下题目：铅酸电池工艺初步设计、金属氢化物-镍电池工艺初步设计、方形锂离子电池工艺初步设计、锂-二氧化锰电池工艺初步设计、锂离子电池LiVOPO4正极材料的制备与电化学性能研究、碳载铂电极的制备与表征及其电催化性能、金属掺杂碳材料炭化产物的制备及氧还原活性研究、a-Ni-Mn3O4纳米复合物的“一锅法”合成及超级电容特性研究等。

三、《化学电源》课堂教学与大学生创新实验相结合

我校近几年积极实施了大学生创新实验计划。以此为契机，我们鼓励应用化学专业的学生在从事化学电源科研的教师指导下积极参与，在专业层面上进一步拓展了学生的科研活动，让学生有更多的机会进入实验室亲身体验学术研究，从而为毕业后从事科研工作、产品开发奠定了一定的基础。具体措施如下：有意向指导本科生创新实验的教师公布与化学电源相关的课题后，学生再根据自己的兴趣完成相应的选题与课题申报，然后按照一个课题—三至五个学生组成一个团队—一位指导教师的模式运行。目前，学生已圆满完成了无离子交换膜的“自呼吸式”肼/空气燃料电池、核壳结构氧化锰的制备及其电化学电容研究、回收锌锰干电池并从中制备LiMn2O4技术的研究、锂离子电池正极材料LiMnBO3的制备和电化学性能研究等课题。通过这些课题的研究促进了学生对化学电源知识前沿的把握和学科知识的理解。

四、《化学电源》课堂教学与课程设计相结合

化学电源课程设计是《化学电源》课程教学中理论联系实践的重要环节，是培养学生综合运用化学电源的基本知识来解决生产实际问题的一次工程训练。其目的是要求学生能够运用化学电源的基本知识进行单体电池设计、培养学生化学电源设计与撰写设计报告的能力以及增强学生的创新意识和创新能力。本课程设计的基本过程如下：指导教师提前将课程设计指导书和任务书发给每位学生，然后按照课程设计进度安排和设计步骤，由指导教师进行讲解和设计指导，最后由学生独立进行设计与撰写设计报告。

五、抓住时机创设话题探讨

各行各业经常会出现在社会上引起强烈反响的事件，如果以这些事件为契机，适当地设计一些与教学密切相关的话题进行探讨，就能引起学生对社会问题的关注，培养学生对新的焦点问题进行多元思考和独立判断的能力[2]。例如，在讲述铅酸电池铅的缺点时，首先播放一段有关铅污染的视频，然后针对我国铅污染事件频发的现状，在课堂上组织了以“铅酸电池企业社会责任”为话题的探讨。在话题探讨过程中，一般围绕以下几个方面进行讨论：造成铅污染事件的原因有哪些？如何避免此类事件的再发生？有什么建议和对策？在讲述镍镉电池的缺点与市场前景时，插入王传福以镍镉电池的生产为契机而创办比亚迪公司的成功案例，接着组织以“大众创业，万众创新”为主题的探讨，然后建议准备在高科技领域创业的大学生，一定要注意结合自己的专业知识，开发具有自主知识产权的产品。

参考文献：

[1]匡卫，付丽红.高校工科教学改革研究与探讨——基于课堂教学和实践教学的视角[J].科教文汇，2015，（306）：65-66.

[2]曹凤月.课堂实践教学：高校实践教学的基础环节——高校课堂实践教学模式新探索[J].中国劳动关系学院学报[J].2009，23（4）：106-109.