第一课堂培养新能源材料与器件专业本科生创新能力教学模式探索

黄韵　李星　王明珊　王平

摘  要：提出了新能源材料与器件专业本科生“创新精神、认知水平、思维能力、智力发展和研究动机”“五维”特征的创新能力评价指标，开发出以“五维”创新能力指标为引导、专业核心课程知识点为载体、拓展课堂外延四对关系和提升课堂内涵三要素为具体途径的第一课堂创新型教学授课模式，为各高校统一该专业本科学生创新能力培养标准提供了一种可以借鉴的理论模型，也为进一步更加深入的专业人才培养方案研究提供了一种理论支撑。

关键词：新能源材料与器件;创新能力;第一课堂;教学模式

中图分类号：G640       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）10-0054-04

Abstract： This paper puts forward the evaluation indexes of innovative ability of undergraduates majoring in New Energy Materials and Devices， which is characterized by "innovative spirit， cognitive level， thinking ability， intellectual development and research motivation and five dimensions". The explored innovative teaching mode of first class， taking "five dimensions" innovative ability index as guide， professional core course knowledge point as carrier， the four pairs of relations for first class extension and the three essential factors for first class connotation enhancement as specific route， provides a theoretical model for colleges and universities to unify the innovation ability training standards of undergraduate students in this major， and also provides a theoretical support for further in-depth research on professional talent training programs.

Keywords： New Energy Materials and Devices; innovation ability; the first class; teaching mode

新能源材料与器件专业是教育部2010年新开设的国家新兴战略性专业，对我国能源产业布局和发展具有至关重要的作用。本科专业人才的培养则为国家能源行业的可持续发展奠定坚实的基础，具有关键性的意义。当前，能源行业发展对本科人才迫切地提出了创新能力的诉求，然而，国内绝大部分高校对新能源材料与器件专业本科学生创新能力的培养基本还是沿用传统工科专业相似的做法，如开设实习实践、实验课堂和二课等环节，再进一步就是顺应高校创新型人才培养理念的变革趋势再额外增设本科学生创新能力培养相关课堂和各种选修、辅修课程。这是“广而博”教育理念的体现，是基于学生缺什么就补什么的教育思路，其结果就是不断增加学生学习负担，这与当前新时代本科“少而精”教育理念相违背。

一、第一课堂培养本科生创新能力的意义

2018年是我国本科教育深化改革的关键年，教育部先后出台了《一流本科教育宣言》和《关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见（新时代高教40条）》等系列重量级文件。提出，新时代本科教育要培养创新型人才，这对当前的本科教育体系提出了全面的挑战，同时也提供了本科教育全面改革的机遇。新能源材料与器件专业在过去十年建设成果基础之上，如何顺应新时代要求培养具有突出创新能力的本科人才是迫在眉睫需要解决的最关键问题。当前，培养学生创新能力最直接的办法就是在传统培养方案下增设创新培养相关课程和二课环节等，这虽然在一定程度上起到了效果，但是无疑增加了学生的学习负担，也增加了专业建设的成本。在学生学习最重要和最直接的第一课堂环节完成专业本科学生创新能力的培养，即在不增加学生学习负担和专业建设成本的情况下就达到了目的，这无疑是最有高效的方式。在第一课堂环节打造培养学生创新能力的新型教学模式，建立一种能够在全国开设新能源材料与器件专业的建设高校中得以普遍適用的教学模式，为该专业进一步服务于国家新能源战略提供重要的创新型人才保障。

二、新能源材料与器件专业本科生“五维”特征的创新能力评价指标

通过第一课堂的教学实践，结合新能源材料与器件专业人才培养需要契合国家能源战略布局和行业发展的要求，构建了该专业本科学生“创新精神、认知水平、思维能力、智力发展和研究动机”的“五维”特征的创新能力评价指标，具体含义如下：

创新精神，是评价新能源材料与器件专业本科生创新能力的首要指标，要求学生有敢于探索新能源领域未知或没有研究人员涉猎的空白知识盲点的精神，有敢于打破常规、不迷信书本和权威的底气，有勇于根据事实并结合自己的思考提出新观点而不盲目效仿别人想法、说法、做法的才气。但是创新精神并不是不倾听别人意见、孤芳自赏、固执己见、狂妄自大，而是要团结合作、相互交流，任何创新理论和观点都是建立在前人成就的基础上而发展得到的，而不是偏执的反对和否定前人经验，创新精神提倡大胆质疑但是要有事实和思考的根据，并不是虚无地怀疑一切。

认知水平，广义的含义是评价一个人看透事务本质的能力，简单地说就是具备透过现象看本质的能力，而在此处指的是新能源材料与器件专业本科学生在具有探索新能源领域相当的知识水平积累基础之上，能够透过新能源领域科学研究、行业发展和产业布局等当前现状现象来看国内、国际新能源战略定位的本质，这要求学生具有非常宽厚的领域知识。

思维能力，是对所学专业知识的进行加工、理解、消化和运用的能力，即对知识进行正确的、逻辑性的、创造性的分辨归纳总结能力，是衡量创新能力的核心指标，专业本科学生能够将庞杂的专业课程诸多知识点系统地存储在头脑中，并能够将知识点间建立起关联的网络，形成系统的专业知识体系，构架起新能源领域的知识脉络。

智力发展，是衡量学生创新能力的高阶指标，建立在学生有比较全面的心理、思维、智商和综合学识基础之上，这里指的是新能源材料与器件专业本科生全面的、合理的、精准的解决工程问题、技术问题和科学问题综合能力。

研究动机，是强烈地对专业未知知识点的探索欲望正确，一定是对科学知識欲望孜孜不倦的追求，一定是对自身更好专业学识水平锲而不舍的追求，一定是对科学创新研究造福人类宏大理想的追求，一定是建立在摒弃任何的急功近利、心浮气躁、沽名钓誉等错误的出发点的基础之上，对于新能源材料与器件专业的本科学生来说，就是要始终保持为人类清洁能源开发利用做出贡献的初心。

三、第一课堂培养新能源材料与器件专业学生创新能力的路径分析

第一课堂是本科学生获取知识最直接的场所，是影响培养学生创新能力培养质量最核心的环节。为了完成本项目在第一课堂对新能源材料与器件学生“创新精神、认知水平、思维能力、智力发展和研究动机”的“五维”特征创新能力培养的目标，需要通过“拓展课堂外延、提升课堂内涵”这一途径来实现。其中，“拓展课堂外延”就是理清“教与学、教与育、师与生、管与理”这四对关系，“提升课堂内涵”就是贯彻落实三个要素：教育理念的更新、教学内容的拓宽、教学方法的改革。

（一）拓展第一课堂外延

理清“教与学”的关系：转变新能源材料与器件专业第一课堂教学模式从“教中心”走向“学中心”，第一课堂的主体从教师改变为学生，学生学习活动是课堂的主旋律，教师教学活动退居到次要地位，授课教师要充分将课程知识点落实到每堂课中，用恰当的教学方式引导学生主动学习、启发学生主动思考，把课堂变为高效的、有组织的学生主动学习知识而不是被动地被灌输知识的场所。

理清“教与育”的关系：减少第一课堂中的教导，增加课堂中的培育，应该是“多育少教”，教师要在第一课堂上通过具体的课程知识点结合当前课程思政教学理念的要求，培养学生正确的人生观、价值观和世界观，除此之外，通过在第一课堂中具体专业知识的传递过程培养学生综合专业知识的全面提升，在第一课堂上绝不再仅仅是专业知识的学习过程，而是全面培育专业基础知识扎实、愿意为我国新时代社会主义国家发展做出能源领域贡献的本科人才。

理清“师与生”的关系：在第一课堂教学环节建立基于师生地位平等的共创型、合作型师生关系，在课堂上传递专业知识的过程中，教师给予学生足够的支持、给予课堂足够的民主，让学生对教师没有任何依赖和盲从的前提下与教师平等交流沟通，从而产生不一样的教学效果。

理清“管与理”的关系：第一课堂应该是一个和谐又有生机的体系，学生不能在课堂上有被教师管理、支配、安排的感觉，这给学生造成压抑感，不利于学生的主动学习和思考，教师要少管教多梳理，要与教-学关系、教-育关系和师-生关系改变相匹配，教师和学生共同作为主体为课堂的正常教学活动负相同的责任。

（二）提升第一课堂内涵

教育理念的更新是前提：教师要把第一课堂教学作为学生认知结构优化、认知能力提高的系统工程，变教师当演员、学生当观众为教师当导演、学生当演员，以新能源材料与器件专业学生所学新的认识为基础，构建并实施系统知识传授与探索研究结合的创新人才培养模式，即以工程教育专业认证理念为指导、以落实OBE教育具体建设操作为内容、以第一课堂课程建设为载体，制定全新的第一课堂教学模式，这就需要全面性、系统性地对一线教师的教育理念进行重新塑造，通过线上线下培训、讲座和教学教改研究等途径来完成。

教学内容的拓宽是关键：在第一课堂中，选用教材中的内容是学生所需要掌握的最基本知识，如果仅仅局限于此，显然无法满足学生创新能力培养的高要求，这就需要实现新能源材料与器件专业具体课程内容体系的传统与创新结合，重组课堂教学内容，按学科发展规律、学生的认知规律，延伸第一课堂教学内容，有规划性目的性地引导学生主动拓展书本知识，运用海量的电子资源拓宽拓厚学生的知识面，逐步实现教学内容的更新和提升。

改革教学方法是条件：显然，“拓展课堂外延和提升课堂内涵”的第一课堂授课模式对师生都提出了前所未有的挑战，第一课堂已然完全不同于传统的授课模式，传统的教学方式方法已经无法适应全新的课堂，因此，改革第一课堂的教学方法迫在眉睫，也是必要要件，新能源材料与器件专业第一课堂教学方法要变革为启发诱导学生独立自主的探究式学习，学生不断思考探究的问题，敞开探究的思路、交流探究的内容、总结探究的方法、养成探究的习惯，使课堂更具有生命力。

四、第一课堂教学模式实施思路分析

为了在新能源材料与器件专业本科教学第一课堂环节实践对本科学生“创新精神、认知水平、思维能力、智力发展和研究动机”的“五维”创新特征的创新能力培养，需要对第一课堂教学做全面的、系统的、创新性规划，具体如下：

首先，按照本科学生“五维”创新能力培养的要求，将新能源材料与器件的专业核心课程（包括：《物理化学》《材料科学与工程基础》《固体物理》《半导体物理》《应用电化学》《储能材料与器件》《能量转换材料与器件》和《材料分析方法》）的所有授课知识点依据“五维”创新能力特征中的具体特征进行精准的一一归类，这符合工程教育专业认证和OBE教育理念的本科人才培养要求。

其次，将归类好的知识点依据第一课堂理清拓展课堂外延四对关系和提升课堂内涵三要素的要求进行细分，明确每一个知识点的新型授课模式，归结为要让课堂的主体变为学生、学生主动参与思考学习内容并向教师反馈学习情况、学生主动外延知识点到专业领域盲区、教师处在课堂的从属地位退居幕后、教师强化学生学习的过程及评价并弱化考试分数判定标准，这与工程教育专业认证的过程性评价要求一致。

再次，教师要坚持不懈的积极探索，打造第一课堂教学新模式，探索和总结各种创新型课堂授课模式及时修正和再利用，不能单一教学模式，要将当前推广的教学方法融汇，依据具体的课程和知识点要求，并做到因材施教，找到最合适恰当的第一课堂授课方式方法。

最后，充分利用现代化的电子信息教学平台，将第一课堂时间尺度上外延到课后，充分利用学生的碎片时间来强化学习过程，将第一课堂空间尺度上外延到互联网中新能源领域海量知识上面，充分拓展学生学习知识的广度和厚度。

五、第一课堂教学模式改革面临的挑战和应对措施

显然，要达到在第一课堂培养新能源材料与器件专业本科生创新能力的目的，第一课堂教学模式必须完成相应的创造性改革，这也对课堂中的教师和学生都提出了前所未有的挑战，同时，研究相应的应对措施也势在必行。

（一）教师面临的挑战和应对措施

教师要具备新的教育理念。教师对第一课堂教学理念的变革是第一课堂培养新能源材料与器件专业学生创新能力的首要前提。教师必须从教学理念上除去传统课堂教学的思路和运行方式，全新理解学生主体课堂的必要性、重要性和可操作性。基于当前新能源材料与器件专业建设的需要，教师必须全面深刻地学习工程教育专业认证和OBE教育理念，并落实到具体可操作教学活动中去。

教师要具备扎实的教育学知识。教师要完成创新性第一课堂的教学任务，在学生为主体的课堂中达成培养本科学生创新能力的目的，教师个人的教育学知识必须完备。教师仅仅具备专业知识就无法全面掌控新教学模式下第一课堂，从而无法保证课堂的正常运行。随着每节课知识点的变化，教师需要在相应的教学设计中考虑在知识点平稳传授的过程中，有序而系统地引导学生吸收、消化相应的专业知识。期间，教师就如同导演一样，有能力、有水平全盘掌握课堂的一切活动。因此，授课教师必须自主学习教育学相关课程。教师可以通过丰富的网上资源来进行相应课程的系统学习，也可以通过学校或相关机构定期举行的培训班来学习。教师通过各种途径学习并获得的相应资质证书可以作为一线教师授课能力考核的一个指标。

教师要具备宽广的专业知识。第一课堂要完成对新能源材料与器件专业学生创新能力的培养，显然，课堂授课知识已经不局限于指定课本限定的内容范围，教师要在新能源及材料领域具备宽广的知识储备。这就要求教师不但掌握了丰富的经典理论知识，还必须在新能源及材料学科科学研究上造诣深厚。具备这种专业素养的教师，才能够在第一课堂上给予学生知识的传承和专业领域眼界的拓展，建立和诱导学生对新能源及材料领域未知知识盲点的探索能力和兴趣。

教师要具备现代教学技能。随着移动终端、网络以及AI技术的不断提升，课堂教学手段越来越丰富。教师必须要具备熟练运用这些技术手段的能力，这不但能使课堂教学活动生动有趣，而且能够在空间上拓展第一课堂到教室外面、在时间上拓展第一课堂到课后。营造出处处是课堂、时时可教学的第一课堂授课模式。教师可以通过网上教育或线下培训方式等途径不断探索和主动学习这些新的教育手段技术。

（二）学生面临的挑战和应对措施

学生要具备自主学习的意识和能力。第一课堂的教学内容从指定书本拓展到当前科研前沿成果后，学生要系统掌握的专业知识成倍增加，这对学生个人的主动学习意识和能力提出了前所未有的挑战。学生要有意识地提高自主学习的意愿，同时培养自主学习能力。可以通过观察留意身边做的较好同学的方式方法，也可以在具体课程的学习过程中锻炼成长。

学生要统筹规划课程学习的能力。新能源材料与器件专业的学生对化学、材料、物理和电化学器件等专业知识的掌握要求较高，专业知识学习任务比一般工科专业重很多。因此，课程设置门數较多、难度较大的课程门数多，再加上第一课堂授课模式创新性变革后拓展内容量太大，这就对学生在多门课程同时开展时的统筹规划学习能力提出了非常高的要求。学生可以提前学习相关统筹课程来提升这方面的能力，也可以在平时的专业课程学习过程中锻炼培养这一能力。

学生要争取进入科研实验室机会。由于大量的第一课堂拓展学习到了新能源和材料领域的科学研究前沿成果，本科学生在当下知识构架下的理解较为困难。如果能够在科研实验室开展一定的实验研究工作，从感性上对相关理论知识的掌握和理解才能够落地，也才能进一步把课本理论知识和具体实验现象联系起来，促进学生专业知识架构的形成。本科学生可以通过申请国家、省、市、校和学院各级科研项目的方式进入实验室，也可以联系相关教师获得进入实验的机会。

学生要积极将科研成果申报创新创业竞赛。近年来，国家、省和市级层面开展的各种创新创业大赛进行地如火如荼。学生将个人的科研成果进行组织去申报各种级别的创新创业大赛，这无疑是最锻炼学生创新能力的最好体现。要在竞赛中所有斩获，学生的科研成果必须要具备较强的创新性，这本身就对学生的专业素养提出了非常高的要求，也就是学生的知识储备要远远超过指定课本的内容，同时，学生要能够在竞赛中展现出好的竞技状态也要求学生在相关领域有深厚宽广的基础知识，这些都是对第一课堂教学的重要延伸。鼓励学生组队学习、参与科研并参与竞赛，这对学生创新能力的培养大有裨益。

学生要具备现代教育技能使用能力。移动终端、网络以及AI技术不断发展并在课堂教学中得以使用，学生是最直接的受益人。学生能够随时随地开展学习，并且学习过程能够生动有趣。前提是，学生熟练掌握相关学习技术的操作，这就要求学生要持续不断进行相关技术操作的学习。学生可以通过学校组织的培训或学生之间互相传授使用经验心得的方式来提升这一能力。

参考文献：

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[5]左祖晶.院校环境和个人参与对本科生创新能力发展的影响——基于首都高校样本的实证研究[D].北京：北京大学，2011.

基金项目：本文系四川省2018-2020年高等教育人才培养质量和教学改革“互联网+”创新创业类重点项目“新能源材料与器件专业第一课堂培养学生创新能力教学模式的研究与实践”（编号：JG2018-407）;四川省2018-2020年高等教育人才培养质量和教学改革项目“适应新工科发展的地方高校能源特色材料类专业建设与实践”（编号：JG2018-397）;西南石油大学创新创业研究基金重点项目“第一课堂培养本科生创新能力及在新能源材料与器件专业中的实践”（编号：校社专项（双创）005）;西南石油大学研究生教育教学改革与研究项目“有效提升我校硕士研究生生源质量的措施与实践研究”（编号：18YJYY06）的研究成果

作者简介：黄韵（1978-），女，汉族，四川南充人，博士，教授，研究方向：新能源科学及技术。