基于OBE 理念的“锂离子电池材料及应用”的教学实践研究＊

2021-11-27邓魁荣马国强范东华

科技与创新 2021年22期

邓魁荣，马国强，范东华

（五邑大学应用物理与材料学院，广东江门 529020）

Outcome based education（OBE，成果导向教育）强调将学生学习的成果作为教学的核心，教学的目标是学生取得的学习成果，教师通过反向构建相应的教学模式和考核评价体系来指导学生渐进式学习，同时评估学生在各个阶段的学习成果，达到提高教学质量的目的。用OBE 理念来探索新时期人才培养模式是当前高等教育的一个重要发展趋势。从社会对人才需求角度出发，高校对人才的培养应从注重学习成绩向关注学习成果转变，教育理念应从“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，改革课程目标、内容、教学方式方法和考核方式等，培养出符合社会发展需求的人才。

1 课程目标

五邑大学应用物理与材料学院的材料科学与工程专业以新能源材料与器件为主要研究方向，目标是为学校所在地区培养和输送新能源行业的高素质应用型人才。根据学校办学理念、材料科学与工程专业的定位、目标和OBE 理念，制定了“锂离子电池材料及应用”课程目标：①理解锂离子电池的相关基本概念、基本构成和工作原理，掌握锂离子电池各种材料合成、改性与应用，且运用这些知识解决实际中锂离子电池的复杂工程问题；②运用锂离子电池各种材料的合成、改性与应用相关知识，对锂离子电池体系中获得的信息进行判断，将有效信息用于锂离子电池体系问题的分析并得出有效结论；③学生依据锂离子电池材料的种类、性质和生产工艺，对相关复杂工程问题进行调研，根据具体使用或应用目标完成相关需求分析，明确材料与器件设计、加工和优化过程中的约束条件；④在学习中了解掌握锂离子电池最新发展动态和国家对锂离子电池相关法律法规及产业政策，以及相关产业政策、知识产权和技术标准的核心理念。

2 教学内容

根据材料科学与工程专业的毕业要求和该课程的教学目标，设置“锂离子电池材料及应用”课程的教学内容有锂离子电池基本理论、正极材料、负极材料、电解质材料、隔膜材料、安全性、生产工艺等，主要介绍这些材料的基本性质、结构与性能关系、合成方法、生产工艺、改性方法。其中，电极材料是影响锂离子电池电化学储锂性能的关键因素，开发具有高能量密度、高倍率性能、长寿命及安全可靠的电极材料是锂离子电池所面临的挑战，也是当前的热门研究领域。通过本课程的学习使学生掌握锂离子电池的基本概念、基本构成和工作原理，了解锂离子电池各种材料的性质、生产工艺、改性与应用，分析和解决锂离子电池的工程技术问题，为研究开发锂离子电池生产应用领域的新材料和新技术奠定理论基础。当前教材中的内容需要及时更新。在之前授课内容的基础上引入了电池的安全性及最新的研究进展。近年来由锂离子电池安全问题造成的事故层出不穷，如Samsung Galaxy Note 7 大范围电池起火爆炸事件，全球多辆特斯拉汽车自燃事件。要实现锂离子电池的大规模应用安全性是必须要解决的问题。因此，教学中加入锂离子电池安全性问题内容很有必要，让学生能够从正负极材料、隔膜、电解质、电池管理系统、添加剂等方面了解锂离子电池安全问题的解决方法。

3 教学方式方法

传统的教学模式无法激发学生的学习兴趣，使得课堂教学效果不尽人意。而OBE 理念是以学生为中心、成果为导向而设计的新型模式，注重具有明显意义的结果、为学生的成功提供支持、相信学生会取得成功、根据预期的结果来对教学进行反向设计。根据OBE 理念，为了提高学生的学习积极性、取得更好的学习效果，“锂离子电池材料及应用”采用课堂讨论、小班教学、线上线下相结合、自主学习成果展示等方式进行教学。

3.1 课堂讨论

教师在课前布置一些能串联某个知识点的问题让学生带着问题听课，讲解完后学生以小组为单位对问题展开讨论并分享讨论结果。例如在锂离子电池电解液知识点的授课中，教师先提出一个问题：“为什么商业化的锂离子电池使用的都是1 mol/L 的LiPF6和EC 以及线性碳酸酯的溶液？”同时提示学生要从锂盐、溶剂、浓度、成本、性能等角度去分析。在教师讲解完这个知识点后让学生以小组为单位讨论。在讨论中学生会深挖这个问题的影响因素，每个小组成员都会提出自己的观点同时也吸收其他成员的观点，最终每个小组讨论的成果都能把问题的因素考虑进去，全面且正确地回答了问题。最重要的是在课堂讨论的过程中达成了教学目标，即学生掌握锂离子电池电解液的基本知识及相关影响因素，并且能够用所学内容分析问题。

3.2 小班授课

“锂离子电池材料及应用”课程改革前采取大班授课的教学组织形式。由于学生较多，授课过程中很难进行有效的师生互动，教师也无法及时掌握学生的学习情况。而小班授课的过程中，师生之间可以充分的进行互动，能够了解学生的学习状态，解决学生遇到的问题，使学生从被动接受知识变为主动学习。基于小班授课的优点，将“锂离子电池材料及应用”课程由大班授课模式改为小班授课，班级人数控制在50 人左右。经过课程改革后，学生学习的积极性明显提高，师生间能够形成有效的互动，教学效果显著提升。

3.3 自主学习成果展示

锂离子电池技术及材料始终在创新进步，学生除了学习理论知识，还要积极主动地去了解最新进展，目的是培养学生充分利用数据库、网络等进行主动学习的能力，学习成果以课题展示和课程论文的方式体现。课堂展示和课程论文题目可以教师定也可以学生自主选题，鼓励学生根据自己的兴趣选题，引导学生学习查阅文献及运用网上资源，提高多方面获取知识的能力。课堂展示和课程论文中，学生基本都能够把选题的最新研究进展、面临的问题、未来潜力等进行较好地归纳分析和总结。课堂展示和课程论文能够引导学生对感兴趣的领域进一步学习和探索，调动学生学习的积极性和主动性。

3.4 线上线下相结合

“锂离子电池材料及应用”课程改革前以学生看课本以及听老师用PPT 讲课来学习，很难让学生对抽象的概念、现象有直观的理解。慕课、学堂在线等线上教学平台近两年来受到广大教师的认可。充分利用线上教学平台的资源，采取了线上线下相结合的教学模式，学生可以通过观看这些线上教学平台资源来进行学习。将山东科技大学刘瑞老师的在线课程“锂离子电池”作为“锂离子电池材料及应用”课程的线上教学资源，让学生线上参与此课程以达到预习的目的。

4 考核方式

“锂离子电池材料及应用”课程改革前主要通过考试成绩来评价学生的学习效果，不利于学生全面发展。改革之后，“锂离子电池材料及应用”课程考核主要是考查学生对知识的掌握和运用能力，以及学生分析问题和解决问题的能力。因此“锂离子电池材料及应用”课程考核方式应该是多元化的。除了考试成绩以外，平时的课堂讨论、课后作业、课程论文、课堂展示等都以一定的权重计入课程的成绩。这样的评价方式能够督促学生在平时的课堂讨论、课后作业、课程论文、课堂展示去积极主动学习以获得相应的考核评价。此外，通过撰写课程论文、准备课程展示等方式能够拓宽学生的知识面和对前沿进展的了解，锻炼了学生的综合能力。