融入案例教学的《新能源材料》在线开放课程建设思考*

韩新月，李 斌，吉恒松，王 爽

(江苏大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 212013)

习总书记在十九大报告中强调，我们必须树立社会主义生态文明观，坚持绿色发展理念，推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，而发展清洁能源是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要任务。因此，培养综合素质优良的新能源复合型工程技术人才至关重要。

2010年8月， 江苏大学能源与动力工程学院结合自身实际情况，依托机械工程、电气信息工程、材料科学与工程、化学化工、土木工程等学科专业的支持，并结合新能源产业的特点设立了新能源科学与工程专业，是全国首批设立新能源科学与工程专业的十一所院校之一[1]。新能源科学与工程专业隶属能源动力类专业目录，分属于动力工程及工程热物理一级学科。江苏大学的新能源科学与工程专业的专业定位为：以国家战略型新兴产业重大需求为导向，在太阳能利用、生物质能利用等领域立足于长三角经济带、面向全国新能源动力行业，培养适应社会和经济发展需要，德智体美劳全面发展，在工程领域具有良好的职业道德和持久竞争力的复合型高素质人才。

《新能源材料》课程是江苏大学新能源科学与工程专业本科生的一门专业课程，也是化工专业和应用化学专业学生开设的专业选修课[2-3]，该课程的专业面比较宽，学科交叉性强，教学内容丰富。从课程的内容上来看，涉及的电池种类达五种之多，主要包括太阳能电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、金属氢化物镍电池材料、相变储能材料等[4]，涉及材料、化学、物理、机械等多学科交叉[5]。要想把这些门类众多的电池通过有限的课堂教学(32学时)全部讲解完毕，而且让学生完全理解，这显然是不可能的，这就要求我们要对这门课程进行教学改革，其实我们可以借着互联网和多媒体技术的飞速发展，把“慕课+翻转课堂”的教学模式应用于《新能源材料》的教学中。近年来，国内外慕课(MOOC-Massive Open Online Course)的快速发展给高等教育的教学模式带来了巨大变革， MOOC改变了高等教育以“教”为中心的传统教学模式，建立了以“学”为中心的大学生自主学习模式，对世界范围内的传统教学方式带来了巨大的冲击[6]。2013年，随着北京大学、清华大学等国内一流大学加入“慕课”三大平台(即中国大学MOOC、好大学在线、慕课网)，“慕课”就此大规模进入中国，目前越来越多的学校和课程走上了慕课平台[7]。借助这些慕课平台，为了满足国家对新能源领域高素质专业人才增长的需求，高校需要高度关注和重视这类新能源课程的教学改革。

1 融入案例的在线开放课程建设目标

以产业需求为导向，以前沿技术发展改内容，通过融入相关的学科前沿和形象化案例来构建《新能源材料》在线开放课程优势教学资源以提高学生线上学习兴趣和学习效果，夯实新能源材料理论基础；针对《新能源材料》课程内容与工程应用密切相关的特点，建设《新能源材料》在线案例库，以研究“案例”为中心，培养学生的工程意识和协作、沟通能力的新工科人才。具体实现以下目标：

(1)立足在线课程建设，夯实新能源材料理论基础

编排形象化的案例用于知识点的讲解、录制融入案例的知识点视频，完成在线课程建设，实现基于慕课(MOOC)开放课程资源的翻转式/混合式教学模式，改进《新能源材料》教、学的互动方式和课程质量，设计自主学习质量控制机制，确保自主学习的质量和效率。

(2)构建在线案例库，培养工程意识和协作能力

发挥学科优势，融最新科研成果进课堂、入教材，针对《新能源材料》内容与工程应用密切相关的特点，构建贴近产业实际的《新能源材料》工程案例库。以研究“案例”为中心，培养学生的工程意识。将学生的合作能力、沟通能力、领导能力的培养贯穿于工程案例教学的全过程，实现工程案例与在线课程的有机融合与互补。

2 融入案例的在线开放课程建设内容和实施路径

2.1 案例资源的收集，融入案例的知识点内容设计

知识点内容设计是《新能源材料》在线开放建设的基础，要求融入案例的创新内容，但还要难度适中，紧密结合现代化社会和科技发展趋势，在加强学生理论基础的同时提高其实践能力。因此，需要任课教师在和有工程背景的授课团队老师沟通交流和广泛阅读文献、跟踪了解新能源科学与工程专业技术领域的最新技术和发展动态的基础上，收集与《新能源材料》教学知识点有关的生活、生产中的相关问题，转化为便于理论解决的科学问题，整合教学资源，将《新能源材料》的理论知识与复杂的实例进行有机结合，设计融入案例的知识点讲解内容。

比如，在学习太阳能电池材料一章时，教师可详细讲述太阳能电池材料的分类和结构组成、太阳能电池材料产业发展现状及面临的问题。而在讲述太阳能电池及组件的设计、制备过程时，可以结合光伏企业制作硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池等的流程动画或视频来学习，让学生们看到实实在在的材料的转化过程或器件的制备过程。或者结合近年来太阳能电池材料领域前沿热点问题来学习，比如新型钙钛矿电池的构成及稳定性提高方式，梯级钙钛矿电池、半透明钙钛矿电池的提出背景和发展前景等。在学习燃料电池章节时，教师可结合学科前沿引入氢燃料电池汽车的案例，从氢燃料电池汽车的工作原理来学习燃料电池的发展、类型、结构、工作原理等基础知识，然后介绍氢燃料电池汽车的重要部件及关键技术，再了解补给燃料氢的加氢站、氢燃料电池汽车的优势及氢燃料电池汽车的发展面临的问题等。通过理论联系实际，不仅可激发学生学习燃料电池材料的兴趣，还可开阔学生视野。另外，在讲到相变储能材料时，可以引入最新的采用相变材料冷却聚光光伏系统或者把相变材料用于聚光太阳能热发电的储能装置等。引入前沿研究，并不是强求同学们去掌握这些尖端技术，而是引导他们从新能源材料理论出发，理解这些创新思路的由来，思考实际运用中理论如何呈现出来，这些理论的应用又会带来哪些变化。在这门课程中，可以让学生通过前沿案例体会新能源材料在技术发展和社会生活中的作用，理解新能源材料理论对新技术的支撑与发展。为此，在课堂上不能止于灌输知识，更要激发学习兴趣。

2.2 知识点单元对应视频的录制

根据知识点的特点利用图像、动画和文字等教学手段组织各知识点视频，录制融入案例的知识点视频，视频时长一般控制在10～15 min以内，将每一个知识点视频打造成精品。

比如，我们在学习新型二次电池材料(包括金属氢化物镍电池材料和锂离子电池材料)的时候，我们可以把以前化学中学的电化学的基本知识，主要包括两类导体、正极和负极、阴极和阳极、电解池、原电池作为一个知识点来录制视频，以我们生活中常用的干电池为例来讲解，并制作动画来演示原电池和电解池的工作原理，引起学生学习新型二次电池材料的激情并为后续知识点的学习做准备。

2.3 学习质量控制机制设计

《新能源材料》线上线下教学模式的另外一个重要环节是如何检验学生的学习效果和质量。通过设计合理的在线学习质量控制机制确保自主在线学习的质量，主要包括课前预备知识测试、随堂即时测试、单元测验题、单元作业题以及相关的讨论题。线上听讲过程中，学生很容易被其他事情所打扰，因此，需要在2～3 min后设置相应的“课堂提问”，提高学生注意力的同时，检验学生听课效果。针对“太阳能电池原理”知识点，我们可以设置什么是光生伏特效应？太阳能电池的分类和结构特点？另外，学生观看知识点视频后，可以通过完成单元测验题和单元作业题来检验自己对知识点的掌握程度，另外任课教师也可以通过平台反馈的学生测试环节分数来考察学生的学习情况。此外，学生还可以通过线上平台的答疑区、讨论区和任课教师积极、实时互动，及时解决学生学习过程中的困惑，提高学生学习这门课的效果。建立交流平台的维护机制，便于学生并且能够及时得到学习反馈，实现基于在线开放课程资源的翻转式/混合式教学模式，改进《新能源材料》教、学的互动方式，提高课程资源的质量。

2.4 在线案例习题库的构建

发挥校企联合培养人才的优势与特色，组织任课教师深入企业学习，参与企业的实践培训，与企业深入探讨工程案例的设计方案，收集和整理工程案例，最终构建符合工程实际的真实、典型的工程案例习题库。利用在线平台的信息化优势，以《新能源材料》在线课程平台为基础，对学生进行分组(每组 4～5人)，随机分配工程案例，以组为单位进行工程案例设计；设置教师在线指导模块，强化教师的在线引导过程；设置在线讨论模块，实现师生在线分组讨论功能；设置学生互评模块，构建学生互评机制。从而建成贴近产业实际的《新能源材料》在线工程案例库，实现工程案例与在线课程的有机融合与互补，培养出一批具备创新思维和工程意识的新工科人才。众所周知，新能源汽车作为一个真正意义上的“零排放、无污染”的交通工具，现已在世界各国迅速发展，而锂离子电池、燃料电池的研发生产，已成为学术界和生产行业的研究热点。所以，我们可以把新能源汽车作为研究专题，学生可以结合自己的兴趣选择氢燃料电池汽车或者锂离子电池汽车，结合自己所学知识去调研氢燃料电池或者锂离子电池最新研究进展及相关产业技术发展概况，完成综述并进行分享，还要体现自己的思考和见解。

3 融入案例的在线开放课程建设的特色和亮点

(1)搜集与《新能源材料》课程内容相关的学科前沿和形象化案例，经过梳理和分解后建立相对独立的融入案例的知识点单元，将课程知识结构碎片化，围绕知识点单元录制视频，开展形象化教学，学生可以有针对性的选择知识点学习，提高学生线上学习兴趣和学习效果，夯实新能源材料理论基础。

(2)构建符合工程实际的真实、典型的工程案例习题库，培养学生的协作能力和工程意识。

(3)建立课前准入、课后准出等学习过程控制机制，以及在线交流平台维护机制。

《新能源材料》在线开放课程的建设可将线下课堂教学与线上教学有机结合起来，利用了网络发展的优势，不仅为学生提供了丰富多彩的教学资源，同时为教师和学生的及时沟通和交流提供了方便快捷的平台。这种混合式教学模式有利于激发学生学习的自觉性和主动性，有利于改革传统课堂教学方法，从而提高学生对课程知识的理解和掌握。

4 结 语

发展清洁能源是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要任务。因此，培养综合素质优良的新能源复合型工程技术人才至关重要。《新能源材料》作为新能源科学与工程专业的重要专业课程，课程特点是专业面比较宽，学科交叉性强，教学内容丰富，造成教师难教、学生难学的问题。为了有效提高学生对该门课程的学习效果，笔者对《新能源材料》在线开放课程建设进行了几点思考。基于让学生通过案例体会新能源材料在技术发展和社会生活中的作用，理解新能源材料理论对新技术的支撑与发展的想法，通过融入相关的学科前沿和形象化案例来构建《新能源材料》在线开放课程优势教学资源，建设《新能源材料》在线案例库，以研究“案例”为中心，培养学生的工程意识和协作、沟通能力的新工科人才。本研究不仅可以推动江苏大学也可以推动国内兄弟院校《新能源材料》课程的教学改革，为国家培养更多高素质人才。