“新型电池材料”课程教学改革探索与实践

瞿佰华*，王荣华，岳继礼

（重庆大学材料科学与工程学院 重庆 400044）

在迈向社会主义现代化强国的新征程上，要实现我国高水平科技自立自强，归根结底需要高水平创新人才。过去，传统高等教育为我国发展输送了大量人才，但随着产业结构的优化与升级，我国各领域核心技术步入国际先进或领先水平、面对于更加激烈的国际竞争，企业的人才需求随之发生了巨大改变，从传统技术型人才转向技术创新型人才。因此，高等教育需要进行人才供给侧改革，培养更高水平的高素质创新型人才，才能符合中国特色社会主义新时代发展的要求[1]。

我国“十三五”和“十四五”规划中，新能源被列入战略性新兴产业的范畴，新能源技术领域是21 世纪对世界经济发展起决定性影响的五个重大技术领域之一。其中新能源技术有一个关键环节，即新能源材料与器件。新能源材料与器件专业的主干课程包括“新能源材料与器件概论”“新型电池材料”“应用电化学”“新能源材料设计与制备”，横跨材料、物理、化学、电子等多个学科，该专业的目标是在对基本理论进行深入理解的基础上，开发出新一代高性能绿色能源材料、技术和器件（如汽车、储能电站、高端医疗等领域的电源）。

“新型电池材料”作为该专业的重要基础课程，基础电化学概念、基本电化学理论和材料的基本合成方法为本课程的讲授重点，电池组装与测试为实践教学重点。通过本课程学习，学生将具备新型电池材料的合成和评价其电化学性能的能力，为后续开展新能源材料等方面的研究和科技攻关打下坚实基础。该课程教学改革的探索和实践对新能源材料与器件专业的人才培养模式优化具有重要意义[2]。

1 “新型电池材料”课程教学存在的问题

1.1 上课形式单一

“新型电池材料”课程的授课方式多以教师讲授为主、学生被动听，讲授内容为电池理论的基本概念、基本原理和电池分析方法，内容单调、枯燥、乏味，往往不利于提升学生的学习兴趣。同时“新型电池材料”课程由材料化学等多学科交叉形成，具有知识体系零散，知识点繁杂等特征，因此教学难度增加。授课过程中，教师一味以自身教学节奏为主，忽略学生的吸收过程，导致学生跟不上教师节奏进度，机械性地记忆知识点，未能深入理解其知识点背后的科学意义，知识点难以灵活运用于实际问题的解答，从而影响学生的创新能力。因此，传统的灌输式教学方式并不能根本提升学生的创新思维和激发学生的学习兴趣，反而导致学生将该课程归入死记硬背式的应试教育，不利于创新型人才的培养[3-4]。

1.2 课程知识体系庞大，学时少

新型电池材料是一门综合性强、多学科交叉、技术含量高的学科，有关新型电池材料的基本理论涉及许多的基础课程，比如大学化学、物理化学、材料科学基础和纳米材料。虽然本专业学生在学习“新型电池材料”课程之前已对部分基础课程有所学习，但每一门课程包含的内容多且侧重点不同，学生可能对新型电池材料的知识储备不足。同时，“新型电池材料”课程的课时有着严格的限定，这使得“新型电池材料”课程的教学工作面临着一个不可避免的问题：如何利用有限的教学课时，更有逻辑地组织“新型电池材料”课程的内容，以便让学生更好地吸收知识点[5]。

2 “新型电池材料”课程教学改革的思考与实践

2.1 优化更新课程教学内容

“新型电池材料”是新能源材料与器件专业的重要课程之一，主要培养学生对新能源材料的合成和测试能力。而课程教学内容陈旧单一，缺乏科技创新前沿的实验项目教学，不能很好地体现新能源材料与器件专业创新型人才的定位。另外，其中大多数的电池制备实验都是一些基础的验证性实验，缺乏设计性实验。大多数都是有固定的合成方法和步骤，学生机械性完成实验，缺乏独立思考和探索创新的空间，不能有效提高学生的创新思维和创新意识。

针对“新型电池材料”课程中存在的问题，根据该课程创新型人才培养的目标，课程内容将新能源材料和器材领域的基础知识、国际研究前和国家重大需求有机结合，全面优化了课程内容，见表1。

表1 新型电池材料课程内容

课程内容包括了化学电源的概论和理论基础（序号1-2），各个种类的电池工作原理介绍及其组成和特点（序号3-13），电池设计及电池测试技术（序号14）。该教学内容设计囊括了在实际生活中的应用的所有电池，并且介绍了电池的工作原理，电池设计及电池测试等内容。

2.2 开展模块化教学，提升教学质量

模块式教学（MES）当今是一种相对先进的教学模式。该教学法是通过分析每个专业特点，将教学大纲和教材开发成不同的教学模块形成的组合教学模式。其教学目标明确，每一个模块根据人才培养目标，按需授教、学用一致。模块式教学可让学生在整个学习过程中更加灵活，有助于提高学生的自主学习能力及其创新能力。

新型电池材料模块化设计是对锂电池、锂离子电池、铅酸蓄电池、燃料电池、一次电池、激活电池等多类型电池的文献调研和研究，结合有关企业的生产情况，采用模块式的模式组织教学内容。以一次化学电源为例，其一次电池的种类可以分成4 个子模块，其中子模块中包含符合该电池种类的多种新型电池材料的相关知识，如工作原理、结构组成等。每一模块设立独立的教学单位，教学目标明确，使学习的灵活性提高，并且有利于学生对知识的掌握，进一步提升学生对该课程的学习能力、创新能力和综合素质。

模块化设计对本课程传统高等教育课堂教学进行了改革，推出了四位一体教学方式即“教、研、做、改”相结合，通过老师教学、学生讨论研究、学生对电池材料进行设计实践和学生在教师指导下改进等一系列过程，与传统的老师只利用其掌握的专业知识泛性教学相比较起来，这种教学模式的设计提升了学生的动手能力、职业能力和创新能力。

2.3 理论与科研实践相结合

“新型电池材料”知识点丰富，看似理论性和介绍性内容多，实际上实践性极强，单纯的理论学习不能很好地提升学生的学习兴趣，反而会降低学生对所学内容的理解和实际运用能力。根据本专业的优势，提出理论学习与科研实践相结合的教学方法，让学生自己亲手合成材料、组装电池和测试电池，进一步提升学生的动手能力，教会学生如何将理论运用于实践。学生通过自己动手练习，提升其感性认识，增强其实践动手能力，也对一些材料进行合成，了解材料内部科学问题，促进其对其他专业课程的掌握学习，促使学生思考一些科学问题，进一步提升学生的创新能力，把培养创新型人才政策落实下去[6]。

2.4 改革课程考核制度

目前，“新型电池材料”课程的考核成绩分为三部分：上课出勤率、平时作业成绩、期末考试，其中以期末考试为主体，占据80%以上。这种考核方式并不能完全体现学生的综合能力。因此，在学生成绩评定中适当提升学生的课外学习任务的成绩，比如，在任务设计中有一项学生查找资料、阅读文献，自己动手制作电池，并且对学生自己制作的电池进行应用展示，这项任务可以适当给予一些成绩。让学生的学习积极程度得到显著提升，使学生可以主动地去学习一些有关于新型电池材料的内容，多阅读文献，提升学生阅读文献能力，同时让学生对本课程的理解深刻，进一步提升学生的学习能力和创新能力[7]。

2.5 将国家重大需求与专业内容有机结合

新能源将是未来一个时期最活跃的产业赛道，是国家的重大需求，也是国际学术前沿。在授课过程中将各种电池技术面临的关键瓶颈难题、背后的科学问题、在国民经济中的应用场景有机结合，将会极大激发学生的学习兴趣，可以引导学生主动将自己的专业融入国家发展大局[8]。目前新型电池的发展方兴未艾，然而众多电池的未来发展前景，对于本科生来说还缺乏足够的认识，在课程内容的设计上，通过从原理、电池原材料、需求等多方面科学合理分析，可以在学生心中建立起比较明确的蓝图，在学生知道电池技术发展重点方向后，才能更准确将自己的专业应用于国家重大需求。

3 结论

“新型电池材料”作为新能源材料与器件专业的一门重要的学科基础课，在前面学习的课程和后续学习的课程中起着桥梁的作用。学生学习质量的好坏，直接影响了其对新型电池材料和其他有关新能源材料科学领域知识的掌握。本文在培养创新型人才的前提下，研究“新型电池材料”课程的教学内容和作业设计改革，辅助以教学方式的改进。经过对本课程教学改革，最大限度地提升了学生对本课程学习的兴趣，课堂教学质量显著提升。并且让学生对知识点的理解整合和动手能力得到了加强，有助于培养创新型人才。本次课程改革也对培养高素质创新型人才提供了一定思路。