胡小詩，項(xiàng)舒延，賀君敬，林 葆，金成超，馬世玉

(杭州電子科技大學(xué)材料與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

為緩解傳統(tǒng)能源短缺和環(huán)境污染問題，近年來，新能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展?！笆濉币?guī)劃中明確指出要推動(dòng)新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保等綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，[1]根據(jù)四部委最新消息，國(guó)家對(duì)新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策實(shí)施期限延長(zhǎng)至2022年底。在此背景下，電池作為一種高效、清潔、經(jīng)濟(jì)的新能源體系廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車及固定電網(wǎng)儲(chǔ)存等領(lǐng)域，同時(shí)也受到無數(shù)科技工作者的廣泛研究和關(guān)注，許多高校也開設(shè)了相關(guān)的課程。我校在本科生教學(xué)中開設(shè)《電池技術(shù)概論》通識(shí)課，旨在為學(xué)生講授各種電池體系的工作原理和特點(diǎn)、性能、工藝及產(chǎn)品應(yīng)用，要求學(xué)生能將課堂知識(shí)與生活體驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合，對(duì)相關(guān)的行業(yè)信息和發(fā)展動(dòng)向形成自己的判斷，培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)、現(xiàn)代意識(shí)以及掌握獲取科學(xué)知識(shí)方法、科學(xué)研究方法的現(xiàn)代化人才和部分今后從事電化學(xué)、材料科學(xué)和汽車領(lǐng)域內(nèi)的人才。課程所涵新能源電池技術(shù)種類繁多，而不同電池的工作性質(zhì)和應(yīng)用場(chǎng)景有著顯著差異，隨著技術(shù)的發(fā)展，電池性能及種類等都在不斷更新發(fā)展中，即具有時(shí)效性；課程專業(yè)性強(qiáng)，理論性與實(shí)踐性強(qiáng)，而且與產(chǎn)業(yè)結(jié)合非常緊密，然而操作性較差；在高速發(fā)展的“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，原有的課程體系已不再適應(yīng)現(xiàn)代化教育。針對(duì)上述情況，在新教學(xué)環(huán)境下，在兼顧教學(xué)任務(wù)與注重培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的同時(shí)，如何構(gòu)建適合《電池技術(shù)概論》課程的教學(xué)體系，成為本文主要關(guān)注和要解決的問題。因此，本文擬從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行分析和探討。具體闡述如下：

1 《電池技術(shù)概論》課程教學(xué)實(shí)踐中存在的問題

1.1 課程內(nèi)容設(shè)置不合理

(1)課時(shí)較少，但課程內(nèi)容龐雜，重點(diǎn)不夠突出，講授難度大，既不利于學(xué)生對(duì)于知識(shí)的有效掌握，也不利于教師在有限的教學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)的知識(shí)講授和拓展、對(duì)學(xué)生進(jìn)行能力訓(xùn)練以及實(shí)施靈活的教學(xué)手段。課程中需要介紹的電池種類繁多，如當(dāng)代主流的電池就有：鋅錳干電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、燃料電池、光伏電池、溫差電池、超級(jí)電容器等，新型的電池，如金屬空氣電池和全固態(tài)電池等。從電源基礎(chǔ)，如電池的基本概念、基本組成結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)、技術(shù)參數(shù)，到電池組件的工藝，再到實(shí)際運(yùn)用，《電池技術(shù)概論》課程內(nèi)容涵蓋廣泛，涉及的知識(shí)面較廣，導(dǎo)致在有限的課上時(shí)間(32學(xué)時(shí))內(nèi)無法將理論知識(shí)展開充分講解，同時(shí)預(yù)留給學(xué)生在課堂上表現(xiàn)的時(shí)間也較少，尤其是在大班授課的情況下。

(2)教學(xué)內(nèi)容不適用，缺乏時(shí)效性和實(shí)用性。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)切實(shí)反映社會(huì)技術(shù)先進(jìn)水平。隨著世界各國(guó)在新能源電池技術(shù)和材料技術(shù)研究中不斷取得突破，電池的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都有了很大發(fā)展，新的電池體系和新型的電極材料層出不窮，全新的反應(yīng)機(jī)制、先進(jìn)的制備技術(shù)和生產(chǎn)工藝等也不斷涌現(xiàn)，其應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛。因此課程知識(shí)陳舊、老化，相對(duì)于前沿科學(xué)技術(shù)而言存在較大的滯后。例如，商業(yè)化的鋰離子電池正極已由傳統(tǒng)的LiFePO4，LiCO2，LiMn2O4發(fā)展到現(xiàn)在的三元材料，容量也相應(yīng)地提高到了200 mAh/g以上。

(3)課程專業(yè)性、理論性強(qiáng)，概念過于抽象，涉及物理、化學(xué)、材料和電化學(xué)學(xué)科。選課的本科生有來自電子信息類、材料等工科學(xué)科，物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等理科學(xué)科，也有來自英語、馬克思主義和人文等文科學(xué)科，學(xué)生的專業(yè)背景差異大，在相同知識(shí)的掌握上，特別是對(duì)于新能源電池的基本理論和基本知識(shí)，如電化學(xué)基本原理及在材料科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用、反應(yīng)機(jī)理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)理論分析、電池性能的影響因素、器件對(duì)材料的基本要求以及材料合成等存在較大差異，并且學(xué)生大都沒有相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)以應(yīng)對(duì)課程相關(guān)內(nèi)容的理解，容易跟不上課堂節(jié)奏，從而產(chǎn)生厭倦和抵觸情緒。

(4)電池技術(shù)是集理論性、技術(shù)性、應(yīng)用性于一體的學(xué)科，與我們的日常生活和能源產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密，但目前課程內(nèi)容安排上主要以基礎(chǔ)理論為主，沒有將理論知識(shí)與生活實(shí)際很好的銜接，因此，在教學(xué)過程中，頻繁出現(xiàn)出現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性低、基礎(chǔ)概念模糊混雜、應(yīng)用能力差等現(xiàn)象和問題。

1.2 教學(xué)方式單一、落后，教學(xué)過程模式化、機(jī)械化

現(xiàn)在的教學(xué)模式沿襲了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以教師的灌輸型教學(xué)為主，教師按照預(yù)設(shè)好的教學(xué)場(chǎng)景進(jìn)行教授，并且尚未開設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。這種方式易引起學(xué)生對(duì)一些基本原理、術(shù)語感到枯燥，加之學(xué)生課下花費(fèi)時(shí)間少，對(duì)抽象概念一時(shí)難以消化。雖然在以往的教學(xué)中很早便意識(shí)這些問題，并在教學(xué)過程中利用多媒體課件中的圖片、動(dòng)畫和視頻來予以直觀呈現(xiàn)，但效果不夠顯著，并且對(duì)于電池這門實(shí)踐性較高的課程來說，最好還是能結(jié)合一定的實(shí)驗(yàn)手段來表述，但是，作為一門全校公選課，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的操作性卻很低，不利于教研并重型教師長(zhǎng)處的發(fā)揮，也難以培養(yǎng)學(xué)生的探究興趣、動(dòng)手創(chuàng)新能力、研究和分析的能力。而確定性的教學(xué)過程忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、主觀能動(dòng)性和獨(dú)立思考的能力。隨著教育改革的深化，以及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的、單一的教學(xué)模式已經(jīng)難以滿足教學(xué)的需求，探索如何改革教學(xué)方式、強(qiáng)化理論與實(shí)踐相結(jié)合、提高學(xué)生積極性和課堂參與度是當(dāng)前課程教學(xué)改革中需要解決的一個(gè)重要問題。

1.3 考核評(píng)價(jià)方式不夠全面、合理

教學(xué)考核方式應(yīng)按照實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)和提高課堂教學(xué)效果服務(wù)來科學(xué)制訂，并與教學(xué)方式的實(shí)施齊頭并進(jìn)，對(duì)學(xué)生的考核應(yīng)始終貫穿在整個(gè)教學(xué)過程中。《電池技術(shù)概論》課程的考核評(píng)價(jià)體系已有所改進(jìn)，更加關(guān)注學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，如分組討論情況，但評(píng)價(jià)不夠全方位，考察的重點(diǎn)仍是學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，如平時(shí)的作業(yè)和期末大論文，忽略了對(duì)教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)情感、態(tài)度、策略、思考研究能力等方面的評(píng)價(jià)。此外，評(píng)價(jià)的主體比較單一，目前仍是由教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能很客觀的評(píng)價(jià)小組中的每位成員的表現(xiàn)和對(duì)團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)，學(xué)生處于一種消極的被動(dòng)地位。

2 課程教學(xué)策略的探討與實(shí)踐

2.1 優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)框架，提高教學(xué)前瞻性、實(shí)用性

(1)面對(duì)教學(xué)過程中，課程呈現(xiàn)的課時(shí)少、內(nèi)容多、知識(shí)體系繁雜，難講授等特點(diǎn)，一方面教師應(yīng)該根據(jù)電池技術(shù)及材料的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，注重邏輯，總結(jié)規(guī)律，重新組織、優(yōu)化、精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)，同時(shí)將部分內(nèi)容更多地放到課外學(xué)習(xí)時(shí)間中去。例如，應(yīng)重視知識(shí)點(diǎn)梳理歸納，注重知識(shí)的連貫性，比如緒論扼要地闡述了電池的分類：化學(xué)電池、物理電池和生物電池，其中化學(xué)電池又分為一次電池、二次電池和燃料電池，使學(xué)生清晰課程的結(jié)構(gòu)和整體教學(xué)思路。涉及的電池體系較多，應(yīng)系統(tǒng)歸納其特性和共性問題，注意前后的聯(lián)系，不滿目孤立地介紹一種電池體系，比如電池的過充過放，對(duì)不同體系一般都是導(dǎo)致內(nèi)壓升高和材料結(jié)構(gòu)破壞，使學(xué)生能夠?qū)⒁颜莆盏闹R(shí)體系相互銜接，減少重復(fù)勞動(dòng)。重點(diǎn)突出器件的基本組成、工作原理、基本技術(shù)參數(shù)及電池的維護(hù)保養(yǎng)等應(yīng)用情況。要求學(xué)生在課外提前搜集資料，對(duì)課上的問題能提前熟知。

(2)教師自身的專業(yè)知識(shí)和國(guó)際視野對(duì)教學(xué)質(zhì)量影響顯著，因此，教師自身需要不斷進(jìn)步，隨時(shí)更新知識(shí)，把握電池最新的研究成果及未來的發(fā)展趨勢(shì)，借助網(wǎng)絡(luò)與文獻(xiàn)資料以及自己的科研見解和經(jīng)歷，引導(dǎo)學(xué)生追蹤新能源電池領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前言問題，開拓學(xué)生視野，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)教師可以充分利用自身與團(tuán)隊(duì)在電池研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，分享團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行的研究工作、新發(fā)表的論文，使學(xué)生接觸到最新的電池技術(shù)、材料、制備工藝、資料和設(shè)備等。

(3)為增加學(xué)生的接受度，盡量用通俗易懂的語言輔以圖片、多媒體動(dòng)畫等手段來形象描述電化學(xué)的基本原理和概念，同時(shí)需摒棄一些晦澀的深?yuàn)W的理論，注重基本理論知識(shí)、概念的科普性介紹。不同學(xué)科學(xué)生對(duì)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)、廣度和復(fù)雜性的要求不同，因此，教學(xué)過程的設(shè)計(jì)總體應(yīng)兼顧不同專業(yè)的需求，不過分追求學(xué)生對(duì)電池內(nèi)部機(jī)理及理論的掌握，而應(yīng)重視學(xué)生思維的培養(yǎng)，但與此同時(shí)，對(duì)于能源與動(dòng)力專業(yè)的學(xué)生或者對(duì)該領(lǐng)域感興趣，將來有志于從事該方面研究和工作的學(xué)生，可以為他們做些額外指引，以便于他們將來自主深入學(xué)習(xí)，主要是側(cè)重于理論素養(yǎng)的提高和課堂上精簡(jiǎn)掉的內(nèi)容的學(xué)習(xí)，如電池機(jī)理、儲(chǔ)能材料的結(jié)構(gòu)、研發(fā)和表征方法、電池體系存在的問題和解決辦法、關(guān)鍵材料的作用和制備、電池體系的開發(fā)，允許這些學(xué)生參與教師的科研工作。

(4)建立以學(xué)生應(yīng)用為中心的教學(xué)思路，提高學(xué)生所學(xué)電池知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力、高階思維和創(chuàng)業(yè)能力。一方面，理論聯(lián)系實(shí)際使用環(huán)境，通過實(shí)例講解，提高學(xué)生理解度，比如，通過探討在鋰電的潮流下，為何豐田混合汽車獨(dú)愛鎳氫電池，學(xué)生可以對(duì)鋰離子電池和鎳氫電池的原理、特性和各自的優(yōu)缺點(diǎn)有更深層次的認(rèn)識(shí)。另一方面，減少理論講解時(shí)間，在大綱中增加學(xué)生容易掌握和更樂于接受的應(yīng)用內(nèi)容的比重，豐富課堂內(nèi)容，強(qiáng)化課程內(nèi)容的廣泛性建設(shè)、趣味性建設(shè)，比如可以為新能源車、手機(jī)和筆記本電腦電池、柔性屏、電池安全(短路、過充、熱沖擊等)和保養(yǎng)、分布式儲(chǔ)能、地方能源產(chǎn)業(yè)特色等這些與我們生活息息相關(guān)的內(nèi)容設(shè)置專門模塊[2]，結(jié)合特斯拉、寧德時(shí)代等電動(dòng)車和能源公司的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)和股票信息、充電樁建設(shè)等時(shí)事新聞，以專題報(bào)告的形式單獨(dú)講解，課程內(nèi)容中補(bǔ)充節(jié)能環(huán)保減排知識(shí)、法律、政策和倫理和社會(huì)案例等，如廢鉛酸電池違法回收案件。

2.2 教學(xué)方式多樣化、數(shù)字化

教學(xué)方法的更新?lián)Q代和創(chuàng)新是激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和課堂參與、促進(jìn)學(xué)生探究性、個(gè)性化學(xué)習(xí)，提高學(xué)生知識(shí)、思維、能力的技術(shù)保障。在教育信息化發(fā)展的今天，針對(duì)電池技術(shù)公選課內(nèi)容涉及領(lǐng)域廣，課程改革后知識(shí)點(diǎn)多而不深的特點(diǎn)，在教學(xué)中需有機(jī)結(jié)合和靈活利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)模擬、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等多種先進(jìn)科學(xué)的數(shù)字技術(shù)、資源，主要從以下兩方面改進(jìn)：

(1)整合線上線下課程，強(qiáng)化教學(xué)互動(dòng)：如適當(dāng)?shù)囊搿胺D(zhuǎn)課堂”這種新型的授課模式。在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，學(xué)生可以利用多媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)提前預(yù)覽與課程相關(guān)的電子教學(xué)資料，如教師在自己建設(shè)的網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)上上傳的錄課、電子教案、課件、科技前沿知識(shí)，教育平臺(tái)(百度傳課、騰訊課堂)上的學(xué)習(xí)視頻，“慕課”、“微課”微視頻等[3]。通過線上預(yù)習(xí)，學(xué)生帶著疑問到課堂，提出一些有深度的問題，或就理解不透的內(nèi)容與老師和同學(xué)互動(dòng)，有利于知識(shí)的內(nèi)化，同時(shí)也省去某些問題的講解時(shí)間。這就要求教師做好“導(dǎo)學(xué)案”[4]設(shè)計(jì)，為學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)做好引導(dǎo)，以提高翻轉(zhuǎn)課堂的效果。同時(shí)，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動(dòng)中，融入基于分組合作的項(xiàng)目訓(xùn)練：學(xué)生組團(tuán)后自主選題，分工協(xié)作，查閱標(biāo)準(zhǔn)和資料以及小組討論等，最后鼓勵(lì)學(xué)生上臺(tái)作ppt匯報(bào)。這種開放式的雙向教學(xué)模式，以教師為導(dǎo)向(督導(dǎo)者)，學(xué)生為中心(主體)，它的加入，營(yíng)造了一種會(huì)話式的寬松的教學(xué)氛圍，極大地啟動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的力度與廣度，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的能力，減少了學(xué)生對(duì)老師的依賴。同時(shí)還促進(jìn)了不同專業(yè)學(xué)生的交流，鍛煉了學(xué)生文獻(xiàn)搜索和調(diào)研的能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)以及思考和解決問題的能力。

(2)增設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)：借助基于VR和AR技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目資源開展緊扣教學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)[5]，作為課程的生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。該方法通過構(gòu)建一個(gè)優(yōu)良的，虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生身臨其中，進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，在有效地促進(jìn)知識(shí)的表達(dá)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)新能力的同時(shí)，可大大降低實(shí)訓(xùn)的成本和風(fēng)險(xiǎn)，[6]有效化解實(shí)驗(yàn)條件短缺、教學(xué)演示困難和電池安全隱患的問題。通過在線實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上的仿真軟件，教師可隨時(shí)隨地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電池材料合成、電極片制備、電池拆裝、常規(guī)的性能(容量、穩(wěn)定性、安全性)測(cè)試和評(píng)價(jià)等仿真操作，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練交替，加深了學(xué)生對(duì)動(dòng)力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理、性能參數(shù)、測(cè)試方法和制造工藝的理解，了解了新能源電池科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的一般方法，也加強(qiáng)了教學(xué)與生產(chǎn)的對(duì)接。教師亦可構(gòu)建一些其它的虛擬教學(xué)場(chǎng)景，如應(yīng)用性較強(qiáng)的綜合模擬實(shí)驗(yàn)、探究性的趣味實(shí)驗(yàn)或開放性實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景等。

2.3 構(gòu)建基于過程的多元評(píng)價(jià)體系

由于上述新的教學(xué)方式更加重視學(xué)生參與教學(xué)，評(píng)價(jià)體系將相應(yīng)地作以下調(diào)整：課堂出勤(10分)，互動(dòng)問答(10分)，仿真操作(10分)，在團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目訓(xùn)練計(jì)劃過程中的表現(xiàn)(20分)，ppt講解效果和反映出的調(diào)研成果(20分)，撰寫項(xiàng)目個(gè)人總結(jié)(30分)，即主要考核學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、效果和綜合能力，通過學(xué)生自評(píng)(10%)，團(tuán)隊(duì)成員互評(píng)(40)和教師評(píng)價(jià)(50%)相結(jié)合，計(jì)算出總評(píng)成績(jī)，實(shí)現(xiàn)開放的、多元化的評(píng)價(jià)。這種新的考核體系可以引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地主動(dòng)學(xué)習(xí)，繞開應(yīng)試教育的陷阱，充分發(fā)揮出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。

3 結(jié) 語

電池技術(shù)與我們的生活密切相關(guān)。本文結(jié)合本課程的特點(diǎn)、學(xué)生實(shí)際需求以及已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)等，分析了教學(xué)現(xiàn)狀，并從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式三方面進(jìn)行教改初探，創(chuàng)造性地在傳統(tǒng)教學(xué)中融入信息化手段，解決教學(xué)難題，旨在打造一個(gè)以學(xué)生為主體的高效體驗(yàn)式課堂，以適應(yīng)新的教育發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)出與社會(huì)接軌的復(fù)合型人才，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)共同體的成長(zhǎng)。