黨杰　羅群　楊艷　韓廣　李謙

摘? 要：新能源材料對“碳達(dá)峰、碳中和”國家戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的支撐作用。新能源材料與器件課程是新能源材料研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是新能源人才培養(yǎng)過程中的主干課程，現(xiàn)有教學(xué)模式很難滿足對高質(zhì)量新能源人才的培養(yǎng)，因此該文提出將“智慧教學(xué)”理念及“O2O模式”應(yīng)用到課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。通過信息化技術(shù)搭建智慧教育平臺，延伸教與學(xué)的邊界，建構(gòu)出一種虛實(shí)相生、情境結(jié)合、意象交融的教學(xué)空間；通過智能化的方式提高教學(xué)效率，增強(qiáng)教學(xué)互動，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，加強(qiáng)信息反饋和教學(xué)管理。從而開發(fā)教師和學(xué)生的聰明才智和主觀能動性，使投入得到最大化產(chǎn)出、獲得最優(yōu)學(xué)習(xí)效果，支撐我國新能源人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：新能源材料與器件；O2O；智慧教學(xué)；互動式教學(xué)法；碳達(dá)峰、碳中和

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）07-0005-04

Abstract： New energy materials play an important role in the realization of the national strategic goals of "peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality". New Energy Materials and Devices is the foundation of research and applications of new energy materials， and is also the main curriculum in the training process of new energy talents. The current teaching mode should be improved to meet the demand for new energy cultivating talents. Hence， this paper puts forward that the "intelligent tutoring" and "O2O mode" should be used in all the aspects of teaching. The intelligent educational platform is built based upon the information technology and the education boundary will be crossed. An educational environment full of possibilities is constructed. Based on the intelligent platform， the teaching efficiency is improved， the interactive activities and enthusiasm are enhanced， the feedback and management are enhanced， and therefore， the learning efficiency of the students is improved. As a result， the initiative and inborn ability of both lecturers and students are developed， and the output with respect to the investment will be maximized. In all， the developed "O2O intelligent tutoring mode" will greatly support the training of new energy talents in our country.

Keywords： New Energy Materials and Devices; O2O; intelligent tutoring; interactive teaching method; peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality

由于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，我國對能源的消費(fèi)需求一直呈現(xiàn)上升趨勢，但同時碳排放量也逐年增加。氣候變化已成為全球性問題，減少碳排放是全球必須團(tuán)結(jié)起來做的大事，其關(guān)乎全人類的未來健康可持續(xù)發(fā)展。目前，全球已超過137個國家提出“碳中和”目標(biāo)或愿景。2020年9月，我國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，力爭于2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中再次強(qiáng)調(diào)：“加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型……實(shí)施全面節(jié)約戰(zhàn)略……發(fā)展綠色低碳產(chǎn)業(yè)……倡導(dǎo)綠色消費(fèi)，推動形成綠色低碳的生產(chǎn)方式和生活方式。”同時指出目前應(yīng)當(dāng)積極穩(wěn)妥推進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”、深入推進(jìn)能源革命、加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。隨著“碳達(dá)峰、碳中和”國家戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，傳統(tǒng)石化能源行業(yè)發(fā)展進(jìn)入低谷期，在政策加持下，我國新能源產(chǎn)業(yè)將邁入黃金發(fā)展期。我國生態(tài)環(huán)境部等七部門制定方案指出，統(tǒng)籌能源安全和綠色低碳發(fā)展，推動能源供給體系清潔化低碳化和終端能源消費(fèi)電氣化。實(shí)施可再生能源替代行動，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能和地?zé)崮艿龋虻刂埔碎_發(fā)水電，開展小水電綠色改造，在嚴(yán)監(jiān)管、確保絕對安全前提下有序發(fā)展核電，不斷提高非化石能源消費(fèi)比重。多部委也制定了綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，提出優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率、大力發(fā)展新能源，構(gòu)建安全、清潔、高效和可持續(xù)的現(xiàn)代能源戰(zhàn)略體系。

可以看出，新能源產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的機(jī)遇。而新能源人才培養(yǎng)是推動我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，培養(yǎng)大批從事新能源開發(fā)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與工程技術(shù)人才成為我國發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。然而，目前新能源人才缺口巨大、高端人才缺失問題凸顯，亟待破解。

一? 新能源材料與器件課程介紹及開展教學(xué)改革的必要性

教育是民族振興、社會進(jìn)步的重要基石，是對中華民族偉大復(fù)興具有決定性意義的事業(yè)。雖然，我國教育部加強(qiáng)對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科專業(yè)的布局和建設(shè)，并于2010年設(shè)立了新能源材料與器件專業(yè)，但是作為新興專業(yè)（涉及物理、化學(xué)、材料和電子電工等多個學(xué)科交叉）[1]，其相關(guān)課程的建設(shè)及思政教育仍相對滯后[2-3]。新能源材料與器件課程是關(guān)于新能源材料研究與應(yīng)用的主干課程，也同時是建立在大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、物理化學(xué)、半導(dǎo)體物理與器件、材料物理化學(xué)及電化學(xué)原理與應(yīng)用等基礎(chǔ)課和專業(yè)課之上的一門課程，專業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣[4]，其內(nèi)容主要包括新能源材料與器件的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)講述鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池等工作原理、相關(guān)材料種類及制備工藝、電池器件結(jié)構(gòu)等。本課程開設(shè)的主要目的是為了使學(xué)生了解新能源材料與電池的發(fā)展?fàn)顩r及未來的發(fā)展方向；掌握各類新能源電池的基本概念和基本結(jié)構(gòu)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和新能源材料相關(guān)領(lǐng)域的研究打下基礎(chǔ)。因此，該課程的重要性不言而喻，但是本課程相較于其他課程，更偏重理論、內(nèi)容枯燥，按照目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式，由老師線下講解課程內(nèi)容，其手段單一，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，不利于本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)與培養(yǎng)。因此，為了解決傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來的問題，更好地讓學(xué)生學(xué)好該課程，更加牢固地掌握相關(guān)的知識與應(yīng)用，亟待探索和建設(shè)適用于新能源材料與器件課程的新教學(xué)模式。

近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)教育的飛速發(fā)展、信息化教育方式的深入改革，共同催生出“智慧課堂”這一全新的教育理念[5]。智慧課堂是“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下一種新的教學(xué)模式，由互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、混合式教學(xué)、移動教學(xué)、智能測評和數(shù)字化管理等要素構(gòu)成，更加重視學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)備和學(xué)習(xí)途徑的擴(kuò)展，為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)資料，同時教師也可以在線了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[6-8]。當(dāng)然“智慧教學(xué)”并不是全部依賴于網(wǎng)絡(luò)終端，而是更加強(qiáng)調(diào)基于O2O（Offline to Online）的智慧教學(xué)模式。該模式可以整合各方優(yōu)秀教育資源來促使教育效力的最大化；同時它結(jié)合了線上線下、課上課下的教學(xué)優(yōu)勢，教學(xué)方法靈活多樣，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。特別是在后疫情時代，在線上教育快速發(fā)展和線下課堂有序恢復(fù)過程中，新的O2O智慧教學(xué)模式無論是對疫情常態(tài)化防控還是高效教學(xué)都發(fā)揮著重要的作用，新的教學(xué)模式可以使老師和學(xué)生通過手機(jī)、電腦等便捷的移動端設(shè)備來進(jìn)行交互式教學(xué)活動，學(xué)習(xí)不再受時間和地點(diǎn)的限制，大大提高了教師與學(xué)生之間的交流效率。

早在《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》中就明確提出，要“培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”。Khan Academy及各種在線課程（TED、Coursera、MOOC、雨課堂和網(wǎng)易公開課等）猶如雨后春筍般地出現(xiàn)在人們的視野中，并且越來越多地吸引著全社會的關(guān)注?；ヂ?lián)網(wǎng)的存在已經(jīng)完全打破了物理距離的障礙，將全世界的學(xué)校、研究所、圖書館等各種信息資源聯(lián)結(jié)起來，成為一個海量信息資源庫，實(shí)現(xiàn)了知識在全世界范圍內(nèi)的傳遞，一種全新的教育形式正在形成，這是大學(xué)課程教學(xué)謀求新發(fā)展的一次新機(jī)遇，但也對大學(xué)的教育工作者提出了新的挑戰(zhàn)，可以說機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。

因此，本文提出以新能源材料與器件這一核心課程為教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐對象，將“智慧教學(xué)”理念及“O2O模式”推廣并應(yīng)用到課程教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié)中。一方面，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)為導(dǎo)向；另一方面，以拓展教師教授方法為目標(biāo)。重點(diǎn)發(fā)掘融合移動互聯(lián)網(wǎng)與線上線下學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)新思路與新方法，智慧地利用各類教學(xué)手段和設(shè)備，可以開發(fā)教師和學(xué)生的聰明才智和主觀能動性，使投入得到最大化產(chǎn)出、獲得最優(yōu)學(xué)習(xí)效果，從而實(shí)現(xiàn)建設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、強(qiáng)化學(xué)習(xí)過程、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)效果的目的。

二? O2O智慧教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)路徑

新能源材料與器件課程以“智慧教學(xué)”理念和“O2O”手段為出發(fā)點(diǎn)和研究思路，以提高課程教學(xué)效率、學(xué)生學(xué)習(xí)能力、增強(qiáng)師生互動為主要目標(biāo)。通過信息化技術(shù)搭建智慧教育平臺，延伸教與學(xué)的邊界，建構(gòu)出一種虛實(shí)相生、情境結(jié)合、意象交融的教學(xué)空間；通過智能化的方式提高教學(xué)效率，增強(qiáng)教學(xué)互動，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，加強(qiáng)信息反饋和教學(xué)管理。具體實(shí)踐路徑如圖1所示。

（一）? 優(yōu)化課程內(nèi)容

正是因?yàn)樾履茉床牧吓c器件專業(yè)發(fā)展起步晚，其課程建設(shè)的時間緊、任務(wù)重。課程內(nèi)容和教學(xué)大綱是一門課程的核心，該課程從緒論（電池材料發(fā)展趨勢和方向）、鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池和儲氫材料五個板塊展開，修訂了課程大綱、優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容。對于課程中的難點(diǎn)，教師除在課上系統(tǒng)羅列相關(guān)的理論知識、公式方程等，對其原理和應(yīng)用著重介紹，同時引入案例教學(xué)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計，使學(xué)生掌握各種電池、儲氫材料的結(jié)構(gòu)及工作原理，盡可能讓學(xué)生更好地將理論與實(shí)踐結(jié)合，做到心中有數(shù)。同時以建設(shè)O2O智慧教學(xué)模式為導(dǎo)向，借助互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)置線上線下內(nèi)容。如在線下分享電池材料的發(fā)展歷程、前沿方向、頂流科學(xué)家的故事、最新的科研熱點(diǎn)和科技成果，并將其融入到課程教學(xué)內(nèi)容中，開拓學(xué)生的視野，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對于課上學(xué)生難以理解的問題，也可以借助線下平臺，引入豐富的圖表和視頻、科普知識，或其他相關(guān)的課程內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地去理解，從而提高學(xué)習(xí)效率。

使課程內(nèi)容緊扣國家重大戰(zhàn)略需求和行業(yè)發(fā)展方向，突出課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生熟練掌握；利用線上學(xué)習(xí)平臺，引入國內(nèi)外新能源材料與器件相關(guān)的電子文檔、錄像視頻、前沿研究方向和最新科研成果等資源，以開拓學(xué)生的眼界，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）? 完善線下課堂教學(xué)方式

傳統(tǒng)教學(xué)模式下的線下課堂，需要學(xué)生到教室里面，與老師面對面進(jìn)行一對多或者一對一的教學(xué)，主要是依靠老師一個人傳道授業(yè)，學(xué)生被動地接受知識。線下教育更多的是經(jīng)驗(yàn)分享，雖然學(xué)生可以在課堂上直接和老師進(jìn)行溝通、實(shí)現(xiàn)實(shí)際互動，教師對學(xué)生也可以起到監(jiān)督的作用。但畢竟是一人說、多人聽的“灌輸式”教學(xué)模式，從而造成學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高、課堂氛圍沉悶等問題，因此通過課堂互動、作業(yè)測試、翻轉(zhuǎn)課堂等手段來進(jìn)行線下課堂教學(xué)建設(shè)。

在課堂互動中，采用IRF模式（發(fā)起互動Initiation-做出回應(yīng)Response-進(jìn)行反饋Feedback），課堂互動強(qiáng)調(diào)樹立學(xué)習(xí)共同體的意識，保障學(xué)生參與互動的積極性，形成學(xué)生與教師之間相互傾聽與分享的關(guān)系，尊重學(xué)生之間的差異、尊重不同的觀點(diǎn)，協(xié)同構(gòu)建知識，形成反思并探究解決問題。簡單來說，由教師首先介紹背景并拋出問題，學(xué)生對問題進(jìn)行分析思考，做出解答，最后師生共同討論。這樣做的效果將大大提高學(xué)生在課堂中的參與度，化被動為主動。同時引入作業(yè)測試，作為教學(xué)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵部分，作業(yè)承擔(dān)了教學(xué)中反饋、調(diào)節(jié)、銜接的作用。采取隨堂作業(yè)和課后作業(yè)兩種方式同時進(jìn)行，其目的分別是檢測學(xué)生對課上知識的掌握程度和督促學(xué)生課外學(xué)習(xí)，促進(jìn)整體教學(xué)質(zhì)量的提升。

最后，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂模式并自我改良。課上交換教師與學(xué)生的身份，由學(xué)生給學(xué)生和教師上課。課前通過劃分小組，布置分工，讓學(xué)生自行查閱資料，并總結(jié)資料中的內(nèi)容制作PPT，課上由學(xué)生向大家匯報，其他學(xué)生補(bǔ)充或提問，最后老師進(jìn)行點(diǎn)評。對教師而言，有利于教學(xué)思想的發(fā)散，有助于教師與學(xué)生互動答疑；對學(xué)生而言，可以增強(qiáng)學(xué)生的探究精神，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，更好地構(gòu)建知識體系。

通過完善線下課堂教學(xué)方式，豐富學(xué)習(xí)和教學(xué)手段，提升學(xué)生在課堂中的參與感，顯著加強(qiáng)師生互動，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識。

（三）? 創(chuàng)新線上課堂教學(xué)模式

線上課堂建設(shè)是整個O2O智慧教學(xué)模式的核心，主要依托于線上學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)（利用雨教學(xué)課堂、阿里云、騰訊會議和微信公眾號等），充分發(fā)揮線上平臺的功能，將課程相關(guān)通知、課件、習(xí)題解答和討論等集成為一體，教師學(xué)生可以隨時隨地分享學(xué)習(xí)心得及相關(guān)領(lǐng)域前沿科技，對授課內(nèi)容要點(diǎn)進(jìn)行學(xué)生意見的定期收集，通過學(xué)生自發(fā)的評論留言，實(shí)時掌握學(xué)生對所有授課要點(diǎn)的理解程度，在此基礎(chǔ)上便于教師及時調(diào)整授課節(jié)奏。與此同時，教師也利用互聯(lián)網(wǎng)平臺及時向?qū)W生反饋課后作業(yè)中存在的個性及共性問題，便于學(xué)生有的放矢地整理所學(xué)知識，使學(xué)生達(dá)到深化學(xué)習(xí)過程、獲取關(guān)鍵知識的效果。不論是課程內(nèi)容、課堂教學(xué)及課后平臺的建設(shè)，均緊密圍繞互聯(lián)網(wǎng)，充分利用軟件、平臺及應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的參與感，提升學(xué)生自動獲取知識的能力及培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生利用碎片時間學(xué)習(xí)，從而更容易吸收不斷增加的信息量。

1? 線上學(xué)習(xí)

包括小組學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)、闖關(guān)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和教學(xué)分析。小組學(xué)習(xí)可以激勵學(xué)生發(fā)揮出自己最高水平，達(dá)到“在合作中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中合作”的積極目標(biāo)；移動學(xué)習(xí)可有效地利用碎片化時間，同時也方便師生交流；闖關(guān)學(xué)習(xí)是將課堂教學(xué)目標(biāo)分散在各種“關(guān)”中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心，使學(xué)生有獲得知識的欲望和動力；自主學(xué)習(xí)通過把一些可在課程之外的知識放在線上平臺，供學(xué)有余力的學(xué)生自己選擇性閱讀以增長知識；教學(xué)分析可由學(xué)生和教師共同完成，結(jié)合線上線下學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題提出具體的改進(jìn)方案。

2? 教學(xué)反饋與評價

包括學(xué)習(xí)督導(dǎo)、學(xué)生評價、問卷調(diào)查、課堂報告和學(xué)生互評。學(xué)習(xí)督導(dǎo)主要是針對小部分學(xué)習(xí)主觀能動性不高的學(xué)生，適當(dāng)?shù)乇O(jiān)督有助于提高他們的學(xué)習(xí)效率和主動性；學(xué)生評價則是學(xué)生反映自身觀點(diǎn)或訴求的重要途徑，能為線上智慧課堂的建設(shè)更好地建言獻(xiàn)策、添磚加瓦；問卷調(diào)查能快速地使師生雙方獲取想要的資料和數(shù)據(jù)，為教學(xué)改進(jìn)提供方向；課堂報告針對線上課堂中出現(xiàn)的各種狀況進(jìn)行分析總結(jié)；學(xué)生互評通過對分組學(xué)習(xí)中大家的表現(xiàn)進(jìn)行評價，有助于學(xué)生了解自己的優(yōu)點(diǎn)與不足，促使學(xué)生改進(jìn)。

3? 教學(xué)管理

有效組織和科學(xué)管理線上課程的“教”與“學(xué)”，采用“智慧教學(xué)”的管理模式：學(xué)習(xí)管理、考勤管理、成績管理、課程管理和資源管理。學(xué)習(xí)管理主要是為了實(shí)時查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；考勤管理同樣是起到一個監(jiān)督“學(xué)”的作用，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效率；成績管理則是方便學(xué)生對自己在課程中的表現(xiàn)有個直觀了解；課程管理方便線上線下課程的銜接，讓課程教學(xué)環(huán)節(jié)井井有條，“教”與“學(xué)”活動有序開展；資源管理可提高學(xué)生的查閱效率，并極大地豐富了知識儲備庫。

三? 結(jié)束語

新能源材料與器件是新能源領(lǐng)域?qū)I(yè)人才培養(yǎng)的必修課程，對支撐國家重大戰(zhàn)略及新能源人才培養(yǎng)具有重要意義。本文探討了以新能源材料與器件課程為教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐對象，以提高課程教學(xué)效率、學(xué)生學(xué)習(xí)能力、增強(qiáng)師生互動為主要目標(biāo)，將“智慧教學(xué)”理念及“O2O模式”應(yīng)用到課程教學(xué)各個環(huán)節(jié)的教學(xué)改革思路。通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方式（完善線下課堂教學(xué)方式，創(chuàng)新線上課堂教學(xué)模式），重點(diǎn)發(fā)掘融合移動互聯(lián)網(wǎng)與線上線下學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)新思路與新方法，智慧地利用各類教學(xué)手段和設(shè)備，開發(fā)教師和學(xué)生的聰明才智和主觀能動性，從而實(shí)現(xiàn)建設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、強(qiáng)化學(xué)習(xí)過程、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)效果的目的。

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基金項(xiàng)目：2022年重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目“基于STEM教育理念的混合式智能教學(xué)模式探索與實(shí)踐”（222009）；2021年重慶市高等教育學(xué)會高等教育科學(xué)研究課題“《新能源材料與器件》課程O2O智慧教學(xué)模式構(gòu)建”（CQGJ21A001）

第一作者簡介：黨杰（1988-），男，漢族，甘肅白銀人，博士，教授。研究方向?yàn)闅浼皻湟苯稹?/p>

*通信作者：李謙（1975-），男，苗族，貴州納雍人，博士，教授。研究方向?yàn)閮洳牧稀?/p>