《能源材料》课程的教学实践与改革探索

1、    能源材料课程的教学实践与改革探索    毛景 胡俊华 姚志强 张晓俐【摘要】能源材料是材料科学与工程专业的一门核心专业课程。针对该课程教学中的内容涉及面广、与科研生产实际联系密切以及前沿领域内容更新快等特点，我们从教学内容、教学方法与手段、考核与反馈等方面进行了改革。探讨了本门课程教学过程中如何调动学生学习和参与的积极性、激发学生对课程的兴趣、优化教学内容和教学方法以及改进考核与反馈环节，将教学与科研和生产实践相结合，提高整体教学效率的可行措施。【关键词】能源材料 教学方法 改革 考核 反馈g642.0 a 2095-3089（2019）09-0

2、228-02能源材料是材料科学与工程专业的一门核心专业课程，是将材料科学的理论基础应用于能源材料领域的一门课程，在介绍各种能源材料的理论、构成、制备、性能与应用和发展趋势的同时，要求学生初步具备将材料科学基础理论与能源材料科研与生产实践相结合的能力，与材料化学材料物理固体物理金属材料材料科学基础电化学等课程内容交叉较多。能源材料课程的主要内容包括：1.传统能源材料，如火电材料、核电材料等；2.新型可再生能源材料，如二次电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、半导体照明发光材料、风电材料、热电材料等。1.能源材料课程特点1.1知识点多，内容涉及面广本课程不仅涉及传统能源材料，还涉及新能源材料，不

3、仅涉及的能源种类繁多，而且涉及的基本原理也很多，如物理化学、金属材料、固体物理、结构化学、电化学中关于材料的结构、组成、制备、性能，能量存储与转换，物质之间相互作用与反应，电子传输与界面等基本原理。如此知识点庞杂、涉及面广泛的课程，要求主讲人能够把握主线、恰当设计、突出重点、循序渐进。1.2与科研生产实际联系密切能源材料作为一门沟通基础与应用的课程，和科研生产实际联系非常密切。课程的每一部分内容都广泛地应用与生产和生活，和人们的生活息息相关。其有利因素在于容易激发学生学习的兴趣，其挑战在于需要主讲人有丰富的科研经历和生产实践的知识，需要紧密地将讲授内容与实际相结合，并引导学生利用课程所学知识分

4、析解决科研生产实际遇到的问题。1.3前沿领域内容更新快能源材料是一门前沿热门科学，特别是新能源材料，是当前前沿热点，因此内容和知识更新换代非常快，这需要主讲人能够把握当前前沿科研进展，及时更新教学内容，确保教学与科研不脱节。2.能源材料教学内容设计与改革2.1针对本课程知识点多，内容涉及面广的特点，对课程内容进行了重新编排与梳理。将课程分成两个大的板块：传统能源材料和新能源材料。针对传统能源材料，重点讲述其基本原理和生产应用，针对新能源材料，则在此基础上，增加前沿知识，使学生了解其发展阶段、存在的问题、解决问题的思路、发展趋势等。将原理特点方法应用发展作为一条主线贯穿整个教学内容，使教学内容有

5、内在逻辑，又将知识点适当重复，相互交联，形成具有主线、逻辑，相互交联成网的课程架构。内容设计还注意突出重点，将重点放在应用广泛、和生产生活结合紧密的一些能源材料上。此外，由于本课程面向金属材料、材料化学和无机非金属材料三个二级学科的学生，因此针对三个专业学生的课程基础，在相应的基础部分，增加了基础知识的回顾，从而为不同专业学生补齐了短板。2.2针对与科研生产实际联系密切的特点，增加了与实际相结合的内容的比重。采取案例式编排，每一部分选取一个生产或科研案例，针对案例进行剖析，讲解如何从基本原理出发，将原理应用于实际生产科研，如何结合实际恰当设计工艺流程、工艺参数，如何恰当选取设备，如何对生产过程

6、进行检测与评价，如何选取研究路线、设计研究方案、科学分析數据、得出研究结论。采取文字、图片、视频相结合的方式，营造更加生动和贴近实际的教学环境。针对重点讲述的锂离子电池材料，组织学生参观相关企业或邀请企业生产技术人员讲课，取得了良好效果。组织学生参观校内相关的实验室，使学生现场了解相关科研流程。2.3针对前沿领域内容更新快的特点，随时根据最前沿的研究进展补充更新课程内容。通过查阅最新国内外文献、参加学术会议、与业内企业交流等方式获取最新研究进展，并提炼出适合学生水平的内容，与原有的课程内容有机结合，使课程内容不断循环更新，不与时代脱节。3.能源材料教学方法改革与创新3.1引入“翻转课堂”理念，

7、将课堂讲授与学生参与结合起来我们认为，单纯的翻转课堂或者课堂讲授，都不足以达到最大化的教学效果。课堂讲授的优点在于系统完备、全面深入，能够尽可能地将必需的知识传递给学生，缺点在于不能够发挥学生的积极性，学生的参与感不强，难以获得独立分析解决问题的能力。以学生参与为主的“翻转课堂”，优点在于可以发挥学生的主动学习能力，有利于调动学生积极性，锻炼学生的分析解决问题能力，但缺点在于不能保证课程体系的完备性，不利于系统掌握本门课程的内容。基于上述分析，本课程采取了课堂讲授为主、学生参与为辅的教学策略，重点对学生参与的方法进行了改革与创新。学生参与环节，主要形式是安排每一个学生进行课堂学术报告。教师从课

8、程中精选出若干适合学生的报告主题，要求学生从中选择一个进行符合学术规范的课堂报告。教师对ppt制作，报告内容编排，口头报告注意事项进行讲授和演示，要求学生按照规范进行准备。学生根据主题查阅资料，提炼内容，制作ppt课件并上台演讲，在准备过程中，教师随时接受答疑。每一个演讲结束后，都安排其他学生提问交流，最后由教师作出点评，指出优点与不足。通过这样的教学环节，学生普遍反映受到了生动的理论联系实际、结合课程解决问题以及如何恰当表达自己的思想等方面的训练，收到了良好的效果。3.2改进多媒体教学手段课程采取板书与多媒体课件结合的方式进行教学。针对一些公式推导环节，采取板书教学，有利于学生跟上推导思路、

9、掌握推导过程、学会分析问题。针对一些较为抽象以及涉及生产过程的环节，除了文字和图片课件外，还增加了大量的视频和动画课件。如火电机组、核电机组、风电发电机、锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等的工作原理，在课堂放映了反映这些原理的动画，并进行讲解，克服了过去枯燥抽象的弊端。还收集放映了反应火电、核电、锂离子电池制备、太阳能电池组装等的现场视频资料，使学生如身临其境般感受生产现场的实际场景，收到了良好的教学效果。4.能源材料考核与反馈环节的改革探索本课程大胆采用了考核与训练相结合的考核方法，打破了过去教学与考核相互分离的弊端。考核分为平时成绩和期末成绩两部分，平时成绩包括课堂出勤和课堂报告打分，期末

10、考核主要是课程论文。课堂报告和课程论文不仅是考核环节，同时也是教学环节。教师对准备过程全程指导，特别是期末课程论文，严格要求学生按照学术规范撰写，不达标者指出问题，个别指导，直到完全达标。这样，就使课程论文在承担考核功能之外，还承担了教学功能，使学生受到了初步正规的学术训练。教学反馈是不断改进教学内容的重要环节，课程将考核与教学反馈相结合，在课堂报告和课程论文沟通中，发现课堂教学问题，了解学生意见建议，并随时改进教学内容和方式。5.总结能源材料是材料科学与工程专业的一门核心专业课程，针对该课程的特点，我们在教学内容、教学方法、考核与反馈等方面进行了改革创新，收到了良好的效果。下一步将继续根据教学中收到的反馈，从内容到形式继续改革创新，不断结合能源材料领域科研和生产的最新进展，完善教学设计，进一步提高本课程的教学质量与