《锂离子电池技术》课程教学改革探索与实践

孙宁波，司江菊，郭 娇，陈 玮

(新乡学院化学与材料工程学院，河南 新乡 453000)

随着世界经济的飞速发展，能源短缺和环境污染的问题变得日益严重。寻找清洁的绿色新能源成为当今世界共同努力的方向。锂离子电池具有储能密度高、循环寿命长、自放电小、环境友好等优点，使其在清洁新能源中占有很重要的一席之地。锂电行业作为可持续发展战略性新兴产业，已经成为世界各国抢占新一轮经济与科技发展制高点的重要战略之一。在国务院发布的《中国制造2025》中新能源汽车动力电池也被列为重点发展的十大领域之一，可见作为动力电池的锂电行业发展的重要性。目前锂电新能源产业正处于蓬勃发展的时期，随着其产业规模不断扩大，技术需求不断提升，对锂电专业技术人才的需求也在日益增长。因此，对口培养高素质锂电专业人才，从根本上保证锂电行业真正快速健康的发展具有重要的现实意义。

《锂离子电池技术》是为适应新能源锂电产业的发展而开设的一门专业基础课程，包含了系统全面的锂离子电池相关知识。可以为学生后续行业深造、从事相关科研工作奠定坚实的理论及实践基础，对锂电行业高水平应用人才的培养至关重要。通过实践教学不断改革和完善锂电新能源产业的人才培养体系和模式更是时代赋予的历史重任。本文将针对这门新开设的专业课，从课程内容、教学模式和教学手段三个方面出发进行思考和探讨，为培养高素质锂离子电池科研与从业人才提供思路。

1 锂离子电池技术改革的必要性

锂离子电池技术具有理论性强、技术更新快、多学科内容广泛的突出性质，与材料科学基础、电化学、材料化学、储能材料等课程联系紧密[1]。随着材料制备和应用技术的发展，各种电极、电解液新材料不断地被成功研发，并在新能源动力电池方面展现了广阔的应用前景。另外，由于消费者的胃口日益挑剔，关于锂电池的创新设计理念和方案不断更新并适用于更广阔的储能应用领域。这就促使了锂离子电池技术知识的不断更新。这些日新月异的行业变化不仅关系到国家新能源战略高地，而且对锂电从业者提出了更高的适应要求。更是对高校教育中关于锂离子电池技术的高素质应用人才培养提出新的挑战。此外，互联网信息技术的发展也为创新教学模式、增加教学手段带来新鲜血液。因此，从教学内容更新、教学模式及教学手段来看，锂离子电池技术课程的改革势在必行。更是培养应用型高素质锂电人才的必然要求。

2 课程改革的思考与探索

2.1 结合专业及应用发展背景，优化并更新课程内容

锂离子电池技术是一个集理论性与应用性于一体的高技术含量学科，随着新能源行业的飞速发展，与锂离子电池相关的先进材料、制备工艺、表征手段和行业技术标准等都在不断更新。然而，相关技术的发展并没有在课程内容中得到充分体现，课程内容远落后于科技发展水平。这使得《锂离子电池技术》课程教学中的理论知识与生产实际脱离较大，不能满足培养高素质应用人才的要求。其次，锂离子电池技术作为一门较新的课程，目前还没有非常权威或经典的教材。现有的常用教材如《锂离子电池原理与关键技术》、《锂离子电池应用与实践》、《锂离子电池——科学与技术》等由于编者学科背景差别，以及计划读者受众不同，并不十分适合现阶段本科教学。采用这些教材学习该课程，除了要求学生具有一定的材料、电化学和化学等方面的基础知识，还要求学生有一定的锂离子电池相关的理论功底。此外，常用教材所涉及的锂电知识体系内容庞杂，重点不突出，教学条理不清晰，这与课程教学课时数的限制形成了很大冲突。因此，在有限的课时数内，合理优化课程内容并根据行业发展融入和更新必要的科技前沿内容，调动和发散学生的思维及创新意识是锂离子电池技术课程教学过程中一个必须面对的问题。

我们根据近年来的教学实践经验，结合锂离子电池知识体系及课程培养目标，对锂离子电池技术这门课的内容进行了精简优化，使其条理清晰、层层递进。同时，根据技术发展现状更新了科技前沿相关知识，提高了学生的接受度和兴趣度。优化后的基础教学内容主要分为五个部分：

(1)锂离子电池的基本原理(包含电池结构、原理、关键性能参数)，此部分为锂离子电池技术这门课的基石，要求学生掌握全部内容。

(2)锂离子电池制造工艺及基本测试技术(包含电池的制备及装配工艺、测试技术、性能评价)，此部分可使学生迅速、直观、较全面的了解锂离子电池。可以为学生未来直接进入相关产业作铺垫，是学生必须掌握的知识和技能。为了更好的掌握本部分内容，除了教师课堂上讲述相关内容外，通过近几年的摸索，本校结合自身实际情况，修订了专业人才培养方案，配套了锂电实训平台，设置了两个32学时的锂电实训课及一个16学时的锂电实验课。因此，学生除了课堂学习外，还需要完成圆柱、软包、扣式锂离子电池的制备、装配、性能测试及评价。

(3)电极材料(正极材料、负极材料)。

(4)电解液(溶剂+盐)，在学生掌握了(1)、(2)两部分内容后，可以更深入的了解和学习电极材料和电解液，此部分为学生未来从事锂电相关材料研发、关注锂电技术壁垒、进行科学问题攻关做铺垫。除学习常规书本介绍的材料外，授课老师还需要在讲授相关知识时，不断联系并整合传统专业的学科资源，融入科学前沿内容，调动学生应用已经学过的基础课内容，启发他们发散思维并提高创新意识。

(5)其他(隔膜、集流体、粘结剂、导电剂)，此部分所涉及到的知识，主要是学生未来进入相关行业，作为工艺工程师或研发工程师需要学习和掌握的内容。但对于本科生阶段，学生有相关了解即可。授课教师讲授此部分内容时可结合如《创新中国》、《大国重器》等一些纪录片介绍中国在这些领域的发展、面对的技术壁垒和所进行的科技攻关和努力，调动学生学习兴趣，引导学生讨论并联系所学知识，针对实际问题进行思考并给出学生自己的观点和方法。

2.2 创新教学模式，丰富教学手段

2.2.1 科研与教学深度融合教学模式

科技是第一生产力、科技兴国。脱离了科技前沿的教学是无法与时俱进的。激发学生兴趣、培养新时代高素质应用型人才就需要紧跟科学前沿。以高水平科学研究促进教学质量与人才培养水平的提升，是保障高校教学质量的重要途径[2]。为了培养学生自主创新能力，提高学生学习兴趣，我们对科研与教学深度融合的教学模式进行了探索，总结了三种创新教学手段:

(1)引入科研项目教学。锂电产业发展迅猛，其核心就是产品的不断创新。而科研独特的创造性和前沿性使其在创新型人才培养方面具有潜在的优势[3]。在对锂离子电池技术的教学中，我们发现，将授课教师及其团队的科研项目引入教学课堂学习和研究，并鼓励学生积极参与到相关科研项目中，同时启发学生联系理论进行思考，会极大的激发学生的学习热情和好奇心，提高学生的参与度。尤其是教师结合科研项目和教学内容将自己从事科研的体会与经历趣味性的传递给学生，更能引发学生的积极讨论，有些学生往往会有令人惊喜的创新想法。这种模式的教学可以使学生在实践中加深课堂所学知识，发散思维，同时获取一定的实验技能，提高科研创新思想，增强自主创新的信心。

(2)科学前沿专题报告+翻转课堂。培养大学生的科技创新能力已经成为当今社会的需求和时代的主题[4]。让学生及时有效的学习和消化与锂离子电池相关的科技前沿内容，不仅需要教师深厚的学术底蕴以及对锂电相关的学术动态的精准把控，也需要学生的积极参与。而翻转课堂是适应科技信息时代需要提出的一种新型教学模式，在我国掀起了一股教育热潮[5]。通过教学实践，我们发现结合课程内容将最新的高水平学术论文整理成科学前沿专题报告，尤其是借助相关论文支撑材料中的视频材料，辅以授课教师的讲解和引导，并利用翻转课堂让学生及时输出，会极大的提高学生对相关知识的理解以及对科学前沿知识的学习兴趣和创新思考。如在学习硅负极材料的体积效应问题时，我们以黄建宇等人在ACS Nano、Nano Letter等知名国际学术期刊上发表的相关文章为参照制作了相关的科技前沿专题报告。介绍了硅负极材料的发展和应用情况、目前存在的关键科学问题以及科研工作者给出的改善方案。采用了相关论文支撑材料中的原位透射电镜视频进行讲解，学生可以非常直观的学习和理解与硅负极材料体积膨胀的相关问题，极大的激发了学生的学习热情。另外，通过引导学生学习专题报告中科研工作者发现问题、解决问题的思路，启发学生回顾所学材料、化学等相关知识，结合硅负极材料目前存在的关键科学问题给出自己的解决方案。以分组的方式进行讨论，围绕这一课题从不同角度展开调研、总结归纳、提出方案、汇总成报告。并采用翻转课堂模式，鼓励学生登上讲台讲解调研报告，激发学生学习主动性，进一步培养学生的创新能力。

(3)互联网+学术会议/讲座+教学讨论。今年受新冠疫情的影响，不仅高校的传统教学模式受到影响，各类线下国际、国内会议均受阻。传统模式在受到冲击的同时，迎来了新的转变契机。随着各高校开启线上教学模式，各大学术会议也纷纷开展了互联网线上直播、在线提问交流，会后可查看录播的模式，来进行科学前沿的交流和研讨。目前这种模式均是免费的，并且受到广大科研工作者和从业研究人员的青睐。不仅扩展了会议的影响力，而且对时间地点的限制减少，更为众多平常没有机会或时间参会的普通本科学校的老师和学生提供了聆听高水平国内外学术会议的机会。尤其是科技前沿领军人物的专题报告以及直接跟学术牛人交流的机会将会给学生带来直观的体验和启发。相信以后线上+线下结合的会议模式将成为国内外学术会议的常态。因此，高效教师应抓住这样的机会，将其柔性融入课堂中，适当筛选与课程相关的、合适的科学前沿会议报告，要求学生进行观看学习(主要包含报告内容和报告人的学术思想)，并鼓励学生积极参与报告的交流问答。最后由教师与学生进行再次的分析讨论和总结，并交流体会和收获。此外，还可以通过这种方式，向学生介绍这些科技前沿领军人物和他们的研究领域，激发学生的兴趣，鼓励学生努力学习、打好基础，为以后的研究生深造指引道路。

2.2.2 强化实践教学，培养应用型人才

锂离子电池技术是一门应用实践性较强的课程，人才培养过程中单纯的依靠课本讲授，很难培养出理论扎实、实践突出、动手能力强的学生。必须依靠理论与实践相结合的方式。因此，新乡学院在锂离子电池专业技术人才培养上，结合自身实际情况，修订了专业人才培养方案，除讲授课程内容，还配套了锂电实训平台，设置了两个32学时的锂电实训课及一个16学时的锂电实验课。学生除了课堂学习外，还需要完成圆柱、软包、扣式锂离子电池的制备、装配、性能测试及评价。这些实践课程将更好的帮助学生理论联系实际，提高学生的能动性。此外，学校还充分发掘和依靠本地企业，做好产学研的结合。新能源材料与器件专业的学生需要到新乡河南锂动、新太行等锂电生产企业进行认知实习和专业生产实习，进入生产一线，学习锂离子电池的材料制备、电池组装、化成工艺等，从而使学生更好的将理论与实际生产相结合。为学生未来进入工作岗位和继续深造夯实基础。课程教学与实践教学结合，提高学生专业知识、工程应用与产业化的能力[6]。

3 结 语

随着新能源产业的迅猛发展，与锂离子电池相关的新材料与新技术不断更新，《锂离子电池技术》课程的本科教学应与时俱进，不断深化改革。本文结合《锂离子电池技术》课程的特点以及已有的教学实践经验等，分析了当前课程教学现状，并从课程内容、教学模式和教学手段等方面进行了教学改革思考和探索，以期调动学生学习的积极性，达到提高教学质量和效果的目的，为培养高素质锂离子电池科研与从业人才提供思路。