“双一流”背景下《能源材料》课程建设初探*

刘 佳，王西鸾，袁同琦，孙少妮

(北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083)

2018年，教育部、财政部、国家发展改革委联合制定了《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》。意见强调，“强化本科教育基础地位，把一流本科教育建设作为‘双一流’建设的基础任务”[1]。课程作为学科建设和发展的支撑，对“双一流”建设具有战略性基础作用。坚持将创新创业能力和实践能力培养融入课程体系既是推动“双一流”建设的关键环节和有效途径，也是“双一流”学科建设的核心[2-4]。2019年，北京林业大学“林产化工”专业入选国家级一流本科专业建设点，这为学科发展提供了新的机遇。生物质能源科学与工程方向是在林产化工专业基础上新增的专业方向，是北京林业大学基于林业工程特色专业优势、同时整合林产化工学科教育资源而增设的。该专业主要研究生物质能源的制备与利用，包括燃料乙醇、生物柴油、生物质发电技术、生物质材料与化学品等，旨在培养扎实掌握生物质能源基础知识、基本理论与技能、富有创新意识和实践能力的相关人才。

《能源材料》是林产化工(生物质能源科学与工程方向)专业的核心专业课程之一，主要阐述新能源材料工程领域的基本理论和技术发展，不仅能够为后续专业课程学习奠定基础，同时为今后从事生物能源、材料、化工、环境等领域的科研人员及生产工作者提供基本的专业素养。这门课程内容涉及电化学、工学、材料科学、应用化学、生物学、能源科学与动力等多个学科领域，具有鲜明的交叉学科特色，对培养学生创新精神以及实践能力具有重要推动作用，符合“双一流”战略背景下对一流学科建设的要求。近年来，随着“双一流”学科实施进程的持续深化以及内涵的不断延伸，时代发展对创新型人才的需求越来越迫切，加强《能源材料》交叉学科特色课程的教学研究已经成为必然。这不仅是有效落实教学计划，提高教学水平和创新人才培养质量的重要保证，也是推动“双一流”建设背景下《能源材料》课程发展的必然要求。笔者基于《能源材料》课程教学过程中的经验，结合北京林业大学林产化工专业的特色背景，分析了《能源材料》课程的特点及现状，并针对如何实现高质量的教学成效进行了探索。

1 《能源材料》课程特点及现状

1.1 课程特点

《能源材料》课程是一门基础与实践并重的综合性专业课程，是在先行必修课程(有机化学、无机化学、物理化学、生物质化学)基础上开设的专业课程，同时又是燃料电池、生物质能源科学基础实验等专业基础课程的先修课程，是基础知识与专业领域之间的桥梁和纽带，对生物质能源科学与工程专业本科生培养目标的实现起着至关重要的作用。该门课程的知识体系主要包括锂离子电池、生物质能、太阳能电池、燃料电池、核能及其他新能源材料等六大知识模块，以及相关器件的基本概念、工作原理、特性参数、材料加工技术和评价方法等，具有理论性、系统性及科学性强等教学特点，对于学生掌握新能源领域基础理论、培养专业创新思维和实践能力具有重要作用。

1.2 课程现状

(1)教材的专业契合度不高

目前课程使用的教材为朱继平主编的《新能源材料技术》。这本教材针对性适用于材料物理与化学、化学工程与工艺、能源化学等工科类专业，而《能源材料》课程依托的林产化工专业主要面向林产资源的生产和可再生加工利用，具有鲜明的林业特色。这就导致现行教材在新能源与林业工程相交叉的部分教学内容较为薄弱，不利于激发综合交叉学科发展的活力和竞争力；同时交叉学科知识的空白区域也难以契合学生的专业背景和基础，与学生先修专业知识产生脱节，教学效果不佳。

(2)教学方式单一

《能源材料》课程目前仍然采用传统单一的接受型教学模式，即以教师灌输教学为主，学生被动学习为辅。这种“填鸭式”的教学模式缺少师生之间的交流，难以调动学生的积极性，也不利于培育学生建立良好的创新思维习惯，不适用于交叉学科的课程教学。另外，授课过程容易脱离实际，具体表现在侧重理论讲授，而忽视实践教学，这必然使学生在后期从事生产和科研工作时只会纸上谈兵，而做不到学以致用，无法满足“双一流”建设对高层次、高水平人才的需求。

(3)教学评价体系不合理

以往的教学评价是以平时成绩和期末考试成绩进行加权综合，其中期末考试采用闭卷形式，在教学评价中占比70%，这也是目前多数高校专业课程采用的教学评价方式。这种考核方式多注重学生对知识掌握和理解程度的考察，而缺乏实践深度和价值，不能够准确衡量学生的知识水平。这容易造成学生心理不平衡，形成恶劣的竞争和学习氛围。同时，这种传统的评价体系也限制了学生创造能力的发挥和创新思维的培养，难以激发学生创造的活力和能动性，有悖于“双一流”学科建设对新型创新复合型人才培养的宗旨。

2 “双一流”背景下《能源材料》交叉学科特色课程建设思考

“双一流”建设背景下推动《能源材料》交叉学科特色课程的核心在于学生创新能力的培育和创造思维养成[5-6]。针对课程建设的现状及面临的主要问题，笔者在教学内容、教学方式及评价体系三方面进行了思考，以期通过教学研究实现高质量的教学成效。

2.1 定位教学目标，加强教材建设

教材是教学工作顺利开展的前提和基础，也是提高教学质量的关键保障。针对现行《能源材料》课程缺乏权威针对性教材的现状，我们从专业实际课程体系和人才培养方案出发，结合林产化工(生物质能源科学与工程方向)专业的学科特点和学生已掌握的先修基础知识，定位教学目标，提高适应性强、契合度高的林业特色教材建设。

一方面，在现行教材基础上，对传统知识板块进行整合，重点突出林业特色，优化教材内容结构体系。具体来说，对电化学器件的组成、工作原理、电池设计与组装等教学内容进行适当地压缩，重点提炼不同电化学器件对材料的要求及其与生物质材料的交叉领域，实现教材内容结构的整体规划，从而使其符合本专业学生的学科背景，加深学生对《能源材料》课程的理解和掌握生物质材料在能源领域的应用。另一方面，吸纳最新的教学实践经验和科研成果，对新能源与产化工交叉的空白领域进行补充和调整，拓宽教材知识体系。涉及的交叉内容主要体现生物质材料在锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等电化学器件的应用与发展。例如在“锂离子电池”这一章节的教学内容中，笔者结合前期科研文献调研，对生物质聚合物及其衍生材料如碳材料、聚合物材料、复合材料等在电池正极、负极及隔膜的多领域的应用进行总结和整理，并辅以文字教材、电子教案、三维教学动画等多形式的教学素材，这对激发学生学习热情和丰富知识体系储备具有重要作用。

2.2 树立学生主体，创新教学方式

教学过程是以学生为主体的活动，教师要从学生的发展需要出发，不断创新教学方式，改进教学手段。《能源材料》课程的实际教学活动只有充分激发和调动学生主观能动性，才能培育学生的创新能力和创造思维，收获满意的教学效果。为此，我们从学生主体发展视角出发，以学生创新思维和实践能力培育为核心，在教学过程的课程设计、课堂教学、课后活动全过程对《能源材料》课程的教学方式进行了创新。具体措施如下：

(1)课前针对性调研

由于学习背景和适应能力不同，学生个体间的学习情况存在显著差异。这就需要教师课前针对课程中的热点、难点、重点对学生的兴趣关注点及认知情况进行调研，了解学生的知识需求；进而从学生实际学情出发，科学合理地制定教学内容和设计教学方式，提高教学的针对性和实效性。需要课前调研的课程有锂离子电池对正、负极及隔膜材料的要求、生物质转化技术、燃料电池需解决的关键技术。依据调研结果，首先以学生重点关注的热点问题作为引入切口，创设情境，从易于接受的生活常识或实践引入，在学生脑海中勾勒出具象画面，激发学生的兴趣；然后针对学生的认知情况，将学生普遍感到困惑的知识难点作为授课重点，结合思维导图、情境教学、案例教学等多种教学手段，逐步对抽象或枯燥的教学内容进行多维度分析和解释，加深学生理解；最后，围绕课程的教学内容重点难点，以学生创新思维培育为导向，基于调研收集的案例，引导学生丰富问题的思考角度，使其乐于思考、敢于发散。组织课前调研，有助于针对性地设计教学内容和推动其他联动教学环节的创新，既能够增加课堂气氛，提升教学效果，又激发了学生的创新潜能和实践能力的养成，符合“双一流”建设对课程建设的要求。

(2)课程增设研讨环节

增设和开展研讨教学是实现高质量教学的助推器，也是激发学生创新潜能和提升创造能力的一种行之有效的策略。《能源材料》课程的知识体系是锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、生物质能材料等多模块耦合的，在重点知识模块，根据授课情境设定不同类型研讨课题。所采用的研讨课题主要有：生物质材料的能源高值化利用、燃料电池类型及关键技术、不同类型新《能源材料》应用对比、国内外新能源材料的发展现状及趋势。在课程研讨环节组织学生以小组讨论形式，进行研讨课题的调研、分析与讨论的全过程，搭建理论知识与实践的桥梁，使学生在调研探索、自主分析、互动讨论过程中，内化相关知识模块，拓展交叉学科空白，形成自主构建知识体系的能力。最后，学生小组将讨论后的观点或成果以图像、视频及演示文稿等方式进行分享和展示，教师进行最后归纳总结，这既提高了学生的课堂参与度，又能锻炼学生的辩证思维和创新能力。

(3)开展线下拓展性课程

拓展性课程是树立学生为主体、促进学生个性化发展的先进教学方式。《能源材料》拓展性课程方向包括：生物质材料在电化学储能领域的应用、太阳能电池与光伏发电、燃料电池器件与智能电子等。教师精选合适的拓展课程，鼓励学生参与线下拓展课程和创新实践，使学生在掌握理论知识的基础上，锻炼实践能力和培养创新精神。线下拓展课程包括多种形式：开放性实践、视频制作、专题教育、创新实验、交流探讨、慕课资源平台共享等。例如，针对“生物质材料在电化学储能领域的应用”拓展课程，首先选拔对该课题有兴趣的学生，在教师指导下，全过程参与文献调研、实验设计与完成，自主完成生物质材料的预处理、电池器件组装以及基于电化学器件的LED灯光显示节能控制等开放性实践项目，这能够有效调动学生积极性、激发学生的创新思维和实践能力，同时又可以使学生掌握理论知识的实际运用，以及发现问题、思考问题、解决问题的能力。

2.3 坚持创新导向，改进评价体系

《能源材料》课程的综合性强、知识点多、内容覆盖范围广，以往的教学考核难以准确反馈学生的实践能力，不利于学生创新思维的培育。改革的评价体系应坚持以创新为导向，构建实践教学立体式评价主体，促进学生的个性化成长，增强教学的实效性。首先，基于现有考核模式，实现评价方式的多元化，变封闭考核为半开放考核，具体表现在：减少单一性闭卷考核的权重比例，由原来闭卷考试成绩占总评价的70%缩小到50%，使考核目的在于突出知识体系的重点；降低日常考勤权重；增加开放性研讨和拓展课程的教学评价方式。多元开放考核体制能够使学生从被动考核转变为主动反馈，既有助于促进学生熟练掌握基础理论知识体系，同时也能够激发学生对内化知识主动转化，锻炼其创新实践能力。重视课堂研讨考核，对研讨小组的前期调研、课程自主讨论分析、后期成果报告的多层次研讨设置权重比例(所占权重比例分别为15%，45%和40%)，结合教师点评、学生互评、团队自评等多样化评价体系进行加权综合评价，变结果考核为过程考核，重视学生实践过程的参与程度以及学生个体对团队合作的贡献。再者，将拓展实践课程纳入考核评价体系，以学生创造思维和创新能力为核心，量化线下拓展课程考核，对学生线下实践成果汇报、专题教育心得、实验成果总结、开放课程成果展示等进行综合评价。

3 结 语

“双一流”建设背景下推动课程建设的核心在于新型创新人才的培养，这是从国家战略层面对高等学校一流学科建设和改革提出的时代使命和重要要求。本教学研究内容主要依托北京林业大学林产化工(生物质能源科学与工程方向)专业，以《能源材料》特色课程建设为教学研究对象，围绕创新思维和实践能力的人才培养目标，针对课程特点及现状，从推进特色教材建设、创新教学方式和灵活改革教学评价体系等几个方面入手，激发学生的创新思维和实践能力，实现高质量教学，为推动林产化工一流学科的发展奠定基础，同时以课程为依托平台为授课青年教师的教学素养、教学手段、教学技能和教学方法的提高起到支撑作用。