新工科背景下专业课程教学改革的创新与实践

孟凡成 陈鹏起 刘节华 周如龙 程继贵

[摘要]新工科类专业课程的教学内容及方式与传统工科有一定的差异。本文结合笔者在合肥工业大学新能源材料与器件专业的教学体验，以《超级电容器材料与技术》课程为例，通过在人才培养理念、课程教学内容、教学形式、评价方式等方面的探索与实践，将最新的科技成果、课程思政引入课间教学，探讨了雨课堂、双语教材、翻转课堂、课后实践等教学方式在学生剑新能力培养中的作用及效果，以期为高校新能源领域培养出符合社会需求的创新型人才。

[关键词]新能源材料与器件新工科教学改革能力培养

[基金项目]合肥工业大学信息化教学改革示范项目（编号：KCXX1906）;合肥工业大学线上线下混合式“金课”示范项目（编号：KCJK2001）。

[中图分类号]G64

[文献标识码]A

[文章编号]2095-3089（2021）17-0163-02

一、背景

近年来，国务院及各相关部门在《中国制造2025》《制造业人才发展规划指南》等发文中明确指出，新能源和新材料都属于未来制造业重点关注的十大领域-2。而这些领域的发展，离不开高端人才的持续投入。因此，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，我国教育部积极推动“新工科”建设，并且新工科的理念一经提出，就获得了社会的广泛欢迎和认可。在众多新工科专业中，新能源材料与器件专业综合了材料、物理、化学、机械、电子、信息等众学科的基础理论，既关注相关材料与器件的结构及原理，又注重器件的技术开发及工程应用，具有较强的实用性、交叉性和综合性。目前，我国已有多所高校开设了新能源材料与器件相关专业，但各大高校的关注重点及学生培养目标有所差异。合肥工业大学的新能源材料与器件专业成立于2010年，其核心教学课程包括超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池、光电发光材料与器件等，同时也非常注重培养学生扎实的数理基础。

然而，新能源属于新兴学科，前沿研究一直在如火如茶地进行着，新的知识和技术更新速度也非常快。因此，相关课程的教学需要保持与时俱进。近年来，新能源材料与器件类专业课程的教学方式和方法已有较大的变革和改进57，但仍存在一些地方需要完善。而学生学习的主动性以及专业实践能力的欠缺将导致对专业知识的理解不深，对技术的创造性使用和继续开发的能力不强。

因此，本文结合个人教学经验，以《超级电容器材料与技术》课程的教学探索为例，分享并讨论新工科背景下新能源材料与器件专业课程教学改革的创新与实践，以期对相关领域的人才培养有所帮助。

二、教学改革的实施——以《超级电容器材料与技术》课程为例

为适应创新型社会的发展需求，新工科专业要培养具有广博的专业知识、精湛的专业技能、综合的创新能力，以及具有完整的人格的创新型人才。《超级电容器材料与技术》是新工科专业中的一门课程，在多数高校的新能源类专业中属于专业选修课，对本领域学生在掌握专业基础知识、拓展学科前沿视野以及锻炼工程应用实践能力等方面有着重要的辅助作用。在本课程的教学中，我们通过改进教学过程设计，以学生为中心，注重能力培养，充分发挥学生在理论学习和实践动手方面的主动性：在常规的课程讲授之外，为学生创造想一想、做一做、玩一玩、练一练的场境，让学生通过主动学习和实操体验结合的过程深化对专业知识的掌握和吸收。为此，在本课程的教学中有机地融入了以下措施，以期达到更好的教学效果。

1教学内容方面。在讲授超级电容器的结构、材料、原理等基本知识之外，在每一章节的内容上都会引入本领域最新的研究进展。通过学生课下调研、课上演讲，老师和其他学生参与讨论的“翻转课堂”的形式开展，并要求学生在深入理解调研材料的基础上，举一反三：在充分的教学互动中，拓展并深化知识点的内容。此外，在课堂教学中有机地融入我国在超级电容器前沿研发进展及产品创新应用的工程实例，可进一步提升学生对本课程的学习兴趣和对民族产业的自信。

2.教学方式方面。充分地利用了智慧教学工具雨课堂，将课外预习与课间教学融为一体。课前将带有超级电容器结构拆解及充放电过程模拟动画的课件通过雨课堂发布到班级，学生可以随时学习：同时老师也可以看到每个学生的预习情况，进而在课堂上有针对性地开展教学活动。另一方面，在学生进行了充分的课前预习的基础上，老师也有更多的课堂时间进行开放式教学，锻炼学生的创新思维和能力。

3实践能力方面。充分调动学生的动手积极性，通过市售超级电容器产品的拆解和在实验室中组装超级电容器样品的实验，将理论知识转化到实战演练中，增加学生对课程内容的感性认识、培养学生的动手能力。

（1）市场上现有超级电容器产品的拆解、分析。在本课程教学期间，除理论学习之外，要求学生每人动手拆解一款市场上购买的小型超级电容器产品，切实感受实际产品与课堂讲授内容的异同。通过对超级电容器成品的拆解，识别产品中各个部分对应的课程教学中的专业名称，进一步查阅各部分的材料组成、分析其作用过程，形成对此类器件结构的直观认识，并熟悉实物产品与理论模型的差异。

（2）组装超级电容器样品，并表征其电化学性能。通过本课程的全面讲解之后，要求学生以小组形式，根据所学知识，进入实验室，自制一简单的超级电容器样品。具体内容包括选取并制备超级电容器的活性组分、电极，选取并制备合适的隔膜及电解液，并将其与电极一起组装成超级电容器，并进一步对自制的超级电容器的电容相关性能进行表征和评价。

4评价方式方面，信息化教学手段的引入，极大地丰富了线上、线下混合式教学的内涵。雨课堂发布的课堂测试、课后作业等可限时提交，并长时间保留答题记录，课前预习、课间互动、课后个性辅导等可实时备案在线。在《超级电容器材料与技术》的课程教学中，雨课堂平台上的记录是评价学生学习态度的重要参考。同時，学生在专业前沿中的调研报告、在“翻转课堂”中的表现、在期末综合测试中的成绩，以及在实验中展现出的动手能力等都是评价学生该课程学习效果的重要方式。

三、实施效果

通过以上教学改进措施的实施，充分发挥学生主动学习的能力，让学生在学习专业知识的同时，体验到在学中玩、在玩中学的乐趣。该教学方法极大地调动了学生对课程学习的积极性、提升了课程学习效果、锻炼了学生的动手能力：同时也丰富了教师的教学方式、活跃了课堂氛围、改善了教学效果。其中本课程中实践能力锻炼阶段的实物拆解实验，尤其受到学生的欢迎，并且成效显著。如我校2017级新能源材料与器件的优秀毕业生王某凡同学在超级电容器的拆解报告中表示：“在这次拆解过程中我们虽然遇到了一点麻烦，但是整个过程是快乐的，也是新颖的。对于这种作业方式我是十分感兴趣并喜爱的，不仅锻炼了我们的动手能力，也培养了协作能力，对微型法拉第电容的结构也更了解”。以上教学改革措施通过在《超级电容器材料与技术》课程中近三年的实施与改进，学生对本课程的教学参与度越来越高，课程考试的卷面成绩大幅提升，并且学生也更能适应学习效果评价中的开放式考核，创新思维能力得到了显著提升。更重要的是，该课程的教改措施激发了学生们对新能源类专业知识的学习兴趣，增强了学生对学好专业知识和看好专业前景的信心。

四、结束语

新工科专业的教学效果关系着本领域的人才培养质量。为适应不断发展的社会需求，创新型人才的培养模式也要作相应的改变，而持续改进也是工程教育质量保证的重要环节。经过近几年专业课教学改革的创新与实践，合肥工业大学的新能源材料与器件专业终于获批了2020年度国家级一流本科专业建设点。这既是对本专业近年来教学效果的肯定，又对本专业的进一步发展提出了更高的要求。因此，在专业教学方面需要坚持目前的成功措施，同时积极引进先进的教学经验，并结合新能源行业的用人要求和国内外的发展动态，在教改实践中不断创新、永远前进，进一步提升新能源材料与器件专业的人才培养质量，为未来中国的高端制造业发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1]《中国制造2025》，国发[2015]28号.http：/www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[2]《制造業人才发展规划指南》，教职成[2016]9号http：//www.gov.cn/xinwen/2017-02/24/content_5170697.htm.

[3]金辉新工科背景下新能源科学与工程专业课程建设与教育教学的初步探索[J].高等工程教育研究，2019（S1）：59-61.

[4]孙迎辉，江林新工科背景下新能源材料与器件专业人才培养质量标准初探创新创业[J].理论研究与实践，2018（16：1112

[5]鲁颖炜，程继贵，仲洪海，吕琚.“翻转课堂”模式在《材料分析测试方法》课程中的应用[J].教育教学论坛，201738）：179-180.

[6]杜晓东，孙建，程继贵，张学斌，张勇，黄俊持续改进与创新人才培养的思考[J].高教学刊，2019（4）：34-36.

[7]陈杰，孙本双，徐建伟.科技快速发展下新能源材料课程教学改革探索[J].广东化工，2020，47（22）：184-185.

作者简介：

孟凡成（1986年12月-），男，安徽合肥人，博士，副研究员，硕士研究生导师，主要从事新能源材料与器件相关的教学与科研。