新能源材料物理化学课程教学改革探究

毛可可，段 峰

(安徽工业大学 能源与环境学院，安徽 马鞍山 243002)

新能源材料物理化学是运用物理、化学基本理论和方法研究材料组成与结构、制备与合成、性能与使用效能及其之间相互关系的学科。该课程是能源与动力工程专业新能源方向必修课。该课程要求学生掌握材料物理化学相关知识、培养学生科学思维方式和独立创新能力以及运用具体知识分析与解决实际问题的能力。然而，在传统教学模式下，有限的学时内往往无法完成培养目标。

一、新能源材料物理化学课程教学现状

新能源材料物理化学课程教学具有以下三个特点：一是课程内容抽象、概念多、内容繁杂、涉及面广、公式应用严格、与生活和科学前沿联系紧密。从教学内容来看可以说是教师难教、学生难学。二是传统教学模式主要以教师课堂讲授为主，考核方式由平时成绩和最终期末考试卷面成绩两部分共同评定学生对课程的学习情况。在这种教学模式和考核方式下，教师教授知识和学生学习知识都较为被动、教师和学生互动性不足。三是本专业的新能源材料物理化学授课对象是能源与动力工程专业新能源方向大三下学期的学生，这一时期学生已学习过相应高等数学、物理、化学基础知识，但相对于材料学相关专业的学生，其物理、化学基础又相对薄弱。此外，本专业新能源材料物理化学课程仅有40学时，这也为本专业该课程的教学提出更多挑战。

二、新能源材料物理化学课程教学改革探索

(一)教学内容上的改革

1.进行知识背景调研，增补教学内容，改善薄弱环节。教学之初，对学生进行相应专业背景和知识调研。对于能源与动力工程专业的学生，其化学或物理背景知识相较于材料专业学生来说更为薄弱，在教学过程中，适当地增补一些相关基础知识有利于他们学习、理解新能源材料物理化学教学内容。通过调研，了解学生知识背景和方向需求，围绕培养目标对教学内容进行调整：增补学生知识背景较弱或缺失环节、强化方向需求较强章节，激发学生学习积极性，将培养目标与课程知识有机结合。

2.确定具体教学内容，引入案例教学抓住课程核心。新能源材料物理化学课程教学内容涵盖材料晶体结构与晶体缺陷、表面、界面、相变以及熔体与玻璃体等，具体教学过程中，针对不同基础的学生，我们不仅强化了基本概念和基础知识讲授，同时注重拓展知识的广度和深度，力争让每个学生在新能源材料物理化学课程学习中都能有所收获。例如在学习钙钛矿结构和尖晶石结构时，拓展讲述铁电、铁磁等重要物理概念以及铁电、铁磁形成的内部机制与应用，并且横向对比讲述铁电和铁磁之间的区别与联系。

材料科学核心问题是组成与结构、制备与合成、性能与使用效能之间的相互关系，在课程教学过程中，要强化基本概念和基础知识讲授，引导学生对知识的理解和吸收。通过对具体案例进行分析，采用启发式教学，不仅可以帮助学生理解教学内容，也有利于培养学生科学素养，并进一步培养学生分析问题和解决问题的能力。譬如在晶体结构缺陷这一章非化学计量缺陷化合物教学中，根据不同缺陷类型(阳离子空位导致的阴离子过剩、阳离子填隙导致的阳离子过剩、阴离子空位导致的阳离子过剩、阴离子填隙导致的阴离子过剩)，通过缺陷反应方程式分析半导体类型，以及氧分压是如何影响缺陷浓度，进而影响导电率。

3.联系材料发展历史，增加课堂教学的趣味性。新能源材料物理化学课程教学应结合材料发展历史，在教学过程中穿插讲述材料发展中的小故事，不仅可以增强学生对材料科学重要性的认知，亦可增加教学过程的趣味性。材料是人类文明进步的物质载体，材料的发展承载且伴随着人类文明的发展。在材料科学发展中不乏各种有趣的故事，如诺贝尔发明炸药的故事。这类科学故事不仅能强烈吸引学生、集中学生的注意力、增强学生对教师所传授知识的兴趣，也可以对学生进行思想教育。

4.结合科学发展前沿，使教学内容能够与时俱进。伴随着各种新材料的不断涌现以及材料性能的进一步优化，新能源材料物理化学课程内容也在不断发展。新材料是高新技术重要组成部分，又是其它高新技术领域发展重要物质基础与先导，同时也是提升传统产业的技术能级、调整产业结构的关键。科技强国纷纷将新材料作为未来研发优先事项，而目前关注度极高的高性能材料、智能材料、可持续材料、纳米材料、生物材料和二维材料等新材料的发展日新月异。

教学过程中，引入热度极高的新材料发展突破性研究成果，将最新研究进展以及突破性研究成果展示给学生，不仅可以增强学生对材料科学前沿知识的了解，培养学生对材料科学的兴趣，也可以建立学生民族自豪感和责任感。

(二)教学模式上的改革

1.注重概念和公式的融会贯通，增加材料调研等大作业。教师可根据新能源材料物理化学这门课在相应专业的课程定位做出相关教学方式的调整。该课程具有与数学物理联系密切、抽象概念多、涉及面广、数理公式推导多且繁杂等特点。在课程教学中注重引导学生对概念的理解，在教学中采用公式推导、概念类比方法讲解，建立不同概念之间的联系与区别。此外，现有教学模式与考核方式难以充分调动学生学习的主动性，影响了学生对相关理论的理解。教师可通过布置论文大作业的方式，要求学生分组完成某一种材料的调研，并制作PPT在线报告。在报告过程中，学生和教师均可提问。这不仅可以拓宽学生的知识面，培养学生科学研究前期调研能力，也锻炼了学生分析、归纳、表达等综合能力。

2.线上线下教学模式相结合，采用多样化的教学方法及教学手段。线上教学不必受限于时间和空间，从而可以整合优秀教学资源。但线上教学也面临着诸多弊端，如课堂管理困难、学生学习积极性不高、师生交流不畅等。在新能源材料物理化学课程教学中采用线上线下相结合的教学模式，发挥线上教学和线下教学的各自优势、规避线上教学和线下教学的劣势，将线上教学与线下教学有机结合起来。

线上线下相结合教学过程分为三个阶段：课前、课中、课后。课前教师将PPT等教学资源上传至线上教学平台，学生通过自主学习做好课前预习准备工作，教师通过收集学生反馈信息了解学生学习的难点，进而调整实际教学内容和教学进度。课中主要是线下课堂教学，教师调整传统教学方式，在讲解教学内容的同时注重学生对知识的理解并训练其运用知识的能力。教师可在教学过程中设计引导性、检测性问题，通过实时测试，了解学生对知识的掌握程度、及时引导学生。课后，教师可通过作业和测试完成情况跟踪了解学生学习情况，针对学生共性问题，统一进行讲解。在整个教学过程实施后，教师对所取得的成效和存在的问题进行教学反思，并根据学生对线上资源访问内容及频率、学习路径、学习偏好等，有针对性地调整教学方式和教学内容。

(三)考核方式上的改革

在课程考核上，采用形成性评价考核方式，加强教学过程监管。形成性评价考核是指过程考核，规定每个学习阶段的学习目标及其评价项目，划分出学习单元和具体课时，与线上线下教学模式相结合，及时对学生是否已经达到阶段性目标、达到的程度如何做出判断，从而肯定学生已有的发展成就，增强学生自信心、提高学生学习兴趣，强化学生学习行为。再者，可以及时发现问题并提供矫正方法。通过形成性评价，教师及时掌握教学过程中出现的问题并及时加以解决，提升教学效果。

三、结语

新能源材料物理化学教学改革已取得一定成效：丰富了教学内容、增加师生之间的互动、激发学生的学习兴趣、实现教学与科研的有效融合。教学改革是永无止境的实践，新能源材料物理化学的教学需要不断发展和完善。一方面，新能源材料物理化学教学效果提高的探索是一项长期而艰巨的任务，还有很多有待加强和需要深化的内容以及广阔的发展空间，这些都需要教育者秉持先进教育理念，不断进行探索；另一方面，新能源材料物理化学是一门不断发展的学科，各种新材料不断涌现，同时各种新理论新概念不断提出，推陈出新，这就需要教育者不断学习、与时俱进。