化学电源技术教学和实践双融合模式探索

刘云花 仇伟 马先果 陈振玲 刘莹

摘 要：在目前全球能源状态下，对新能源专业的学生而言，掌握前沿的储能技术尤为重要，重中之重为化学电源技术。但只有理论而无实践，也不利于为国家培养新型能源人才。因此探索和讨论化学电源技术课程教学和实践双融合模式的教学方法，即通过整合精炼教学资源和内容，将理论和实践有机融合起来，从而让学生具有扎实的专业知识、较强的动手能力和创新能力，提高学生成果产出，期望培养出大量自信自强且具有科技报国使命担当的新能源人才。

关键词：化学电源技术；课堂教学；实践

中图分类号：TQ152

Explorationon Double Fusion Mode of Teaching and Practice

of Chemical Power Technology

Liu Yunhua Qiu Wei Ma Xianguo Chen Zhenling Liu ying*

School of Chemical Engineering，Guizhou Institute of Technology GuizhouGuiyang 550003

Abstract：For students majoring in new energy，it is important to master the cuttingedge energy storage technology especially for chemical power technology.But only theory without practice，or only technology without the right ideas，is detrimental to the cultivation of new energy talents for the country.Therefore，we explore and discuss the teaching and practice "double fusion" mode of chemical power technology，that is，through the integration of teaching resources，refine the course content，and integration of theory and practice，so that students can have good professional knowledge，strong practical ability and innovation ability，and improve their achievement output.It is expected to cultivate a large number of new energy talents who are selfconfident，selfreliance，and have the mission of serving the country with science and technology.

Keywords：chemical power technology；classroom instruction；practice

隨着全球经济的飞速发展，人类对能源的需求不断增长，迫切需要开发各种成本低、环境友好和可持续发展的新能源来代替传统的化石燃料。能量储存是新能源发展的前提，是新能源产业发展的重要组成部分，而在能量储存领域中，化学电源占据着举足轻重的地位。特别是目前能源紧缺，急需各种替代能源。各种用电器具对高能化学电源的需求以及材料科学的发展，给新型化学电源的开发提供了各种新型材料，使得传统的化学电源的性能得以提高，出现了许多新型的化学电源，在交通、航空航天、电子、通信和家用电器等领域都有着良好的应用前景。化学电源技术这门课程让学生掌握各类化学电源的基本原理和技术，是培养新能源人才的基础。这门课程在阐述化学电源理论基础和基本概念的基础上，系统地讲述了各种主要化学电源的基本结构、工作原理、主要性能、应用前景以及维护方法［1］，探讨化学储能技术及其应用，目的是让学生在掌握储能的基本知识和基本理论的同时扩大其视野，获得较全面的化学储能技术知识。分析研究储能器件的制备工艺及性能，为储能器件的设计提供理论依据。但该教材知识量庞大，前沿性又强，需要掌握的知识点多。如何在有限的课时里，让学生充分地理解和认识化学储能的基本知识和基本理论，同时又提高学生的综合设计能力、创新思维方式以及及时跟踪前沿科学的能力，是该门课程授课教师应该思考的问题。在培养学生掌握好理论知识和实践能力的同时，还应该培养学生的国际视野、正确的能源安全观，树立实事求是科学严谨的工作作风和敢于创新、勇于攀登科学高峰的精神，要引导学生树立科技报国、产业报国，投入乡村振兴的家国情怀和使命担当［2］。下面就通过整合教学资源、精炼教学内容，将理论和实践有机融合起来，探索化学电源技术教学和实践双融合模式教学改革。

1 课堂教学和实践的环节

1.1 课堂教学资源的整合

对于化学电源技术的教学，要整合各种资源，以便于得到更好的理论教学结果，使枯燥难理解的原理通过视频动画等形式一目了然，同时更丰富课堂内容。比如线上一些经典视频，包括中国大学MOOC，线下资源如相关的最新研究成果、相关书籍以及教师相关的课题。比如在进行锂离子电池的授课时，网站上有很多关于锂离子电池的视频，筛选出最优秀的视频（比如锂离子电池是如何工作的）来辅助学生理解锂离子电池的工作原理，让学生从微观结构来理解其工作的特点，从而更好地掌握相关的理论知识。另外，通过课堂授课内容，结合相关教师的课题，让学生明白理论知识可以指导实验，实验反哺理论知识。通过让学生接触相关课题，比如在学生学习锂离子电池正负极材料之前，可以布置课前小作业，指定到相应教师实验室进行相关实验的小探索。这样在进行理论授课时，学生不会觉得所学的知识脱离了自己的认知范围，相反还会利用在授课过程中所学的知识来认真思考和解决在小探索过程中遇到的问题，从而提升学生学习和科研的兴趣，达到一种教学和实践融合的双赢局面，为培养具有创新思维和较强动手能力的人才创造良好的条件和基础。因此，通过对各类教学资源的有效整合，一方面可以丰富教学的形式和内容，另一方面还可以扩展学生的视野，提升学生的学习兴趣和动手能力，培养学生的创新思维和解决问题的能力。

1.2 课堂教学内容的精炼

在理论教学过程中，不能进行“填鸭式”的授课方式，也不能“满堂灌”，要主次分明，理清楚授课的主线。整个化学电源技术可以以“化学电源种类—基本原理—材料制备技术—化学电源器件的设计和制造—性能测试—基本维护”为主线框架讲授化学电源技术的相关理论知识。在这门课程的学习中采取授课和自学两大块模式，在这一主线框架里，授课重点内容为基本原理、材料制备技术，难点内容为化学电源器件的设计和制造。其余的知识点以小作业形式发布给学生，进行课后自学，然后通过对小作业的批改来掌握学生学习的情况。在进行难点内容的授课时，采取案例的方式进行，分组讨论，找出所给案例的优点和缺点，从而加深学生对器件设计的理解和掌握。在进行电化学器件设计与制造前，先对电池的构造进行详细讲解，然后集中一次课进行电池设计和计算的总体思路讲解，包括电池设计的目标、电池设计的基本步骤、电池设计前的准备、电池设计的一般步骤。这样后续的铅酸蓄电池、镍基电池、锂离子电池等都按照电池设计和计算的思路进行，学生更容易“上手”。对教学内容的精炼就是要建立以知识点为模块，联系实际，拓展应用，形成具有特色的教学内容体系。同时放手让学生自己主动去学，主动去问，主动去做。以此也体现以学生为主体的教育形式，培养学生的主动性，保证课堂的教学都在讲在“点子”上。

1.3 课堂教学与课程（毕业）设计相融合

课程设计以及毕业设计是学生从理论到实践过渡的重要环节，从这些设计课程可以判断出学生综合运用专业知识的能力，也为进一步工作和深造打下一定的理论和实践基础［3］。同时通过设计课程也可以检验学生对理论知识的掌握情况，从而反馈到理论课堂中，评价和检验理论教学是否满足需求。化学电源技术的理论和设计不是孤立的，而是互相促进的。因此，在理论授课的过程中，需要和设计课程进行结合。比如铅酸蓄电池的设计与制造的理论授课中，可以将往届学生的相关课程（毕业）设计当案例，通过分组讨论，让学生找出里面设计较为优秀的部分进行分析，同时找出设计里面的不足部分进行修改。这样，通过课堂分析和相关理论知识的学习，学生在今后的课程设计或者毕业设计上面不会出现“一问三不知”的现象，也不会出现借鉴过度的现象。同样，授课教师应该认真分析往届新能源学生在设计课程上出现的问题，找出学生的薄弱环节，在课堂教学的时候进行有针对性的训练，从而提高教学质量，进一步提升学生综合能力以及运用所学知识去分析和解决问题的能力，为培养有用的能源工程师打下一定的基础。因此，理论课程与化学电源相关的设计课程相融合，可以进一步巩固学生的基础理论知识，可以更大程度地提升学生独立思考问题和解决问题的能力，从而提升学生的综合能力。

1.4 课堂教学与专业实验相辅相成

新能源科学与工程的专题实验包括了电池材料的制备、电池的组装、电池安全性能的测试等，这些都和化学电源技术息息相关。如果没有专业理论课的指导，那么学生无法清楚地认识自己做的是什么，也没有办法解决实验过程中所遇到的问题。同样，学生可以通过相应的实验操作来进一步巩固所学的理论知识，提升对化学电源的认识，通过实验的认识更为生动和直观。同时，理论课和实验课的顺序一定要正确，以锂离子电池为例，在学习了锂离子电池的正负极材料后，学生就应该进入实验室采取各类合成方法来合成不同的锂离子电池正负极材料。这样及时加深了学生对合成方法的理解和记忆，并通过查阅文献及时了解目前材料的研究状态，以及存在的问题，从而激发学生去钻研这些问题，提升他们的专业知识水平。通过对锂离子电池的组装，如半电池的组装，设置一定的问题，诸如为什么正负极材料都是采用的金属锂作为对电极？引发学生的思考，激发学生寻找正确的答案，进一步巩固专业理论知识。因此，对于新能源科学与工程的专题实验，应该和理论课进行一定的结合，及时反馈相应的信息到课堂中，通过学生实验的情况及时调整课堂的侧重点，达到学以致用，理论指导实践，实践反哺理论的目的。

1.5 课堂教学與专业比赛相结合

除了课程（毕业）设计以及专题实验以外，新能源专业的各类赛事也有利于提升学生综合能力，也是学生由理论到实践、由课堂到实战的有利战场。因此，要带动和鼓励学生积极参与。在参与比赛的过程中，一方面，学生可以使用所学的理论知识和追踪的最新信息来指导比赛项目的顺利实施；另一方面，在项目的实施过程中，学生会发现自己的不足以及短板，会主动通过各种途径学习更深入的理论知识来弥补自己的不足，从而提升其解决问题和创新的能力。此外，通过一系列的比赛，学生从中获得一定的满足感，会进一步激发其从事科学研发兴趣和爱好，从而提升学生的成果产出。真正做到以学生的学习成果为导向的教育理念，符合基于OBE理念的课程教学实践［4］。

2 课程育人元素的引入

高校是为祖国培养人才的摇篮，因此要利用好课堂教学这个主要阵地，要在不知不觉中引导学生树立正确的人生观、价值观，引导大学生对祖国的认同感、归属感，树立产业报国、科技报国的主人公意识。在化学电源技术这门课程中，通过在课堂上、实践中合理融入育人元素，以实现知识目标、能力目标和德育目标的有机统一。

2.1 课堂上的育人

在满足课堂理论教学工作的同时，引入适当的育人元素，有利于激发学生学习的动力与共情。比如在讲授铅酸蓄电池时，引入铅酸蓄电池行业的领军人物——江苏海宝电池科技有限公司董事长沈维新的事迹。该案例体现了商人具有不唯利是图的高尚品德，踏踏实实做好产品，发展好产品，以科技力量为祖国的发展贡献力量的精神。这对教育新能源专业的大学生认真学习好专业知识，培养他们形成正确的人生观具有非常重要的意义。这部分内容在讲述铅酸蓄电池的发展史时，采取图文并茂的形式向学生展示。在讲述镍氢电池的负极材料储氢合金时，以无机化学家申泮文院士为例，讲述其以独特的方法合成的一系列离子型金属氢化物及在镍/金属氢化物可逆电池取得的成果。讲述以申泮文院士为代表的中国上一代知识分子特有的奉献精神和对事业执着的追求，体现申泮文院士报效祖国，希望祖国富强的家国情怀，对教育新能源专业的大学生吃苦耐劳、勤奋刻苦、勇于奉献，为祖国的发展和建设无私奉献具有非常重要的意义。在讲述锂离子电池正极材料时，引入2019年诺贝尔化学奖获得者之一的Goodenough老先生的学习生涯，最终在九十多岁的高龄斩获诺贝尔奖，至今仍在实验室工作，以激励学生活到老学到老、认真钻研、勇于创新，学好专业知识为祖国的能源事业贡献力量。整个课堂学习中，育人元素从商人到科学家，从国内为祖国奉献、走在科学前列的科学家到国外引领能源潮流的科学家，都可以用来教育新能源专业学生树立正确的学习、生活以及科研态度。

2.2 实践中的育人

为了巩固课堂的基础理论知识，该课程体系应该和实践相结合。比如，让学生在课外利用分组的形式完成一定的小实验或者制备一些小器件。在整个实践环节，潜移默化地引导学生树立良好的团队精神，学会分工与合作。在进行专题实验课时，在实验的环节适当设置一定的问题和障碍，引导学生积极思考，利用已学习的知识来解决现实实践中遇到的问题，提高学生解决实际问题的能力。在实验不同的环节设置不同层次测问题，引导学生逐步解决问题，从而提高学生的参与性和主动学习兴趣［5］。同时激励学生采取各种手段来解决问题，从而锻炼学生查阅文献的能力。学生在用自己的知识和能力解决好实验中遇到的问题之后，会激发他们对科研工作的兴趣，便会积极主动地参与到各项科研和大创工作中，从而提高学生的成果产出。另外，鼓励学生多参加各种团体赛事，在准备比赛的过程中，让学生接触更多优秀的团队和人才，从而发现自己的优点和不足，以促进学生保持良好的自信心和上进心。实践中的思政元素没有固定的方式，只要在正确的节点利用合适的方式来引导，相信会培养出自信、自强、自律的人才。

结语

本文从课堂理论教学和实践环节，探索了化学电源技术课程双融合教学改革模式，最终以培养高素质应用型人才为目标，以提高学生电化学储能专业素养和成果产出为重点，整合相关教学成果。将理论教学、实践深度融合起来，结合育人元素的引入，培养学生工程设计、文献检索、资料查询的能力和科学研究的素养，启发学生的创新思维。在整个教学改革过程中，加强实践教学，培养学生的创新能力，促进学生主动、自主学习，提高学生的成果产出，为国家的新能源行业培养合格的储备人才贡献一定的力量。

参考文献：

［1］孙克宁，王振华，孙旺.现代化学电源［M］.北京：化学工业出版社，2017.

［2］周鹏飞，吴小中.“化学电源工艺学”课程思政建设探索［J］.广东化工，2021，48（451）：305307.

［3］张林森.化学电源课程设计改革与实践［J］.河南化工，2015，32（2）：6163.

［4］姜建文，陶端键，刘晓玲，等.基于OBE理念的“化学教学设计与实施”课程建设与教学实践［J］.化学教育，2022，43（12）：6876.

［5］张立珠，范瑞清，唐冬雁，等.问题引导法提高学生学习主动性的探索与实践［J］.化学教育，2022，43（12）：3033.

基金項目：贵州理工学院教育教学改革研究项目（JGYB202124）；贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目（No：2021202）；贵州理工学院教育教学改革研究项目（2022JXGG14）

作者简介：刘云花（1983— ），女，汉族，四川眉山人，博士研究生，讲师，研究方向：新能源材料与器件。

*通讯作者：刘莹（1983— ），女，河南驻马店人，博士研究生，副教授，研究方向：生物质转化与利用研究。