“两性一度”理念在新能源专业课程教学中的实践——以“电池材料与器件”课程为例*

吴 珏，高伟萍，温奇灵，王显赫

(珠海科技学院，广东 珠海 519041)

为促进高等教育进一步发展，在2018年的第十一届“中国大学教学论坛”中，教育部高等教育司原司长吴岩提出“两性一度”的中国“金课”标准[1]。报告中，吴岩提出“双一流”建设的核心是课程建设，其质量是决定人才培养的重要因素；并提出一流课程建设需要具备高阶性、创新性和挑战度，即所谓的“两性一度”[2]。此后，“两性一度”的课程教学理念，被不断深入到高校课程改革中。

为适应可持续发展战略和国家“双碳”需求，新能源、新材料新兴产业成为我国现阶段发展的重点[3-4]。属于“新工科”的新能源材料与器件专业应运而生，重点培养新能源、新材料领域的应用型人才。“电池材料与器件”课程主要介绍电池的工作原理、结构、材料和相关技术，是高等院校新能源相关专业学生的一门必修核心课程。通过本课程教学，使学生系统地掌握电池的组成、工作原理及电化学性能，了解各类电池的种类性能、应用场景和发展趋势，能够进行基本化学电池的设计[5]。通过课程教学，培养学生运用理论电化学知识分析、判断、解决电化学实际问题的能力[6]。

该课程既属于专业必修课，理论性强、系统性强；课程又是专业技术课，“产学研”联系密切，课程知识可直接为解决电池相关研发和产业实际问题服务。教学团队围绕这一特点，结合“两性一度”一流课程建设要求和“以学生为中心”的教学理念[7]，开展教学的创新和实践。下面从教学模式、课程评价等方面出发，以方法与案例相结合的形式展开论述(如图1所示)，供相关专业参考。

图1 课程建设思路

1 课程高阶性

课程的高阶性，要求通过教学实现知识、能力和素质三者的有机融合，并培养学生解决复杂问题的高级思维和综合能力。针对“高阶性”的目标，可通过教学模式进行教学改进。

1.1 打造高阶教学模式

“电池材料与器件”课程中讲授的各类电池体系，大多数广泛用于日常生活。因此，教学过程中应注重理论知识与实际生活的结合，培养学生运用课程知识解决实际问题的能力。

案例1，通过设置微型实验室，培养学生知识迁移的高阶能力。将理论教学结合工程实际，通过微型实验室形成具有工程背景的教学形式。从传统纸质案例，转变为多媒体立体化、数字化、智能化案例。在案例分析过程，教师通过引导学生运用课程知识，从不同视角、方法展开探索，学会自主设计课程案例。例如，讲解电池测试方法知识时，引导学生通过建模分析、课题交流的形式，充分激发学生的主动性和求知欲，提高学生分析问题、解决问题和实践能力。教师可从科研生产实际问题提取研究方向，引导学生运用课堂知识，通过自主思考、团队讨论解决实际问题。例如，“电化学测试方法”章节，针对电池使用寿命问题，可安排学生采用电化学阻抗谱方法分析电池的电化学阻抗演化过程。组织学生分小组进行电化学阻抗谱测试，并学习进行电化学阻抗实验谱图的理论模拟。并按照模拟结果，结合文献内容进行谱图解析，从而预测电池的使用寿命。通过微型实验室的课程训练，让学生了解课程内容的实际应用、并锻炼学生解决问题的能力。

案例2，组织学生到动力电池企业参观，让学生对所学知识的应用有更直观了解。例如，在讲授“锂离子电池”章节教学环节，选择珠海格力钛有限公司、珠海冠宇有限公司组织学生实地参观。通过直观接触生产实际过程、与企业人员面对面交流的方式，直接了解课题知识的实际应用及目前面临的实际问题，并鼓励学生运用所学知识进行问题解决。在此过程中，学生可更好地巩固课堂教学过程中电池制备过程，灵活运用电化学测试过程等知识。同时在参观过程中介绍企业的发明专利和创新发展，渗透思政育人元素，激发学生对新能源专业的专业使命感和科技报国热情。在实践教学过程中，进一步培养学生通过专业知识分析实际工程问题的高阶思维方式。

2 课程创新性

课程的创新性主要包括三个方面。首先，课程内容需体现前沿性与时代性；其次，教学形式需体现先进性和互动性；此外，学习结果需具有探究性和个性化。为实现课程的创新性，从教学内容和教学模式两方面进行改革[8]。

2.1 引入最前沿教学内容

电池产业的发展日新月异。“电池材料与器件”课程具有较强的理论性和实践性，在教学过程应突出课程的重难点和前沿性。一方面，在教学过程中以重、难点为主线，补充相关的物理、化学、电化学知识。通过整合基础知识，提高学生的综合应用能力。另一方面，引入课程相关知识点的前沿知识。在课程相关知识点处引入最新科研文献、专利的方式，让学生在学习电池基本理论知识的同时，更加意识到理论对科技发展的重要性。

案例3，以“文献+专利”形式，让学生更多地感知电池行业的发展前沿。我国在动力电池方面已位于世界领先地位，可通过观看《大国重器》、前沿讲座等视频方式，让学生切实了解发展现状，提升学生的民族自豪感[5]。如借助比亚迪“刀片电池”宁德时代“固态电池” “6 μm 铜箔”等专利的介绍，让学生直观了解电池设计对电池工作性能的直接影响；观看中国科学院物理研究所对“钠离子电池”的研发过程，了解我国科学家科技报国、刻苦严谨、自强不息的科学精神。同时，课程还从学校延伸至工业界，如邀请电池企业界的专家做课堂讲座，让学生从工业视角更好地了解电池企业的真实需求和发展方向。

2.2 深化教学模式创新

在教学模式方面，可以根据相关产业的实际发展现状和方向，及时调整课程教学内容，将新技术、新方法、新思路融入到课堂教学中。

案例4，设置翻转课堂，通过研讨式与互动式相结合的课程教学方式，加强“教师、学生和社会”三者间的互动性。例如，教师选取新能源汽车高能量密度动力电池设计的教学案例，将学生带入真实的工程问题。教学过程中，将学生分成4人一组，各组由1名组长、3名成员组成[9]。教师根据工程案例设定具体研讨目标及待解决问题，各组围绕问题展开文献调研、案例收集和组内讨论，围绕工程案例相关问题发表自己见解，并针对问题汇总和总结小组解决方案。最后各小组将讨论结果制作课件，进行课堂课题展示和交流。通过“研讨式与互动式”相结合的翻转课堂，提高学生的课堂参与度，并加强学生、教师和社会三者间的联系。

案例5，增加课程配套实验，培养学生的实践能力和知识迁移能力[10-11]。为增加本课程的实用性，可适当设置课程配套实验研究课题，以增强课程内容的可实践性和研究性。例如，在锂离子电池章节的教学过程中，可通过“仿真教学+实验教学”的模式来训练学生处理和分析电化学数据的能力。在介绍电池组装实验步骤之前，可先介绍电池行业目前面临的工程问题和目前常用的分析方案和解决措施，从而培养学生统筹项目开展的能力。让学生了解电池分析常用测试方法的原理，从而体现课程的高阶性。实验过程采用问题导向、分组实验等探索方式进行，从而达到训练学生实践能力和电化学数据分析能力。

3 课程挑战度

课程的挑战度，可适当增加课程难度，增加课程设计的研究性、创新性、综合性内容，让学生体验挑战、勇于挑战；严格考核评价，让学生体会历经磨练、能力增强的过程。

3.1 提高学生学习理论知识的挑战度

在传输专业知识的同时，注重学生学习方法的培养。在每章小结部分引入思维导图设计，培养学生的知识整合能力和逻辑思维能力。本课程涉及知识面广，涵盖无机化学、物理化学、结构化学等基础知识。通过让学生自主绘制思维导图，整理每章节的重(难)点知识，并发现和总结各知识点之间的关联。在此应注意，学生在绘制过程中不应仅停留在简单知识点的汇总，还应当引导学生发现和总结各知识点之间的内在联系、逻辑顺序等。

3.2 直面教师课程内容建设的挑战度

课程内容是一门理论课程的教学基础，本课程结合“新工科”和“金课”标准的要求，不断引入最前沿和最重要的知识。教学过程中，一方面，降低课程知识本身的枯燥度和理解难度；另一方面，针对学生需求拓展教学内容，提高课程的深度和广度，最终形成融知识、实验、趣味、能力和素质为一体、以学生为中心的课程教学体系，实现“立德树人”的根本教学任务。本门课程尚未有权威或经典教材，相关教材有“物理化学” “化学电源” “动力电池”等，但由于背景不同，教材内容、难度等较难满足本课程实际教学需求。为此，在课程设计之初，教师通过大量阅读相关教材、文献，选取其中适合应用型人才培养目标的内容，通过课前发放课件、PDF格式文件的方式用于学生课前传阅和预习。

3.3 增加综合能力考核的挑战度

课程的考核应实现多样化，并减少考核知识点的单纯记忆，注重知识迁移应用。

例如，考核内容尽量减少“记忆型”知识点，增加多个知识点的融合、迁移的考核，增加应用型题目考核。一方面，提高平时作业开放性题目占比、案例讨论占比及课堂展示占比；另一方面，期末考试命题减少“记忆类”知识点考核，增加综合性能力的考核。另外，通过课堂随机提问的方式，实时了解学生吸收知识的情况；引导学生阅读专业文献，既可以让学生学习专业词汇、锻炼论文检索能力，也可以通过文献学习更深入地理解和巩固课堂所学知识。课程考核以“终结性评价和过程性评价相结合”的评价模式，实时、全面地考核学生学习效果。针对实践类课程环节，设计相应细致的考核评价表。过程性考核重在肯定学生在课程学习中的努力和进步，并及时将考核结果反馈给学生。各评价环节均有据可查，综合考察学生的能力和态度，以及个性和提升幅度等因素，激励学生将学习重心从考前突击转移至综合能力素质的整体提升。

4 结语

本文基于“两性一度”的教学理念，对“电池材料与器件”理论课程通过改进教学内容和重构教学体系，提高教学的“高阶性”“创新性”和“挑战度”，从而加强学生的综合能力。“电池材料与器件”是新能源材料与器件专业的一门重要且新颖的专业课程，初步实践结果表明，围绕“以学生为中心，理论联系实际”理念的教学创新，学生的分析思维、逻辑思维等“复合”能力，以及文化自信、国际视野等均得到显著提升。