融入案例教學(xué)的《新能源材料》在線開(kāi)放課程建設(shè)思考*

韓新月，李 斌，吉恒松，王 爽

(江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

習(xí)總書(shū)記在十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，我們必須樹(shù)立社會(huì)主義生態(tài)文明觀，堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，而發(fā)展清潔能源是改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)。因此，培養(yǎng)綜合素質(zhì)優(yōu)良的新能源復(fù)合型工程技術(shù)人才至關(guān)重要。

2010年8月， 江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院結(jié)合自身實(shí)際情況，依托機(jī)械工程、電氣信息工程、材料科學(xué)與工程、化學(xué)化工、土木工程等學(xué)科專業(yè)的支持，并結(jié)合新能源產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)設(shè)立了新能源科學(xué)與工程專業(yè)，是全國(guó)首批設(shè)立新能源科學(xué)與工程專業(yè)的十一所院校之一[1]。新能源科學(xué)與工程專業(yè)隸屬能源動(dòng)力類專業(yè)目錄，分屬于動(dòng)力工程及工程熱物理一級(jí)學(xué)科。江蘇大學(xué)的新能源科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)定位為：以國(guó)家戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)重大需求為導(dǎo)向，在太陽(yáng)能利用、生物質(zhì)能利用等領(lǐng)域立足于長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)帶、面向全國(guó)新能源動(dòng)力行業(yè)，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，德智體美勞全面發(fā)展，在工程領(lǐng)域具有良好的職業(yè)道德和持久競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型高素質(zhì)人才。

《新能源材料》課程是江蘇大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生的一門(mén)專業(yè)課程，也是化工專業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)選修課[2-3]，該課程的專業(yè)面比較寬，學(xué)科交叉性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容豐富。從課程的內(nèi)容上來(lái)看，涉及的電池種類達(dá)五種之多，主要包括太陽(yáng)能電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、金屬氫化物鎳電池材料、相變儲(chǔ)能材料等[4]，涉及材料、化學(xué)、物理、機(jī)械等多學(xué)科交叉[5]。要想把這些門(mén)類眾多的電池通過(guò)有限的課堂教學(xué)(32學(xué)時(shí))全部講解完畢，而且讓學(xué)生完全理解，這顯然是不可能的，這就要求我們要對(duì)這門(mén)課程進(jìn)行教學(xué)改革，其實(shí)我們可以借著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，把“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式應(yīng)用于《新能源材料》的教學(xué)中。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外慕課(MOOC-Massive Open Online Course)的快速發(fā)展給高等教育的教學(xué)模式帶來(lái)了巨大變革， MOOC改變了高等教育以“教”為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，建立了以“學(xué)”為中心的大學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式，對(duì)世界范圍內(nèi)的傳統(tǒng)教學(xué)方式帶來(lái)了巨大的沖擊[6]。2013年，隨著北京大學(xué)、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)一流大學(xué)加入“慕課”三大平臺(tái)(即中國(guó)大學(xué)MOOC、好大學(xué)在線、慕課網(wǎng))，“慕課”就此大規(guī)模進(jìn)入中國(guó)，目前越來(lái)越多的學(xué)校和課程走上了慕課平臺(tái)[7]。借助這些慕課平臺(tái)，為了滿足國(guó)家對(duì)新能源領(lǐng)域高素質(zhì)專業(yè)人才增長(zhǎng)的需求，高校需要高度關(guān)注和重視這類新能源課程的教學(xué)改革。

1 融入案例的在線開(kāi)放課程建設(shè)目標(biāo)

以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，以前沿技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，通過(guò)融入相關(guān)的學(xué)科前沿和形象化案例來(lái)構(gòu)建《新能源材料》在線開(kāi)放課程優(yōu)勢(shì)教學(xué)資源以提高學(xué)生線上學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，夯實(shí)新能源材料理論基礎(chǔ)；針對(duì)《新能源材料》課程內(nèi)容與工程應(yīng)用密切相關(guān)的特點(diǎn)，建設(shè)《新能源材料》在線案例庫(kù)，以研究“案例”為中心，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和協(xié)作、溝通能力的新工科人才。具體實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

(1)立足在線課程建設(shè)，夯實(shí)新能源材料理論基礎(chǔ)

編排形象化的案例用于知識(shí)點(diǎn)的講解、錄制融入案例的知識(shí)點(diǎn)視頻，完成在線課程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)基于慕課(MOOC)開(kāi)放課程資源的翻轉(zhuǎn)式/混合式教學(xué)模式，改進(jìn)《新能源材料》教、學(xué)的互動(dòng)方式和課程質(zhì)量，設(shè)計(jì)自主學(xué)習(xí)質(zhì)量控制機(jī)制，確保自主學(xué)習(xí)的質(zhì)量和效率。

(2)構(gòu)建在線案例庫(kù)，培養(yǎng)工程意識(shí)和協(xié)作能力

發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)，融最新科研成果進(jìn)課堂、入教材，針對(duì)《新能源材料》內(nèi)容與工程應(yīng)用密切相關(guān)的特點(diǎn)，構(gòu)建貼近產(chǎn)業(yè)實(shí)際的《新能源材料》工程案例庫(kù)。以研究“案例”為中心，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。將學(xué)生的合作能力、溝通能力、領(lǐng)導(dǎo)能力的培養(yǎng)貫穿于工程案例教學(xué)的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)工程案例與在線課程的有機(jī)融合與互補(bǔ)。

2 融入案例的在線開(kāi)放課程建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施路徑

2.1 案例資源的收集，融入案例的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容設(shè)計(jì)是《新能源材料》在線開(kāi)放建設(shè)的基礎(chǔ)，要求融入案例的創(chuàng)新內(nèi)容，但還要難度適中，緊密結(jié)合現(xiàn)代化社會(huì)和科技發(fā)展趨勢(shì)，在加強(qiáng)學(xué)生理論基礎(chǔ)的同時(shí)提高其實(shí)踐能力。因此，需要任課教師在和有工程背景的授課團(tuán)隊(duì)老師溝通交流和廣泛閱讀文獻(xiàn)、跟蹤了解新能源科學(xué)與工程專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的最新技術(shù)和發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，收集與《新能源材料》教學(xué)知識(shí)點(diǎn)有關(guān)的生活、生產(chǎn)中的相關(guān)問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為便于理論解決的科學(xué)問(wèn)題，整合教學(xué)資源，將《新能源材料》的理論知識(shí)與復(fù)雜的實(shí)例進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)融入案例的知識(shí)點(diǎn)講解內(nèi)容。

比如，在學(xué)習(xí)太陽(yáng)能電池材料一章時(shí)，教師可詳細(xì)講述太陽(yáng)能電池材料的分類和結(jié)構(gòu)組成、太陽(yáng)能電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題。而在講述太陽(yáng)能電池及組件的設(shè)計(jì)、制備過(guò)程時(shí)，可以結(jié)合光伏企業(yè)制作硅太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池等的流程動(dòng)畫(huà)或視頻來(lái)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生們看到實(shí)實(shí)在在的材料的轉(zhuǎn)化過(guò)程或器件的制備過(guò)程?；蛘呓Y(jié)合近年來(lái)太陽(yáng)能電池材料領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)，比如新型鈣鈦礦電池的構(gòu)成及穩(wěn)定性提高方式，梯級(jí)鈣鈦礦電池、半透明鈣鈦礦電池的提出背景和發(fā)展前景等。在學(xué)習(xí)燃料電池章節(jié)時(shí)，教師可結(jié)合學(xué)科前沿引入氫燃料電池汽車的案例，從氫燃料電池汽車的工作原理來(lái)學(xué)習(xí)燃料電池的發(fā)展、類型、結(jié)構(gòu)、工作原理等基礎(chǔ)知識(shí)，然后介紹氫燃料電池汽車的重要部件及關(guān)鍵技術(shù)，再了解補(bǔ)給燃料氫的加氫站、氫燃料電池汽車的優(yōu)勢(shì)及氫燃料電池汽車的發(fā)展面臨的問(wèn)題等。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，不僅可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)燃料電池材料的興趣，還可開(kāi)闊學(xué)生視野。另外，在講到相變儲(chǔ)能材料時(shí)，可以引入最新的采用相變材料冷卻聚光光伏系統(tǒng)或者把相變材料用于聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電的儲(chǔ)能裝置等。引入前沿研究，并不是強(qiáng)求同學(xué)們?nèi)フ莆者@些尖端技術(shù)，而是引導(dǎo)他們從新能源材料理論出發(fā)，理解這些創(chuàng)新思路的由來(lái)，思考實(shí)際運(yùn)用中理論如何呈現(xiàn)出來(lái)，這些理論的應(yīng)用又會(huì)帶來(lái)哪些變化。在這門(mén)課程中，可以讓學(xué)生通過(guò)前沿案例體會(huì)新能源材料在技術(shù)發(fā)展和社會(huì)生活中的作用，理解新能源材料理論對(duì)新技術(shù)的支撐與發(fā)展。為此，在課堂上不能止于灌輸知識(shí)，更要激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.2 知識(shí)點(diǎn)單元對(duì)應(yīng)視頻的錄制

根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)利用圖像、動(dòng)畫(huà)和文字等教學(xué)手段組織各知識(shí)點(diǎn)視頻，錄制融入案例的知識(shí)點(diǎn)視頻，視頻時(shí)長(zhǎng)一般控制在10～15 min以內(nèi)，將每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)視頻打造成精品。

比如，我們?cè)趯W(xué)習(xí)新型二次電池材料(包括金屬氫化物鎳電池材料和鋰離子電池材料)的時(shí)候，我們可以把以前化學(xué)中學(xué)的電化學(xué)的基本知識(shí)，主要包括兩類導(dǎo)體、正極和負(fù)極、陰極和陽(yáng)極、電解池、原電池作為一個(gè)知識(shí)點(diǎn)來(lái)錄制視頻，以我們生活中常用的干電池為例來(lái)講解，并制作動(dòng)畫(huà)來(lái)演示原電池和電解池的工作原理，引起學(xué)生學(xué)習(xí)新型二次電池材料的激情并為后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

2.3 學(xué)習(xí)質(zhì)量控制機(jī)制設(shè)計(jì)

《新能源材料》線上線下教學(xué)模式的另外一個(gè)重要環(huán)節(jié)是如何檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和質(zhì)量。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的在線學(xué)習(xí)質(zhì)量控制機(jī)制確保自主在線學(xué)習(xí)的質(zhì)量，主要包括課前預(yù)備知識(shí)測(cè)試、隨堂即時(shí)測(cè)試、單元測(cè)驗(yàn)題、單元作業(yè)題以及相關(guān)的討論題。線上聽(tīng)講過(guò)程中，學(xué)生很容易被其他事情所打擾，因此，需要在2～3 min后設(shè)置相應(yīng)的“課堂提問(wèn)”，提高學(xué)生注意力的同時(shí)，檢驗(yàn)學(xué)生聽(tīng)課效果。針對(duì)“太陽(yáng)能電池原理”知識(shí)點(diǎn)，我們可以設(shè)置什么是光生伏特效應(yīng)？太陽(yáng)能電池的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？另外，學(xué)生觀看知識(shí)點(diǎn)視頻后，可以通過(guò)完成單元測(cè)驗(yàn)題和單元作業(yè)題來(lái)檢驗(yàn)自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，另外任課教師也可以通過(guò)平臺(tái)反饋的學(xué)生測(cè)試環(huán)節(jié)分?jǐn)?shù)來(lái)考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。此外，學(xué)生還可以通過(guò)線上平臺(tái)的答疑區(qū)、討論區(qū)和任課教師積極、實(shí)時(shí)互動(dòng)，及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的困惑，提高學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課的效果。建立交流平臺(tái)的維護(hù)機(jī)制，便于學(xué)生并且能夠及時(shí)得到學(xué)習(xí)反饋，實(shí)現(xiàn)基于在線開(kāi)放課程資源的翻轉(zhuǎn)式/混合式教學(xué)模式，改進(jìn)《新能源材料》教、學(xué)的互動(dòng)方式，提高課程資源的質(zhì)量。

2.4 在線案例習(xí)題庫(kù)的構(gòu)建

發(fā)揮校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的優(yōu)勢(shì)與特色，組織任課教師深入企業(yè)學(xué)習(xí)，參與企業(yè)的實(shí)踐培訓(xùn)，與企業(yè)深入探討工程案例的設(shè)計(jì)方案，收集和整理工程案例，最終構(gòu)建符合工程實(shí)際的真實(shí)、典型的工程案例習(xí)題庫(kù)。利用在線平臺(tái)的信息化優(yōu)勢(shì)，以《新能源材料》在線課程平臺(tái)為基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組(每組 4～5人)，隨機(jī)分配工程案例，以組為單位進(jìn)行工程案例設(shè)計(jì)；設(shè)置教師在線指導(dǎo)模塊，強(qiáng)化教師的在線引導(dǎo)過(guò)程；設(shè)置在線討論模塊，實(shí)現(xiàn)師生在線分組討論功能；設(shè)置學(xué)生互評(píng)模塊，構(gòu)建學(xué)生互評(píng)機(jī)制。從而建成貼近產(chǎn)業(yè)實(shí)際的《新能源材料》在線工程案例庫(kù)，實(shí)現(xiàn)工程案例與在線課程的有機(jī)融合與互補(bǔ)，培養(yǎng)出一批具備創(chuàng)新思維和工程意識(shí)的新工科人才。眾所周知，新能源汽車作為一個(gè)真正意義上的“零排放、無(wú)污染”的交通工具，現(xiàn)已在世界各國(guó)迅速發(fā)展，而鋰離子電池、燃料電池的研發(fā)生產(chǎn)，已成為學(xué)術(shù)界和生產(chǎn)行業(yè)的研究熱點(diǎn)。所以，我們可以把新能源汽車作為研究專題，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣選擇氫燃料電池汽車或者鋰離子電池汽車，結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)去調(diào)研氫燃料電池或者鋰離子電池最新研究進(jìn)展及相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展概況，完成綜述并進(jìn)行分享，還要體現(xiàn)自己的思考和見(jiàn)解。

3 融入案例的在線開(kāi)放課程建設(shè)的特色和亮點(diǎn)

(1)搜集與《新能源材料》課程內(nèi)容相關(guān)的學(xué)科前沿和形象化案例，經(jīng)過(guò)梳理和分解后建立相對(duì)獨(dú)立的融入案例的知識(shí)點(diǎn)單元，將課程知識(shí)結(jié)構(gòu)碎片化，圍繞知識(shí)點(diǎn)單元錄制視頻，開(kāi)展形象化教學(xué)，學(xué)生可以有針對(duì)性的選擇知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生線上學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，夯實(shí)新能源材料理論基礎(chǔ)。

(2)構(gòu)建符合工程實(shí)際的真實(shí)、典型的工程案例習(xí)題庫(kù)，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力和工程意識(shí)。

(3)建立課前準(zhǔn)入、課后準(zhǔn)出等學(xué)習(xí)過(guò)程控制機(jī)制，以及在線交流平臺(tái)維護(hù)機(jī)制。

《新能源材料》在線開(kāi)放課程的建設(shè)可將線下課堂教學(xué)與線上教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，不僅為學(xué)生提供了豐富多彩的教學(xué)資源，同時(shí)為教師和學(xué)生的及時(shí)溝通和交流提供了方便快捷的平臺(tái)。這種混合式教學(xué)模式有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和主動(dòng)性，有利于改革傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法，從而提高學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解和掌握。

4 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)展清潔能源是改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)。因此，培養(yǎng)綜合素質(zhì)優(yōu)良的新能源復(fù)合型工程技術(shù)人才至關(guān)重要?！缎履茉床牧稀纷鳛樾履茉纯茖W(xué)與工程專業(yè)的重要專業(yè)課程，課程特點(diǎn)是專業(yè)面比較寬，學(xué)科交叉性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容豐富，造成教師難教、學(xué)生難學(xué)的問(wèn)題。為了有效提高學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)效果，筆者對(duì)《新能源材料》在線開(kāi)放課程建設(shè)進(jìn)行了幾點(diǎn)思考?；谧寣W(xué)生通過(guò)案例體會(huì)新能源材料在技術(shù)發(fā)展和社會(huì)生活中的作用，理解新能源材料理論對(duì)新技術(shù)的支撐與發(fā)展的想法，通過(guò)融入相關(guān)的學(xué)科前沿和形象化案例來(lái)構(gòu)建《新能源材料》在線開(kāi)放課程優(yōu)勢(shì)教學(xué)資源，建設(shè)《新能源材料》在線案例庫(kù)，以研究“案例”為中心，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和協(xié)作、溝通能力的新工科人才。本研究不僅可以推動(dòng)江蘇大學(xué)也可以推動(dòng)國(guó)內(nèi)兄弟院?！缎履茉床牧稀氛n程的教學(xué)改革，為國(guó)家培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才。