基于建構(gòu)主義的課程教學(xué)模式探索

林成 韓雷 高群 劉燕林 湯繼龍

［摘 要］ “新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”是新能源汽車工程專業(yè)的一門新興專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)新能源汽車行業(yè)的人才培養(yǎng)至關(guān)重要。基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀的內(nèi)涵，對(duì)“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程在教學(xué)實(shí)踐中遇到的問題及原因進(jìn)行了深入分析，并提出了基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式和方法，以解決在傳統(tǒng)教學(xué)過程中遇到的問題，從而提高學(xué)生在動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)方面的理論水平與創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)的新能源車動(dòng)力電池專業(yè)人才奠定基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］ 建構(gòu)主義；動(dòng)力電池技術(shù)；課程改革

［基金項(xiàng)目］ 2019—2022年廣東技術(shù)師范大學(xué)人才引進(jìn)項(xiàng)目“高性能磷基鋰離子電池負(fù)極材料研究”（991661812）；2021年度廣東省教育廳智能交通實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心項(xiàng)目

［作者簡(jiǎn)介］ 林 成（1989—），男，廣東廣州人，材料加工工程專業(yè)博士，廣東技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院講師，主要從事鋰離子電池電極材料研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）12-0073-04［收稿日期］ 2022-04-28

鋰離子電池作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，具有能量轉(zhuǎn)化率高、能量密度高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)［1］，在電動(dòng)汽車、便攜式設(shè)備和航空領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車行業(yè)對(duì)核心部件鋰離子動(dòng)力電池的需求量越來越大，相關(guān)從業(yè)人員數(shù)量少、不夠?qū)I(yè)等問題已經(jīng)在很大程度上制約了我國新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展［2-3］。因此，要加大力度培養(yǎng)新能源汽車動(dòng)力電池的相關(guān)專業(yè)人才?！靶履茉雌噭?dòng)力電池技術(shù)”作為新能源汽車專業(yè)的主干課程，受學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、教材內(nèi)容設(shè)置和傳統(tǒng)教學(xué)方式等的制約，教學(xué)效果不佳，學(xué)生的理論知識(shí)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力較差，亟待進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)模式改革。由于“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”屬于新課程，現(xiàn)有的教學(xué)改革研究較少，因此本文借助當(dāng)代教育理論中的建構(gòu)主義理論，對(duì)“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”的教學(xué)模式進(jìn)行探索與建構(gòu)。

一、建構(gòu)主義教學(xué)觀理論概述

建構(gòu)主義思想源于皮亞杰的發(fā)生認(rèn)識(shí)論，強(qiáng)調(diào)根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，借助其他人（教師和學(xué)習(xí)伙伴）和學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得知識(shí)。建構(gòu)主義肯定了主體與客體之間的相互作用，對(duì)現(xiàn)代教育模式改革產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響［4］。建構(gòu)主義教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式存在差異：在教學(xué)目標(biāo)上，傳統(tǒng)教學(xué)模式只注重學(xué)習(xí)書本上的理論知識(shí)，而建構(gòu)主義教學(xué)的重點(diǎn)是結(jié)合創(chuàng)新意識(shí)和發(fā)展創(chuàng)新能力；在教學(xué)主體上，傳統(tǒng)教學(xué)模式以授課教師為主導(dǎo)者，而建構(gòu)主義教學(xué)模式則以學(xué)生為中心，教師輔助和促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)建構(gòu)，從而發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主觀能動(dòng)性。建構(gòu)主義教學(xué)模式更加符合新能源汽車專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)將學(xué)生作為開展教學(xué)的核心，尊重學(xué)生發(fā)展的個(gè)體差異，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［5］。

二、基于建構(gòu)主義教學(xué)模式的“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程構(gòu)建

（一）建構(gòu)主義教學(xué)理念下的課程設(shè)計(jì)流程

根據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理念，課程設(shè)計(jì)流程如圖1所示。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，需要先確定該課程所應(yīng)完成的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行充分分析后，選定合適的教學(xué)模式并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。如果教學(xué)效果好，就總結(jié)相應(yīng)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；如果教學(xué)效果不好，就應(yīng)調(diào)整授課方式，從而找出最佳的教學(xué)方法。

（二）“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

新能源汽車相關(guān)企業(yè)對(duì)動(dòng)力電池技術(shù)人才提出了越來越高的要求，這使得高校必須加強(qiáng)理論知識(shí)之外的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)。因此，“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程不僅需要學(xué)生掌握動(dòng)力電池設(shè)計(jì)與制造的基礎(chǔ)理論，還要具備動(dòng)力電池基本的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)等能力。

（三）學(xué)習(xí)者特征分析

“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程所面對(duì)的學(xué)生具有一定的機(jī)械、電子方面的基礎(chǔ)，但因長(zhǎng)期受“填鴨式”應(yīng)試教育的影響，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)。由于受新能源汽車工程專業(yè)方向的限制，學(xué)生對(duì)化學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)的基本概念與理論等基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)并不深入。如果使用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，鋰離子電池的教學(xué)內(nèi)容較多，教師很難保證在規(guī)定的教學(xué)課時(shí)內(nèi)對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，因此，在教學(xué)之初學(xué)生容易跟不上課堂節(jié)奏，從而失去學(xué)習(xí)興趣，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)是一門集理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用于一體的學(xué)科。相比傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)，新能源動(dòng)力電池技術(shù)更偏向于車用動(dòng)力電池的教學(xué)，具有知識(shí)體系更加專業(yè)、技術(shù)更新快等特點(diǎn)，需要時(shí)刻對(duì)市場(chǎng)上的動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品、材料合成工藝流程、研發(fā)方向、技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行跟蹤調(diào)查。然而，現(xiàn)有的常用教材如《鋰離子電池應(yīng)用與實(shí)踐》《鋰離子電池原理與關(guān)鍵技術(shù)》《鋰離子電池——科學(xué)與技術(shù)》等教材的編者大多屬于材料、化學(xué)、電化學(xué)學(xué)科，導(dǎo)致偏向機(jī)械、車輛、電子方向的學(xué)生在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)鋰離子電池相關(guān)教材時(shí)效果不佳［6］。同時(shí)，由于新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)也取得了巨大的進(jìn)步，新型動(dòng)力電池材料、制備技術(shù)和生產(chǎn)工藝等不斷涌現(xiàn)。然而，動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展并沒有體現(xiàn)在課堂教學(xué)中，教材內(nèi)容只包含基礎(chǔ)理論知識(shí)，并不能實(shí)時(shí)追蹤最新的技術(shù)動(dòng)向。動(dòng)力電池教材內(nèi)容的陳舊落后和其相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展形成了突出的矛盾，是“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的突出問題。

（五）教學(xué)模式選擇

根據(jù)學(xué)習(xí)者特征和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析，傳統(tǒng)教學(xué)模式下，“新能源汽車動(dòng)力電池”的課程教學(xué)效果有限，使用基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式則可以在很大程度上解決該課程所面臨的問題。因?yàn)榻?gòu)主義教學(xué)模式的出發(fā)點(diǎn)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，對(duì)化學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱的新能源汽車專業(yè)的學(xué)生來說，可以通過同化與順應(yīng)過程，幫助他們逐步建構(gòu)對(duì)動(dòng)力電池的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可以使他們與動(dòng)力電池相關(guān)的知識(shí)水平在“平衡—不平衡—新的平衡”這樣的動(dòng)態(tài)循環(huán)中得到不斷豐富、提高和發(fā)展［7］。整個(gè)課程分為基礎(chǔ)理論教學(xué)（32學(xué)時(shí)）和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（16學(xué)時(shí)）。在基礎(chǔ)理論教學(xué)過程中，通過設(shè)計(jì)研討問題與場(chǎng)景，要求學(xué)生預(yù)先思考和預(yù)習(xí)，通過課堂理論教學(xué)、問題討論、學(xué)生小組研究答辯、集體講評(píng)等一整套環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主動(dòng)自主學(xué)習(xí)，夯實(shí)學(xué)生的實(shí)用知識(shí)體系和批判思維意識(shí)，鍛煉學(xué)生分析和解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，以實(shí)驗(yàn)小組為主體，通過小組協(xié)作查找和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并合成相應(yīng)的正極材料和負(fù)極材料，組裝成扣式電池并進(jìn)行測(cè)試其電化學(xué)性能等實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。

（六）教學(xué)模式實(shí)踐

在建構(gòu)主義教學(xué)觀的指導(dǎo)下，結(jié)合新能源車專業(yè)的知識(shí)體系和課程培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程進(jìn)行改革，改革后的教學(xué)內(nèi)容主要分為以下三個(gè)部分。

1.基礎(chǔ)理論部分（24學(xué)時(shí)）?；A(chǔ)理論主要包括6個(gè)模塊，分別為正極材料、負(fù)極材料、電解液、輔助材料、制造工藝和性能測(cè)試。該部分要求學(xué)生系統(tǒng)掌握鋰離子電池各種材料的使用標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)特性、合成工藝等，熟悉各種材料的發(fā)展趨勢(shì)。鑒于部分正極材料如錳酸鋰、鎳酸鋰等，部分負(fù)極材料如過渡金屬氧化物、錫基負(fù)極材料、磷基負(fù)極材料等多停留在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，所以正極材料的教學(xué)重點(diǎn)為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料，負(fù)極材料則以石墨、硅基材料為教學(xué)重點(diǎn)，這樣就可以在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)學(xué)習(xí)，提高教學(xué)質(zhì)量。電解液（溶質(zhì)、溶劑、添加劑等）和輔助材料（黏結(jié)劑、集流體、隔膜等）在本科教育階段側(cè)重了解。制造工藝（電極片制備工藝、裝配工藝、封裝工藝等）和性能測(cè)試（電化學(xué)性能測(cè)試、安全性能測(cè)試等）在基礎(chǔ)理論部分偏重知識(shí)了解，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)部分將會(huì)進(jìn)行重點(diǎn)實(shí)踐學(xué)習(xí)。在進(jìn)行基礎(chǔ)理論部分的學(xué)習(xí)時(shí)，教師在課前根據(jù)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)問題，學(xué)生以學(xué)習(xí)小組（5～6人）為單位，通過互聯(lián)網(wǎng)或者圖書館查找相關(guān)資料，在課上探討和交流對(duì)該問題的看法。在此種合作學(xué)習(xí)模式下，學(xué)生共同探討和交流學(xué)習(xí)成果，能夠極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在師生共同建立的學(xué)習(xí)群體中，學(xué)生先獨(dú)立思考不同的答案和觀點(diǎn)，然后再進(jìn)行全面探討和協(xié)作學(xué)習(xí)。授課教師則根據(jù)學(xué)生的匯報(bào)情況以及遇到的問題進(jìn)行基礎(chǔ)理論部分的講述。通過合作學(xué)習(xí)，雖然學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知水平存在差異，但在交流與溝通中，他們可以完成知識(shí)的互補(bǔ)與升級(jí)。

2.前沿文獻(xiàn)匯報(bào)部分（12學(xué)時(shí)）。因?yàn)樾履茉雌噭?dòng)力電池相關(guān)技術(shù)更新迭代較快，為了解決動(dòng)力電池教材內(nèi)容落后于相關(guān)技術(shù)發(fā)展這一問題，我們發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生閱讀與課程內(nèi)容相關(guān)的最新的高水平學(xué)術(shù)論文，采取“學(xué)生講文獻(xiàn)”的翻轉(zhuǎn)課堂形式，效果良好。閱讀論文、行業(yè)報(bào)告可以幫助學(xué)生掌握行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，從而提出新觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。然而，學(xué)生在進(jìn)行文獻(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)，往往感覺文獻(xiàn)內(nèi)容較為枯燥，難以理解。教師在講解文獻(xiàn)時(shí)如果只是簡(jiǎn)單說教，很難達(dá)到通俗易懂的效果，學(xué)生在學(xué)習(xí)文獻(xiàn)時(shí)也會(huì)較為吃力。如果將相關(guān)文獻(xiàn)整理為科學(xué)前沿專題報(bào)告，輔以授課教師的講解和引導(dǎo)，并利用翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生及時(shí)輸出，可有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思考和創(chuàng)新，提高其對(duì)科學(xué)前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。

3.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)部分（12學(xué)時(shí)）。由于“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程具備較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，如果在授課過程中依賴傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，很難培養(yǎng)理論扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生。因此，在課程實(shí)踐中，除課堂理論教育外，還應(yīng)加強(qiáng)動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)方面的教育。該課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)依托廣東技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院科研平臺(tái)“新能源汽車電源與安全系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心”，進(jìn)行相關(guān)正極材料和負(fù)極材料的合成以及扣式半電池、全電池的制備。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生將學(xué)習(xí)運(yùn)用共沉淀法和高溫煅燒法制備LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2三元正極材料（3課時(shí)），使用機(jī)械合金化等方法制備Si/C復(fù)合材料（3課時(shí)），然后將制備好的正極材料和負(fù)極材料裝配為扣式半電池和全電池并進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試（6課時(shí)）。學(xué)生通過學(xué)習(xí)鋰離子電池的正極材料和負(fù)極材料的制備、扣式電池裝配和電化學(xué)性能測(cè)試，有利于拓展學(xué)生專業(yè)知識(shí)，提高其實(shí)踐能力與產(chǎn)業(yè)化能力。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)將以研究小組（一般3人左右）的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定小組成員在團(tuán)隊(duì)中的分工并予以評(píng)分。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解與認(rèn)知存在差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果各異。在得出結(jié)果后，學(xué)生以研究小組為單位，派代表上臺(tái)報(bào)告自己所在小組的研究成果和體會(huì)，并解答其他師生的提問與質(zhì)疑，從而對(duì)掌握的知識(shí)與技能進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。

（七）教學(xué)效果評(píng)價(jià)

本文提出的基于建構(gòu)主義的“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程教學(xué)模式，在實(shí)施中絕不能將學(xué)生只看作被動(dòng)承受的對(duì)象，必須高度重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。若經(jīng)過課程改革后，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣得到強(qiáng)化，積極性和主動(dòng)性也有所提高，則可總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并繼續(xù)實(shí)施該模式。若教學(xué)沒有達(dá)到預(yù)想的效果，則應(yīng)分析原因并改進(jìn)課程教學(xué)，最終以學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是否得到提升來評(píng)價(jià)教學(xué)效果的好壞。

結(jié)語

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)的不斷更新，本科階段的“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”課程也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不斷深化改革。本文通過分析“新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)”的教學(xué)現(xiàn)狀，提出以建構(gòu)主義理念對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)手段等進(jìn)行改革。通過基于建構(gòu)主義的教學(xué)改革，學(xué)生不僅具備扎實(shí)的動(dòng)力電池相關(guān)知識(shí)的理論基礎(chǔ)，還培養(yǎng)了其在動(dòng)力電池開發(fā)、制造、維護(hù)等方面的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量和效果，為培養(yǎng)高素質(zhì)的新能源汽車動(dòng)力電池相關(guān)從業(yè)人員提供了新的思路。

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Exploration of Curriculum Teaching Mode Based on Constructivism： Taking the Curriculum Reform of Power Battery Technology of Electric Vehicles as an Example

LIN Cheng， HAN Lei， GAO Qun， LIU Yan-lin， TANG Ji-long

（School of Automobile and Transportation Engineering， Guangdong Polytechnic Normal University， Guangzhou， Guangdong 510665， China）

Abstract： Power battery technology of electric vehicles is an emerging professional basic course of new energy vehicle engineering， which is very important to the talent training of new energy vehicle industry. Based on the connotation of constructivist learning view， An in-depth analysis is made in this paper on the problems and causes encountered in the teaching practice of power battery technology of electric vehicles. To improve the students theoretical level and innovation ability in power battery related technology， the teaching mode and method based on Constructivism is put forward hoping to solve the problems encountered in the traditional teaching process. This paper lays a foundation for cultivating high-quality professionals in power battery technology of electric vehicles.

Key words： Constructivism; power battery technology; curriculum reform