李伏虎,武成利,張曄,榮俊鋒,熊金鈺
(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)
石油、天然氣和煤炭等傳統(tǒng)化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體是造成大氣污染和地球環(huán)境變暖的主要因素,直接影響人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境,已經(jīng)成為重大的全球性問題;另一方面,石油、天然氣和煤炭等傳統(tǒng)化石燃料的長期過度開采,已使這些資源面臨枯竭。因此,新能源是人類社會(huì)未來能源發(fā)展的必然趨勢[1]。在2020年11月2日國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035 年)》文件中,明確提出“燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,氫燃料供給體系建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)”的發(fā)展愿景[2]。因此,在我國大力推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下,培養(yǎng)能源化學(xué)工程專業(yè)人才需要注重新能源課程的設(shè)置和教學(xué)實(shí)踐工作的開展。燃料電池是清潔高效利用氫能源的發(fā)電裝置,也是新能源發(fā)展的重要領(lǐng)域。因此,“燃料電池”課程的設(shè)置和開展對(duì)于能源化學(xué)工程專業(yè)具有重要意義?!叭剂想姵亍闭n程教學(xué)需要緊跟新能源發(fā)展方向,為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)能源化工專業(yè)人才。
同時(shí),在教育部印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)“質(zhì)量工程”本科特色專業(yè)建設(shè)的指導(dǎo)性意見》(教高司函[2008]208號(hào))文件中,也明確指出“特色專業(yè)的課程建設(shè)應(yīng)緊緊圍繞教育目標(biāo),根據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域的新發(fā)展和新要求,加強(qiáng)課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)方法和手段等方面的改革與建設(shè)”[3]。由此可以看出專業(yè)特色課程教育教學(xué)的重要性以及專業(yè)特色課程在專業(yè)課程體系中的重要地位?!叭剂想姵亍闭n程作為安徽理工大學(xué)能源化學(xué)工程專業(yè)的特色課程之一,主要講授燃料電池的原理、技術(shù)和應(yīng)用等方面的專業(yè)知識(shí)。結(jié)合安徽理工大學(xué)在新能源環(huán)境下重點(diǎn)發(fā)展煤化工和新能源化工的專業(yè)建設(shè)思想,“燃料電池”課程確定了多方法融合的教學(xué)思路和低碳排放新能源的發(fā)展方向。
“燃料電池”課程主要介紹燃料電池的基本原理、基礎(chǔ)概念、基本技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用等知識(shí),是一些高校的能源類和化工類專業(yè)特色課程[4]。安徽理工大學(xué)能源化學(xué)工程專業(yè)的發(fā)展方向是能源低碳轉(zhuǎn)化、可再生能源利用及相關(guān)領(lǐng)域,自本專業(yè)設(shè)立以來一直開設(shè)“燃料電池”課程。近年來,隨著國際上石油和煤炭等傳統(tǒng)化石能源供求關(guān)系的變化,同時(shí)新能源技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新,新能源設(shè)備不斷更替,對(duì)能源化學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。這也使得能源化學(xué)工程專業(yè)特色課程“燃料電池”必須進(jìn)行教學(xué)改革。
目前,“燃料電池”課程在教學(xué)過程中存在一些問題,主要包括:①教學(xué)內(nèi)容與新能源發(fā)展不同步,課堂教學(xué)無法滿足學(xué)生對(duì)新知識(shí)的需求。由于新能源領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展很快,燃料電池發(fā)展和應(yīng)用方面的參考教材出版相對(duì)滯后,所以“燃料電池”課程的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際發(fā)展存在不同步的現(xiàn)象。②“燃料電池”的傳統(tǒng)課堂多以“板書+ppt”模式為主,課后作業(yè)為輔,這種教學(xué)方式相對(duì)單一,致使學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)的熱情不高,教學(xué)效果不好。③理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)不足,課堂教學(xué)中普遍存在講授理論知識(shí)多,實(shí)踐知識(shí)少,學(xué)生缺乏動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。以上問題既有傳統(tǒng)課堂教學(xué)中普遍存在的,又有“燃料電池”課程特有的,因此需要探索專業(yè)特色課程教學(xué)改革之路。
針對(duì)目前“燃料電池”課程在教學(xué)中出現(xiàn)的問題,結(jié)合能源化學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)學(xué)生素質(zhì)和能力的要求,對(duì)本課程進(jìn)行改革創(chuàng)新和實(shí)踐教學(xué)探索。
“燃料電池”課程的教學(xué)改革需要緊密圍繞能源化學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),修訂課程教學(xué)大綱,加強(qiáng)本專業(yè)課程體系建設(shè),從大綱中總結(jié)出教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)實(shí)踐探索的龍頭,根據(jù)修訂的課程大綱制定出課程目標(biāo),總共有四項(xiàng),分別是:
目標(biāo)1:掌握燃料電池基本原理、技術(shù)、設(shè)備組件及應(yīng)用的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢。
目標(biāo)2:掌握燃料電池教學(xué)上的實(shí)際問題,提高學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力。
目標(biāo)3:根據(jù)能源可持續(xù)發(fā)展的理念,能初步設(shè)計(jì)燃料電池工藝過程,并能進(jìn)行工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和能量效率分析。
目標(biāo)4:具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí),有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力,能及時(shí)了解燃料電池的最新理論、技術(shù)及國際前沿動(dòng)態(tài)。
以上四個(gè)課程目標(biāo)點(diǎn),在課程達(dá)成度評(píng)價(jià)時(shí)所占的比例分別為35%、35%、20%和10%,在考試和平時(shí)成績評(píng)價(jià)時(shí)按照以上比例計(jì)算各個(gè)課程目標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成情況,嚴(yán)格考核課程目標(biāo)的達(dá)成度。
同時(shí),在修訂的教學(xué)大綱中穿插思政教育元素。教學(xué)大綱由課程思政、教學(xué)內(nèi)容、基本要求、知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)實(shí)踐和考核方式與要求等組成。安徽理工大學(xué)是傳統(tǒng)的能源煤礦院校,在新能源環(huán)境下和國家政策導(dǎo)向下,其專業(yè)特色在教學(xué)大綱中應(yīng)更加鮮明地體現(xiàn)。鑒于“燃料電池”是一門專業(yè)應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科,課程教學(xué)大綱需要層次分明、突出重點(diǎn)、專業(yè)特色、滲透思政;其課程教學(xué)理念必須以學(xué)生為中心,滿足能源化工專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。該課程的教學(xué)目標(biāo)為引導(dǎo)學(xué)生掌握燃料電池的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技術(shù)和應(yīng)用前景,通過圖片、視頻、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐等形式感受新能源技術(shù)發(fā)展前沿;在參與過程中激發(fā)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維,鼓勵(lì)學(xué)生提出疑問、進(jìn)行討論并找到答案,尋找新能源技術(shù)未來發(fā)展的方向。只有通過學(xué)生自己開動(dòng)大腦進(jìn)行思考,掌握的知識(shí)才牢固,才能達(dá)到勤思考、出成果、產(chǎn)創(chuàng)新的效果。
2016 年12 月,習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào),高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個(gè)根本問題[3]。要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié),把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程,實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人,努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[5]?!叭剂想姵亍闭n程教學(xué)大綱修訂過程中充分注重立德樹人,滲透思政元素。課程團(tuán)隊(duì)將立德樹人視為根本,充分將思政元素融入教材的各個(gè)章節(jié)中,不斷提升學(xué)生的政治素養(yǎng)和專業(yè)素養(yǎng)。
“燃料電池”課程使用的參考教材多是2000年前后編寫的,由于這些參考書出版時(shí)間較早,一些燃料電池領(lǐng)域的新進(jìn)展是空白知識(shí)點(diǎn),這不僅導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳,也給教學(xué)組織管理增添了困難。于是,課程團(tuán)隊(duì)參考與整理大量國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料和課程信息,將相關(guān)性高的內(nèi)容進(jìn)行整合梳理,完成了“燃料電池”課件的制作工作。在課件整理編寫過程中,必須要把握課程內(nèi)容具有一定的深度和廣度,要在教學(xué)的知識(shí)中呈現(xiàn)出新的、深層次的內(nèi)容,并與能源化學(xué)工程專業(yè)相關(guān)工程實(shí)踐相融合,積極引導(dǎo)學(xué)生思考并訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維。例如,在課堂教學(xué)中介紹燃料電池的應(yīng)用新進(jìn)展時(shí),引用最新實(shí)例為學(xué)生進(jìn)行講解,主要實(shí)例:2022 年北京冬季奧運(yùn)會(huì)使用的氫能源燃料電池賽事交通服務(wù)用車以及山東省建設(shè)加氫站為氫能產(chǎn)業(yè)配套[6-7]。這些知識(shí)點(diǎn)增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促使學(xué)生更加關(guān)注燃料電池新能源的應(yīng)用與發(fā)展。
“燃料電池”課程是理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程,在課堂教學(xué)的過程中需要突出學(xué)生的實(shí)踐能力。為此,在能源化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中增加了燃料電池實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及電化學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;另外,還在教學(xué)過程中演示甲醇燃料電池的工作過程和原理;在能源化學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),增加了燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目。通過這些教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容的開展,增加了學(xué)生對(duì)燃料電池原理的感性認(rèn)識(shí),提升學(xué)生的實(shí)踐能力和專業(yè)創(chuàng)新能力,使學(xué)生能夠?qū)W有所用,進(jìn)而提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。
在“燃料電池”課程的教學(xué)過程中,除了傳統(tǒng)課堂“板書+ppt”的教學(xué)模式外,還積極探索多種教學(xué)模式,例如:課堂教學(xué)中布置開放性討論課題,讓學(xué)生拓展想象空間,思考未來燃料電池可能應(yīng)用的領(lǐng)域;同時(shí),布置學(xué)生課下查找閱讀文獻(xiàn),撰寫燃料電池發(fā)展的綜述;另外,還可以在課堂教學(xué)中播放燃料電池應(yīng)用的視頻資料及演示圖等,增加學(xué)生對(duì)燃料電池原理和應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)識(shí),這樣既豐富了教學(xué)手段,又改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式,同時(shí)提升了教學(xué)效果。
近年來,通過持續(xù)進(jìn)行“燃料電池”課程的教學(xué)改革,加強(qiáng)了能源化學(xué)工程專業(yè)的課程建設(shè)。通過分析近三年來的課程達(dá)成情況(表1)可以看出,課程平均達(dá)成度分別為66.2%、70.8%和72.1%,學(xué)生課程達(dá)成度穩(wěn)步提高。通過最近一次課程總目標(biāo)的達(dá)成情況(圖1),可以看出學(xué)生達(dá)成情況良好。另外,以學(xué)生為主體進(jìn)行調(diào)查與統(tǒng)計(jì),學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)自主性、積極性明顯提升,不僅對(duì)學(xué)習(xí)充滿興趣,還能對(duì)知識(shí)點(diǎn)舉一反三,對(duì)能源化工專業(yè)知識(shí)掌握較好。
表1 近三年“燃料電池”課程達(dá)成情況
圖1 能源化學(xué)工程專業(yè)“燃料電池”課程最近一次課程總目標(biāo)達(dá)成度散點(diǎn)圖
為了持續(xù)保持教學(xué)改革成效,“燃料電池”課程借鑒工程教育認(rèn)證體系中的課程評(píng)價(jià)體系和持續(xù)改進(jìn)措施(Continuous Quality Improvement,CQI),對(duì)課程的教學(xué)效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)?!叭剂想姵亍闭n程必須建立有效的質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制,能持續(xù)跟蹤改進(jìn)效果并用于推動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量不斷提升?!叭剂想姵亍闭n程持續(xù)改進(jìn)系統(tǒng)分為以下四個(gè)部分:
首先,以學(xué)生為主體,對(duì)學(xué)生課程考試情況和平時(shí)學(xué)習(xí)情況的四個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)。在計(jì)算課程目標(biāo)達(dá)成度的過程中,學(xué)生的考試課程目標(biāo)達(dá)成度可以通過考試卷面分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)情況課程目標(biāo)達(dá)成度主要通過學(xué)生的課堂表現(xiàn)、課堂作業(yè)和課后作業(yè)等情況來確定,考試成績和平時(shí)成績在總達(dá)成度的計(jì)算中占比分別為70%和30%。
其次,在“燃料電池”課程四個(gè)課程目標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度中找出達(dá)成情況最低的目標(biāo)點(diǎn),組織教師和學(xué)生座談,分析情況,查找原因,制定課堂教學(xué)改進(jìn)措施。通常目標(biāo)2(解決問題的能力)和目標(biāo)3(持續(xù)發(fā)展的理念)這兩項(xiàng)達(dá)成度較低,在改進(jìn)措施中需要有針對(duì)性。
再次,在新學(xué)期的教學(xué)中執(zhí)行改進(jìn)措施,做好檢查和驗(yàn)證工作,樹立高標(biāo)準(zhǔn),補(bǔ)足教學(xué)短板,在保障教學(xué)質(zhì)量的同時(shí),及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在的問題,提升課程目標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成情況。
最后,進(jìn)行新一輪的課程評(píng)價(jià),總結(jié)課程目標(biāo)的達(dá)成情況,尋找新的需要改進(jìn)的課程目標(biāo)點(diǎn)。通過以上循序漸進(jìn)的教改步驟,持續(xù)改進(jìn)了“燃料電池”的課程教學(xué),獲得了明顯的效果。教學(xué)改革喚起了學(xué)生的自我主動(dòng)力和行動(dòng)力,課程內(nèi)容的新穎性和授課模式的趣味性重新點(diǎn)燃了學(xué)生及教師對(duì)課程的學(xué)習(xí)熱情。
安徽理工大學(xué)能源化學(xué)工程專業(yè)“燃料電池”課程通過三年多的教學(xué)改革探索,已取得一定教改效果,學(xué)生的專業(yè)能力和課程成績均有一定的提高,“燃料電池”課程也入選安徽省省級(jí)教學(xué)示范課建設(shè)課程。在新能源發(fā)展的大環(huán)境下,對(duì)能源化學(xué)專業(yè)的學(xué)生素質(zhì)提出了新的要求,“燃料電池”課程的教學(xué)改革探索,提升了學(xué)生理論與實(shí)踐水平,也鍛煉了教師的教學(xué)能力,為培養(yǎng)具有良好思政素質(zhì)、較高專業(yè)技術(shù)水平及正確價(jià)值觀的綜合應(yīng)用型人才奠定了基礎(chǔ)。