“双碳”目标下“二维三阶”混合教学模式的探索

［摘 要］ 在“双碳”目标及能源转型的背景下，新能源材料类人才的需求逐年增加，如何培养新能源材料领域的专业人才是相关课程改革的重点，推动人才培养的创新教学模式迫在眉睫。以新能源材料类课程为例，针对基础课程理论性强、内容枯燥难懂的特点，提出“二维三阶”混合教学模式，革新“线上+线下”、“课前+课中+课后”教学过程、优化考核机制，充分发挥学生的主体地位，让学生将所学理论知识与实践应用融会贯通，学以致用，为我国实现“双碳”目标培养战略性科技人才后备军。

［关键词］ “双碳”目标；新能源材料；“二维三阶”教学模式

［基金项目］ 2021年度成都市鼓励校地校企合作培养产业发展人才项目“太阳能产业高素质应用型复合人才校企联合培养”（成财制〔2021〕2号）；2021年度四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“双碳背景下新能源专业创新创业教育研究与实践”（JG2021-566）；2021年度西南石油大学新能源与材料学院“教学改革研究”项目“‘双碳’目标下新能源材料专业‘二维三阶’混合式教学模式的探索与实践：以材料科学与工程基础为例”（2021XCY-JXGG-015）

［作者简介］ 张凤英（1991—），女，四川简阳人，博士，西南石油大学新能源与材料学院讲师（通信作者），主要从事能源化学研究；张 骞（1982—），男，山东济南人，博士，西南石油大学新能源与材料学院副教授，主要从事能源化学研究；黄泽皑（1989—），男，四川眉山人，博士，西南石油大学新能源与材料学院讲师，主要从事能源化学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）11-0097-04 ［收稿日期］ 2022-02-04

引言

2020年，国家主席习近平首次提出，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，即中国的碳达峰、碳中和目标［1］。2021年，中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见中更是强调，把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，确保如期实现碳达峰、碳中和［2］。至此，绿色环保的新能源迎来了全新的发展机遇与势头，为新能源产业培养相关技术人才成为新能源材料专业的首要任务。

新能源材料专业人才培养的重点是让学生树立创新意识和提高创新能力，培养战略性科技人才后备军。该专业基础核心课程具有理论性强、内容枯燥难懂、概念抽象繁杂等特点，学生在掌握基础知识与理解实际应用间存在鸿沟［3］。传统的教学方式无法满足本专业人才的培养要求，教学方式、教学内容亟须整合和优化，以提高教学质量并增强学生的学习和创新能力，充分调动学生的学习自主性、积极性，加强“基础—实践—应用”协同理解，提升分析和解决问题的能力，为高速发展的新能源材料领域培育思想开放、知识面广、善于思辨的复合型人才［4-5］。

一、“二维三阶”混合教学模式的探索与实践

在新能源技术和新型材料高速发展的背景下，从教学模式和考核方式两方面入手，通过教学内容、教学形式、考核方法等对新能源材料类课程教学进行综合性改革探索，充分利用信息化教学手段，实施“二维三阶”混合教学模式（见图1），提高学习的主动性及学习效率［6］。

（一）“二维三阶”教学模式的构建

1.确立课程目标。以专业人才培养方案毕业要求为依据，确立课程目标，为“教与学”提供指导与方向，明确学生完成课程学习后须具备的知识与能力。具体包括：（1）专业技术知识：能将材料科学与工程、材料物理化学、固体物理、材料分析方法等专业知识用于新能源生产、转化和存储过程中的相关材料的开发、分析与应用。（2）分析和解决问题：能识别和表达新能源产生、转化和存储过程中复杂工程问题的关键环节和参数，并提出新能源产生、转化和存储过程中遇到的复杂工程问题的具体解决方案。（3）开展研究的能力：能基于科学原理对新能源产生、转化和存储过程中的复杂工程问题进行研究，并采用科学的方法分析与解释数据，从而得到合理有效的结论。

2.发挥学生主体地位。改变以教育为核心、教师为主导的传统教学模式，构建以结果为导向、学生为主体的勤动脑、勤动手、勤动嘴的自主式教学模式。措施如下：（1）动脑：教师要多以问题为导向，抛出问题。例如，在氢能教学导入部分，提出问题：“2008年北京奥运会与2022年北京冬奥会中圣火使用的燃料有什么区别？”激发学生的学习兴趣和主动性，引发思考。（2）动手：增设简易的材料制备或能源转化研究小实验，培养动手操作能力，掌握新能源材料合成制备、器件制造和转化工艺流程。（3）动嘴：开展形式多样的分组讨论及课堂互动，锻炼学生语言组织及交流表达能力。结合线上、线下两个教学维度，有效整合“课前、课中、课后”三个阶段的学习活动，促进师生角色重心的翻转，开展“自主、合作、探索”的多元混合式教学，提升学生在学习过程的主体地位。

3.理论与实践相结合。突显理论教学和实践应用相结合的培养过程，加强学生创新能力和专业知识综合应用能力。引入第二实践课堂对第一理论课堂形成有益的补充，将实践应用融入课程教学，通过在实践过程中观察到的实验现象与理论知识的结合，巩固相关理论知识，培养学生的思考和思维能力，扩大其知识领域，开阔视野，提高学生理论联系实际并解决工程问题的能力［7-8］。如，增设太阳能电池、超级电容器以及锂离子电池开发、能源转换和能源污染治理、太阳能-化学能转化材料等应用实践项目，了解实际应用的“卡脖子”问题，培养学生的科研意识，提高学生学以致用的能力。

4.课程资源多元化建设。依托互联网融合教学优势，完善线上教学。首先，通过实用性对比分析线上教育平台，多形式交互使用“学习通+雨课堂”，补充完善平台的短板与不足，为线上教育的深化改革提供强有力保障。其次，组织教学经验丰富、课堂氛围浓、思维活跃的优秀教师开设线上教学精品课程，从趣味性和可理解性出发，通过专家的可行性分析和师生满意度调查后上线，为线上教育的课程内容提供强有力的补充［9］。

（二）混合教学模式的实施

1.课前线上预习激发兴趣。教师利用慕课、雨课堂、学习通等线上平台提前发布短视频学习资源，以新能源开发解决的实际问题为导向，让学生自主观看短视频进行课前学习，完成每个视频后的随机测试题，以激发学生的学习动机。通过线上平台的后台数据分析学生的课前预习情况，概括学生知识结构与能力特征，总结学生在知识掌握上的短板及薄弱环节，为课中教学内容重点和难点的适度调节与倾斜做好铺垫。

2.课中线下学习夯实基础。课中环节具有承上启下的作用，是教学过程的重点，主要考虑：（1）基础与应用的有机融合。教师不需要面面俱到地讲解理论知识，根据线上平台的预习数据，有针对性地解决预习过程中存在的问题，提高教学效率。此外，结合新能源材料类课程的基础知识和实际应用设计教学内容，比如在《学习太阳能电池》章节时，引入太阳能电池的产业现状激发学生的学习兴趣。利用创意小实验/研究参观等方式加深新能源及材料相关理论知识与应用的有机融合，如材料的制备与形成工艺、能源转化装置及性能测试等。（2）翻转课堂形式多元化。围绕新能源理论知识核心案例，通过小组协作调研与讨论，组织学生以讲授、演示、创意发明等多元化方式交流学习，既增强了表达和创意能力，又加深和拓宽了知识内容。（3）增设形式多样的讲座。定期邀请校内外材料领域的专家开展专题讲座，着重介绍新能源材料的应用案例、最新科研成果以及前沿发展动态等，拓宽知识面，增强学习兴趣并提升学习积极性［10］。

3.课后线上复习+线下测试强化知识体系。课后学生可以随时通过线上学习平台进行复习，巩固所学知识内容，有疑问的地方也可以通过邮箱、班级群在线上与教师进行交流探讨，解决学习过程中遇到的各类问题。教师可以针对新能源材料类课程所学的重点和难点不定期出一套测试卷，用课堂时间对前期学习内容进行综合测试，可以全面掌握学生的学习情况，同时能以测促学，促进学生牢固地掌握相关知识，进而能融会贯通，形成知识体系。

（三）考核评价机制的更新

在新的时代发展背景下，新能源材料专业亟须培养思想开放、知识面广、善于思辨的综合性专业化人才。为此，教学过程中要加强对知识的实践应用学习，多维度评估人才发展潜力，而构建以过程和能力为导向的多元评价机制，注重学生学习能力及专业知识综合应用能力的培养，强调过程性评价理念则尤为重要。

实施以过程考核为重点的“三个阶段”考核模式，构建立体化的成绩评定体系。总评成绩由过程考核（60%）+应用拓展能力（10%）+期末考试成绩（30%）组成。过程考核包括课前预习及练习题（20%）、课堂参与度（10%）、课后复习及不定期测试（30%）。应用拓展则由翻转课堂报告所决定，学生平时的小组讨论部分由组内成员相互打分和组间打分相结合，评定学生观察、发现及解决问题的主动性。考核方式透明化，第一堂课就告知学生评分标准与细则，定期公布学生当前获得的分数及排名情况。同时，师生共同讨论，形成调查问卷，搜集师生对本评定体系的意见建议，不断优化考核方式，确保考核真实有效。

二、新能源材料类课程建设成效

“二维三阶”混合教学模式的实施打破了教学时间与空间的限制，充分发挥学生主体意识，紧密围绕新能源材料发展前沿，培养在能源结构转型与升级中具有突出优势的技术、研发及储备型人才，达到教与学的全面融合。新能源材料类课程建设成效体现在：（1）教学模式更加适宜。紧跟互联网的高速发展步伐，摒弃不合时宜的教学模式，创新教学思路和教学方法，树立终身学习观，促进学生的全面发展。（2）线上教学更加完善。丰富的线上教学平台与学习资源，融合新能源材料前沿热点案例，实现新旧知识的及时更新迭代。（3）考核模式更加合理。改变传统的平面考核方式，实施“三阶”立体考核体系，以过程考核为重点，提升学生在学习过程中的主体地位。

结语

以我校新能源材料与器件专业为试点，围绕新能源材料类课程改革与建设，打破传统教师讲授为主的教学形式，充分考虑学生的知识结构和主体地位，探索线上和线下相结合，贯穿课前、课中、课后的“二维三阶”混合教学模式，提升对知识探索与创新的能力，培养新能源材料专业急需的综合应用型人才。该教学模式的探索与实践具有重要的理论研究价值和示范性作用，可显著提高新能源材料类课程教学质量，“二维三阶”混合教学模式和以过程为重点的考核模式可为其他课程的改革提供借鉴与参考。

参考文献

［1］习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话［EB/OL］.（2020-09-22）［2022-01-01］.https：//www.ccps.gov.cn/xxsxk/zyls/202009/t20200922_143558.shtml？eqid=d21edbb400276a190000000364844206.

［2］中共中央 国务院 关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见［A/OL］.（2021-09-22）［2022-01-01］.http：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/24/content_5644613.htm.

［3］刘洪丽，高波，李婧.《材料科学与工程基础》课程思政建设及评价［J］.高教论坛，2020（11）：31-33.

［4］周洪雷.材料科学基础课程教学改革探索［J］.科技风，2021（9）：30+86.

［5］马建民.基于成果导向教育理念的工程专业教学改革：以“新能源材料与器件”课程为例［J］.教育教学论坛，2021（7）：61-64.

［6］李艳霞，范涛，王倩，等.“互联网+”下《材料科学基础》教学模式改革的研究与实践［J］.北华航天工业学院学报，2021，31（1）：42-44.

［7］马琛.理论与实验高度融合的教学模式改革探索：以“材料科学与工程基础”课程为例［J］.教育教学论坛，2022（19）：45-48.