新能源材料与器件专业BOPPPS教学模式探索与实践

［摘 要］ “化学电源基础与应用”是中南大学新能源材料与器件专业的核心骨干课程，是一门以电池基础理论为核心、以解决实际问题为终极目标的应用性课程。在当前新能源产业发展迅猛的市场背景下，将产教融合深入运用到课程教学中，对于新能源材料与器件专业人才培养及社会发展具有深远影响。将产教融合理念与BOPPPS教学模式紧密结合，精心设计教学内容及教学过程，优化考核评价体系，提升了课程教学效果并有效达成教学目标，体现出明显优于传统教学模式的教学效果。

［关键词］ 化学电源基础与应用；产教融合；BOPPPS教学模式；教学改革；人才培养

［基金项目］ 2024年度湖南省科技厅湖湘青年英才（2024RC3026）

［作者简介］ 唐晶晶（1986—），女，河南洛阳人，博士，中南大学冶金与环境学院副教授，主要从事新能源材料与器件及有色金属资源循环利用研究；周向阳（1969—），男，湖南桃江人，博士，中南大学冶金与环境学院二级教授（通信作者），主要从事材料冶金与储能材料与器件等研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）52-0109-05 ［收稿日期］ 2024-05-17

一、“化学电源基础与应用”课程概述

“化学电源基础与应用”作为新能源材料与器件专业的核心课程，开设在大三下学期，课程要求本专业学生在已学习材料基础、电化学原理等课程的基础上，系统学习掌握化学电源的基本概念、基本原理、研究方法与表征手段，重点掌握一次电池、典型二次电池、液流电池、燃料电池、电化学电容器等典型化学电源的组成、结构、原理、电池特性以及所用材料体系，了解化学电源的应用场景、发展现状和前景，为研究开发化学电源及其材料打下坚实基础［1］。

因此，“化学电源基础与应用”课程的重要意义在于，让学生在完成了理论知识积累的基础之上，通过本门课程的学习，对专业知识的掌握从理论层面顺利而自然地过渡到实践应用层面。这一点在课程目标中反映得更加清晰，在基础认知层面，我们要求学生通过本课程学习，应当掌握化学电源的基本概念、基本原理，初步形成化学电源系统而全面的理论知识框架；了解不同化学电源的电化学性能及应用场景，掌握化学电源所用的材料体系。在能力目标层面，学生应当具备分析解决化学电源发展所面临基本工程问题的能力，能熟练运用基本理论，开展化学电源关键材料设计与器件优化相关的研究工作。在更为高阶的素质目标层面，通过课程教学培养学生的沟通交流素质、团队合作精神，使学生善于利用网络信息手段拓宽知识面，树立专业自信，激发自主学习和终身学习意识，厚植助力国家科技自立自强的理念。

二、课程实施产教融合教学改革的必要性

要清晰分析产教融合教学改革的必要性，首先需要明确的是，“化学电源基础与应用”课程的最终目标是依据国民经济建设和行业发展需要，培养出能够掌握新能源领域基本理论、基础知识和实验技术，具有创新精神和综合实践能力的高素质应用型人才［2］。

高校与科研院所等培养的人才，最终要走向产业并为产业发展做贡献。在明确了课程培养目标后，需要分析当今新能源产业发展现况。新能源产业近年来发展迅猛，特别是在当前知识经济与数字经济的特殊时代背景下，新材料与新器件的迭代速度之快，给我们的高等教育敲响了警钟。作为高校一线教师，我们应当深刻思考：我们的教育是否紧密追踪社会及产业的变化？是否能够通过大学教育做到引领社会发展、培养出具有超前思维和技术的科技型、创新型人才？大学的基础教育是否跟得上产业的新变化？在当前背景下，我们需要发自内心地认识到：我们的教育绝不能是高校“一头热”的局面，不能让企业的发展与人才的培养脱节，只有通过坚定而有效的教学改革来深化产教融合，才能从根本上破解人才培养与产业需求“两张皮”的难题［3-4］。

因此，为了更好地提升“化学电源基础与应用”课程的教学质量，我们将产教融合理念与BOPPPS教学模式相融合，对教学过程全环节进行了优化设计，坚持一切教学活动都是以学生的学为主，切实做到以学生发展为中心，培养能够适应并引领储能产业发展的科技型人才。

三、BOPPPS教学模式简介

BOPPPS教学模型最初是应用在北美高校教师技能培训，目前已被国内高校广泛采纳。BOPPPS教学模式是一种强调学生参与和反馈的闭环教学过程模式，它将课堂教学过程划分为“导入（bridge-in）、目标（objective）、前测（pre-assessment）、参与式学习（participatory learning）、后测（post-assessment）和总结（summary）”六个阶段（图1），其特点是以教育目标为导向、以学生为中心，其核心目标在于引领学生最大限度地汲取知识、全方位参与学习［5-6］。BOPPPS教学模式充分发挥学生主体地位，符合新课程改革中所提倡的以学生发展为中心的教学理念。

四、产教融合的BOPPPS教学模式在“化学电源基础与应用”课程中的教学实践

（一）学情分析

在多年的教学中，总结发现课程教学中存在的有利学情主要有以下几点：学生基础较好；在当前国家大力发展新能源的背景下，学生具有较强的专业认同感；学生参加创新创业项目及学生竞赛非常积极。不利学情主要体现在以下方面：学生会做题，但是思考问题深度不够，难以运用所学知识去分析具体的产业化问题；工业设计意识淡薄；部分学生主动学习意识不强，依然依赖教师的教，对知识的学习仍然处于被动；运用现代化信息手段进行知识拓展意识不强。

在充分了解学生学情后，基于“教师为主导、学生为主体”的教学原则以及BOPPPS教学模式，提出如图2所示产教融合理念下的“化学电源基础与应用”教学设计。

（二）课前教学准备

传统的课前准备一般只由教师单方面完成，学生基本不参与课前环节，教师与学生间并无课前沟通环节。这样所带来的问题就是，教师“一头忙”，较多的精力与时间花在知识本身上，并未将知识与学生联系在一起，从源头上就难以达成“以学生为中心”的目标。因此，采用BOPPPS模式进行教学改革，可以在以下三个方面实施。

1.导入。在课程开始前，利用问题或者实际案例，吸引学生的注意力，激发学生学习兴趣［7］。例如，在学习锂离子电池这一章节时，可以先通过向学生介绍学院所拥有的先进电池材料研发中心这一平台，向学生提问：“同学们知道我们日常生活中哪些方面使用的是锂离子电池吗？”“同学们，如果你们要买电动车，关于电动车的车载电源，你们会优先考虑铅酸电池还是锂离子电池呢？”这一方面可以利用锂离子电池广泛的应用场景，让学生从日常生活中找到答案，使其快速融入课堂，另一方面可利用上述问题，将先导知识与本课程学习内容建立起联系。此外，还可无形中对学生进行热爱学科、热爱学院的情感教育。

2.目标。教学目标的设定与具体化是让学生了解课程教学重点的关键，在知识、能力、素质三个层面向学生提出直接而明确的教学要求与教学目标，也是课程培养目标达成的关键［8］。例如，在一次电池这一章节中，可以把三大目标细化为具体而易理解的学习目标，如：①能够全面分析出一次电池构成的基本要素；②根据特定的化学反应方程式，能够设计出一款一次电池器件，并对其放电原理进行阐述；③能够增强科技自立自强的使命感与责任感。

3.前测。在课堂教学开始前，对学生进行学情了解，可以采用问卷调查的形式，以线上或者线下的形式灵活展开，尽可能全面地了解学生学习前的知识储备及存在的问题，对课程教学内容及进度进行针对性的修改及优化，以更好地达成教学目标。

（三）参与式教学

参与式教学过程是BOPPPS教学模式实施的核心及关键，在这里需要针对不同的教学内容、所要解决的不同属性的问题，灵活运用各种教学手段，以更好地让学生参与到课程教学过程中。关于参与式学习，以铅酸电池为例进行了教学设计，如表1所示。

1.教师精讲。对于需要学生重点理解与掌握的内容，需要教师先进行问题预设，吸引学生注意，提高学习兴趣，再结合案例、图片或者前修知识进行讲解，并适时与学生互动。此时，教师应当实时地观察学生的表情状态，以对教学进度进行调整，让学生更好、更全面地掌握教学内容。因为每位学生的接受能力、前修基础不可避免地存在差异，因此，在已经对学生进行了前测并了解基本情况的前提下，根据课堂实际情况进行知识讲解进度的调节，应当更加自如。在教师精讲环节后，要留给学生足够多的时间去吸收，如引入一些案例或者习题，随堂进行师生互动，这一方面可了解学生对知识点的掌握情况，另一方面可对教学秩序进行把控，让学生更好地沉浸在学习环境中，过于松懈的课堂管理对于学生的学及教师的教都是不利的。

2.学生独学。结合多年教学经验及前测结果，对于难度较低的知识点，可以采用学生自己独立学习的方式完成。为了让学生更好、更高效、更有目的性地自学，教师可以根据自学内容预设题目，鼓励学生带着问题去开展自学活动。也可向学生提供提纲，要求学生根据提纲进行知识的归纳总结，或者是构建思维导图，让学生形成知识点间相互联系的空间感，提升学生对知识的整体认知与理解。

3.分组合作学习。在本门课程中，对于需要学生利用已学知识进行知识拓展或者实例分析的教学内容，鼓励学生以小组形式合作完成。例如，在铅酸电池这一章的教学中，在已经学习掌握了铅酸电池的基本构成及工作原理之后，需要学生去分析：铅酸电池工作过程中，有哪些因素会造成电池失效？为什么会造成电池失效？你能否提出解决方案或思路？在锂离子电池一章的教学中，在学生已经掌握了锂离子电池组成、工作原理及关键材料的基础上，可以邀请企业专家为学生介绍当前锂离子电池发展态势及该行业亟须解决的关键技术问题，可以让学生基于已学知识，从产业发展的角度对该领域展开思考，激发学生投身科研、投身科技创新的兴趣及志向。因此，在产教融合的背景下，利用课堂教学媒介，即使教学过程仍然在教室，我们也能充分发挥高校与产业的双主导作用。在针对特定主题的小组研讨过程中，提升了学生学习的积极性，也让学生明白只有牢固掌握基础知识，才能更好地推动企业发展、行业发展与社会进步。同时，也帮助学生将基础知识与产业发展联系在一起，帮助学生树立投身产业的信心及信念。

4.教师总结。在师生互动、生生互动与小组汇报中，教师需要为学生提供独立思考、提出解决问题方案的时间与机会，同时需要对学生进行正向引导以及及时纠正与总结。

（四）后测

教师围绕教学目标进行考核题目设计，不仅能够检验学生的学习效果，更能从侧面反映教师的教学目标达成情况，便于教师进行教学反思。为实现对学生全过程评价的目标，“化学电源基础与应用”课程采用40%过程成绩（考勤、课堂表现、课后作业、小组汇报）+60%期末考试，经加权后作为课程成绩的评价方式，具体包括：考勤5%、课堂表现5%、课后作业15%、小组汇报15%、期末考试60%。而在学生评价中，也会吸纳企业专家的评价意见，对学生形成全面评价。

结语

“化学电源基础与应用”是新能源材料与器件专业的核心专业课，在产教融合背景下，对该课程进行教育教学改革，对于人才培养、教师教学理念的发展都是有利的。坚持“以学生发展为中心”的教育理念，将产教融合理念与BOPPPS教学模式结合起来，对课程教学内容进行优化、更新，将专业知识点关系、地位、作用纳入新能源产业发展的新环境、新背景中开展教学工作，对学生因材施教，是破解新能源专业人才培养与产业高速发展失衡的关键，也只有这样才能够实现校企间的双向奔赴，让产教融合在高校教育中大放异彩。

参考文献

［1］田园园，高芳，金巍，等.“双碳”目标下新能源材料与器件专业项目式教学模式的创新与实践［J］.科教导刊，2023（35）：62-65.