基于建构主义的课程教学模式探索

［摘 要］ “新能源汽车动力电池技术”是新能源汽车工程专业的一门新兴专业基础课，对新能源汽车行业的人才培养至关重要。基于建构主义学习观的内涵，对“新能源汽车动力电池技术”课程在教学实践中遇到的问题及原因进行了深入分析，并提出了基于建构主义的教学模式和方法，以解决在传统教学过程中遇到的问题，从而提高学生在动力电池相关技术方面的理论水平与创新能力，为培养高素质的新能源车动力电池专业人才奠定基础。

［关键词］ 建构主义；动力电池技术；课程改革

［基金项目］ 2019—2022年广东技术师范大学人才引进项目“高性能磷基锂离子电池负极材料研究”（991661812）；2021年度广东省教育厅智能交通实验教学示范中心项目

［作者简介］ 林 成（1989—），男，广东广州人，材料加工工程专业博士，广东技术师范大学汽车与交通工程学院讲师，主要从事锂离子电池电极材料研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）12-0073-04 ［收稿日期］ 2022-04-28

锂离子电池作为一种新型储能技术，具有能量转化率高、能量密度高、环境污染小等优点［1］，在电动汽车、便携式设备和航空领域得到了广泛的应用。随着电动汽车行业对核心部件锂离子动力电池的需求量越来越大，相关从业人员数量少、不够专业等问题已经在很大程度上制约了我国新能源汽车行业的快速发展［2-3］。因此，要加大力度培养新能源汽车动力电池的相关专业人才。“新能源汽车动力电池技术”作为新能源汽车专业的主干课程，受学生的知识结构、教材内容设置和传统教学方式等的制约，教学效果不佳，学生的理论知识能力和动手实践能力较差，亟待进行相应的教学模式改革。由于“新能源汽车动力电池技术”属于新课程，现有的教学改革研究较少，因此本文借助当代教育理论中的建构主义理论，对“新能源汽车动力电池技术”的教学模式进行探索与建构。

一、建构主义教学观理论概述

建构主义思想源于皮亚杰的发生认识论，强调根据学生现有的知识和经验，借助其他人（教师和学习伙伴）和学习资料，通过意义建构的方式获得知识。建构主义肯定了主体与客体之间的相互作用，对现代教育模式改革产生了深远影响［4］。建构主义教学模式与传统教学模式存在差异：在教学目标上，传统教学模式只注重学习书本上的理论知识，而建构主义教学的重点是结合创新意识和发展创新能力；在教学主体上，传统教学模式以授课教师为主导者，而建构主义教学模式则以学生为中心，教师辅助和促进学生进行学习建构，从而发挥学生在学习中的主观能动性。建构主义教学模式更加符合新能源汽车专业人才的培养目标，应将学生作为开展教学的核心，尊重学生发展的个体差异，培养学生的创新能力［5］。

二、基于建构主义教学模式的“新能源汽车动力电池技术”课程构建

（一）建构主义教学理念下的课程设计流程

根据建构主义教学理念，课程设计流程如图1所示。在进行课程设计时，需要先确定该课程所应完成的教学内容和学生应达到的教学目标，对学生学习基础和学习内容进行充分分析后，选定合适的教学模式并进行教学实践。如果教学效果好，就总结相应的教学经验；如果教学效果不好，就应调整授课方式，从而找出最佳的教学方法。

（二）“新能源汽车动力电池技术”课程教学目标设定

新能源汽车相关企业对动力电池技术人才提出了越来越高的要求，这使得高校必须加强理论知识之外的实践能力、创新能力等方面的培养。因此，“新能源汽车动力电池技术”课程不仅需要学生掌握动力电池设计与制造的基础理论，还要具备动力电池基本的开发、设计、制造和检测等能力。

（三）学习者特征分析

“新能源汽车动力电池技术”课程所面对的学生具有一定的机械、电子方面的基础，但因长期受“填鸭式”应试教育的影响，学生的自主学习能力不强。由于受新能源汽车工程专业方向的限制，学生对化学、电化学、材料学的基本概念与理论等基础知识学习并不深入。如果使用传统的教学方式，锂离子电池的教学内容较多，教师很难保证在规定的教学课时内对各个知识点进行详细讲解，因此，在教学之初学生容易跟不上课堂节奏，从而失去学习兴趣，更谈不上创新能力的培养。

（四）学习内容分析

新能源汽车动力电池技术是一门集理论知识和实际应用于一体的学科。相比传统锂离子电池技术，新能源动力电池技术更偏向于车用动力电池的教学，具有知识体系更加专业、技术更新快等特点，需要时刻对市场上的动力电池生产企业的产品、材料合成工艺流程、研发方向、技术难点进行跟踪调查。然而，现有的常用教材如《锂离子电池应用与实践》《锂离子电池原理与关键技术》《锂离子电池——科学与技术》等教材的编者大多属于材料、化学、电化学学科，导致偏向机械、车辆、电子方向的学生在学习传统锂离子电池相关教材时效果不佳［6］。同时，由于新能源汽车产业快速发展，动力电池相关技术也取得了巨大的进步，新型动力电池材料、制备技术和生产工艺等不断涌现。然而，动力电池相关技术的进展并没有体现在课堂教学中，教材内容只包含基础理论知识，并不能实时追踪最新的技术动向。动力电池教材内容的陈旧落后和其相关产业技术的快速发展形成了突出的矛盾，是“新能源汽车动力电池技术”课程教学实践活动的突出问题。

（五）教学模式选择

根据学习者特征和学习内容进行分析，传统教学模式下，“新能源汽车动力电池”的课程教学效果有限，使用基于建构主义的教学模式则可以在很大程度上解决该课程所面临的问题。因为建构主义教学模式的出发点是提高学生学习的自主性，对化学、电化学、材料学基础较为薄弱的新能源汽车专业的学生来说，可以通过同化与顺应过程，帮助他们逐步建构对动力电池的认知结构，可以使他们与动力电池相关的知识水平在“平衡—不平衡—新的平衡”这样的动态循环中得到不断丰富、提高和发展［7］。整个课程分为基础理论教学（32学时）和实验环节（16学时）。在基础理论教学过程中，通过设计研讨问题与场景，要求学生预先思考和预习，通过课堂理论教学、问题讨论、学生小组研究答辩、集体讲评等一整套环节，实现学生的主动自主学习，夯实学生的实用知识体系和批判思维意识，锻炼学生分析和解决问题的能力。在实验环节中，以实验小组为主体，通过小组协作查找和阅读相关文献并合成相应的正极材料和负极材料，组装成扣式电池并进行测试其电化学性能等实验，提高学生的实践能力与创新能力。

（六）教学模式实践

在建构主义教学观的指导下，结合新能源车专业的知识体系和课程培养目标，对“新能源汽车动力电池技术”课程进行改革，改革后的教学内容主要分为以下三个部分。

1.基础理论部分（24学时）。基础理论主要包括6个模块，分别为正极材料、负极材料、电解液、辅助材料、制造工艺和性能测试。该部分要求学生系统掌握锂离子电池各种材料的使用标准、结构特性、合成工艺等，熟悉各种材料的发展趋势。鉴于部分正极材料如锰酸锂、镍酸锂等，部分负极材料如过渡金属氧化物、锡基负极材料、磷基负极材料等多停留在实验室研发阶段，所以正极材料的教学重点为钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料，负极材料则以石墨、硅基材料为教学重点，这样就可以在有限的课堂教学时间内对这些内容进行重点学习，提高教学质量。电解液（溶质、溶剂、添加剂等）和辅助材料（黏结剂、集流体、隔膜等）在本科教育阶段侧重了解。制造工艺（电极片制备工艺、装配工艺、封装工艺等）和性能测试（电化学性能测试、安全性能测试等）在基础理论部分偏重知识了解，在实验环节部分将会进行重点实践学习。在进行基础理论部分的学习时，教师在课前根据学生的知识结构提出相应问题，学生以学习小组（5～6人）为单位，通过互联网或者图书馆查找相关资料，在课上探讨和交流对该问题的看法。在此种合作学习模式下，学生共同探讨和交流学习成果，能够极大提高学生学习的积极性。在师生共同建立的学习群体中，学生先独立思考不同的答案和观点，然后再进行全面探讨和协作学习。授课教师则根据学生的汇报情况以及遇到的问题进行基础理论部分的讲述。通过合作学习，虽然学生的知识结构和认知水平存在差异，但在交流与沟通中，他们可以完成知识的互补与升级。

2.前沿文献汇报部分（12学时）。因为新能源汽车动力电池相关技术更新迭代较快，为了解决动力电池教材内容落后于相关技术发展这一问题，我们发现，让学生阅读与课程内容相关的最新的高水平学术论文，采取“学生讲文献”的翻转课堂形式，效果良好。阅读论文、行业报告可以帮助学生掌握行业的发展趋势、技术的痛点和难点，从而提出新观点，培养学生的创新能力。然而，学生在进行文献学习时，往往感觉文献内容较为枯燥，难以理解。教师在讲解文献时如果只是简单说教，很难达到通俗易懂的效果，学生在学习文献时也会较为吃力。如果将相关文献整理为科学前沿专题报告，辅以授课教师的讲解和引导，并利用翻转课堂让学生及时输出，可有效促进学生对相关知识的理解，鼓励学生进行思考和创新，提高其对科学前沿知识的学习兴趣。

3.实验环节部分（12学时）。由于“新能源汽车动力电池技术”课程具备较强的理论性和实践性，如果在授课过程中依赖传统课堂教学模式，很难培养理论扎实、动手能力强的学生。因此，在课程实践中，除课堂理论教育外，还应加强动力电池实验环节方面的教育。该课程的实验环节依托广东技术师范大学汽车与交通工程学院科研平台“新能源汽车电源与安全系统工程技术研究中心”，进行相关正极材料和负极材料的合成以及扣式半电池、全电池的制备。在实验环节，学生将学习运用共沉淀法和高温煅烧法制备LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2三元正极材料（3课时），使用机械合金化等方法制备Si/C复合材料（3课时），然后将制备好的正极材料和负极材料装配为扣式半电池和全电池并进行电化学测试（6课时）。学生通过学习锂离子电池的正极材料和负极材料的制备、扣式电池装配和电化学性能测试，有利于拓展学生专业知识，提高其实践能力与产业化能力。实验环节将以研究小组（一般3人左右）的形式进行实验，确定小组成员在团队中的分工并予以评分。学生对实验的理解与认知存在差异，实验结果各异。在得出结果后，学生以研究小组为单位，派代表上台报告自己所在小组的研究成果和体会，并解答其他师生的提问与质疑，从而对掌握的知识与技能进行查漏补缺。

（七）教学效果评价

本文提出的基于建构主义的“新能源汽车动力电池技术”课程教学模式，在实施中绝不能将学生只看作被动承受的对象，必须高度重视学生的学习体验。若经过课程改革后，学生自主学习的习惯得到强化，积极性和主动性也有所提高，则可总结经验并继续实施该模式。若教学没有达到预想的效果，则应分析原因并改进课程教学，最终以学生的学习效果是否得到提升来评价教学效果的好坏。

结语

随着新能源汽车产业的迅猛发展和动力电池相关技术的不断更新，本科阶段的“新能源汽车动力电池技术”课程也应与时俱进，不断深化改革。本文通过分析“新能源汽车动力电池技术”的教学现状，提出以建构主义理念对课程内容、教学模式和教学手段等进行改革。通过基于建构主义的教学改革，学生不仅具备扎实的动力电池相关知识的理论基础，还培养了其在动力电池开发、制造、维护等方面的实践能力和创新能力，从而提高教学质量和效果，为培养高素质的新能源汽车动力电池相关从业人员提供了新的思路。

参考文献

［1］TARASCON J M， ARMAND M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries［J］. Nature， 2001， 414（6861）：359-367.

［2］袁剑峰.锂电应用技术专业人才就业趋势分析报告［J］.科技信息，2009（35）：1060+1062.

［3］周国华，陈倪莉.高校锂电产业专业技术人才培养途径探索［J］.中国电力教育，2013（32）：50-51.

［4］JONASSEN D H. The vain quest for a unified theory of learning［J］. Educational technology，2003，43：6.

［5］刘庆熙.口腔医学教学中建构主义理论应用探讨［J］.卫生职业教育，2013，31（20）：80-82.