新能源材料与器件课程O2O智慧教学模式探索

摘  要：新能源材料对“碳达峰、碳中和”国家战略目标的实现具有重要的支撑作用。新能源材料与器件课程是新能源材料研究与应用的基础，也是新能源人才培养过程中的主干课程，现有教学模式很难满足对高质量新能源人才的培养，因此该文提出将“智慧教学”理念及“O2O模式”应用到课程教学的各个环节。通过信息化技术搭建智慧教育平台，延伸教与学的边界，建构出一种虚实相生、情境结合、意象交融的教学空间；通过智能化的方式提高教学效率，增强教学互动，提升学生学习效率，加强信息反馈和教学管理。从而开发教师和学生的聪明才智和主观能动性，使投入得到最大化产出、获得最优学习效果，支撑我国新能源人才的培养。

关键词：新能源材料与器件；O2O；智慧教学；互动式教学法；碳达峰、碳中和

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）07-0005-04

Abstract： New energy materials play an important role in the realization of the national strategic goals of "peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality". New Energy Materials and Devices is the foundation of research and applications of new energy materials， and is also the main curriculum in the training process of new energy talents. The current teaching mode should be improved to meet the demand for new energy cultivating talents. Hence， this paper puts forward that the "intelligent tutoring" and "O2O mode" should be used in all the aspects of teaching. The intelligent educational platform is built based upon the information technology and the education boundary will be crossed. An educational environment full of possibilities is constructed. Based on the intelligent platform， the teaching efficiency is improved， the interactive activities and enthusiasm are enhanced， the feedback and management are enhanced， and therefore， the learning efficiency of the students is improved. As a result， the initiative and inborn ability of both lecturers and students are developed， and the output with respect to the investment will be maximized. In all， the developed "O2O intelligent tutoring mode" will greatly support the training of new energy talents in our country.

Keywords： New Energy Materials and Devices; O2O; intelligent tutoring; interactive teaching method; peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality

由于经济社会发展的需要，我国对能源的消费需求一直呈现上升趋势，但同时碳排放量也逐年增加。气候变化已成为全球性问题，减少碳排放是全球必须团结起来做的大事，其关乎全人类的未来健康可持续发展。目前，全球已超过137个国家提出“碳中和”目标或愿景。2020年9月，我国政府在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。习近平总书记在党的二十大报告中再次强调：“加快发展方式绿色转型……实施全面节约战略……发展绿色低碳产业……倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。”同时指出目前应当积极稳妥推进“碳达峰、碳中和”、深入推进能源革命、加快规划建设新型能源体系。随着“碳达峰、碳中和”国家战略目标的提出，传统石化能源行业发展进入低谷期，在政策加持下，我国新能源产业将迈入黄金发展期。我国生态环境部等七部门制定方案指出，统筹能源安全和绿色低碳发展，推动能源供给体系清洁化低碳化和终端能源消费电气化。实施可再生能源替代行动，大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等，因地制宜开发水电，开展小水电绿色改造，在严监管、确保绝对安全前提下有序发展核电，不断提高非化石能源消费比重。多部委也制定了绿色低碳发展战略规划，提出优化能源结构、提高能源效率、大力发展新能源，构建安全、清洁、高效和可持续的现代能源战略体系。

可以看出，新能源产业迎来了前所未有的机遇。而新能源人才培养是推动我国新能源产业发展的重要基础，培养大批从事新能源开发领域的基础研究与工程技术人才成为我国发展新能源产业的关键。然而，目前新能源人才缺口巨大、高端人才缺失问题凸显，亟待破解。

一  新能源材料与器件课程介绍及开展教学改革的必要性

教育是民族振兴、社会进步的重要基石，是对中华民族伟大复兴具有决定性意义的事业。虽然，我国教育部加强对战略性新兴产业相关本科专业的布局和建设，并于2010年设立了新能源材料与器件专业，但是作为新兴专业（涉及物理、化学、材料和电子电工等多个学科交叉）[1]，其相关课程的建设及思政教育仍相对滞后[2-3]。新能源材料与器件课程是关于新能源材料研究与应用的主干课程，也同时是建立在大学物理、大学化学、材料科学基础、物理化学、半导体物理与器件、材料物理化学及电化学原理与应用等基础课和专业课之上的一门课程，专业性强、涉及面广[4]，其内容主要包括新能源材料与器件的研究和应用现状，重点讲述锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等工作原理、相关材料种类及制备工艺、电池器件结构等。本课程开设的主要目的是为了使学生了解新能源材料与电池的发展状况及未来的发展方向；掌握各类新能源电池的基本概念和基本结构，为后续课程的学习和新能源材料相关领域的研究打下基础。因此，该课程的重要性不言而喻，但是本课程相较于其他课程，更偏重理论、内容枯燥，按照目前传统的教学模式，由老师线下讲解课程内容，其手段单一，难以激发学生的学习兴趣和学习热情，不利于本专业学生的教学与培养。因此，为了解决传统教学模式带来的问题，更好地让学生学好该课程，更加牢固地掌握相关的知识与应用，亟待探索和建设适用于新能源材料与器件课程的新教学模式。

近年来随着互联网技术和互联网教育的飞速发展、信息化教育方式的深入改革，共同催生出“智慧课堂”这一全新的教育理念[5]。智慧课堂是“互联网+”时代背景下一种新的教学模式，由互联网、大数据、混合式教学、移动教学、智能测评和数字化管理等要素构成，更加重视学生学习设备和学习途径的扩展，为学生提供更多的学习资料，同时教师也可以在线了解学生的学习情况[6-8]。当然“智慧教学”并不是全部依赖于网络终端，而是更加强调基于O2O（Offline to Online）的智慧教学模式。该模式可以整合各方优秀教育资源来促使教育效力的最大化；同时它结合了线上线下、课上课下的教学优势，教学方法灵活多样，能有效提高学生的学习热情。特别是在后疫情时代，在线上教育快速发展和线下课堂有序恢复过程中，新的O2O智慧教学模式无论是对疫情常态化防控还是高效教学都发挥着重要的作用，新的教学模式可以使老师和学生通过手机、电脑等便捷的移动端设备来进行交互式教学活动，学习不再受时间和地点的限制，大大提高了教师与学生之间的交流效率。

早在《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》中就明确提出，要“培养学生信息化环境下的学习能力”。Khan Academy及各种在线课程（TED、Coursera、MOOC、雨课堂和网易公开课等）犹如雨后春笋般地出现在人们的视野中，并且越来越多地吸引着全社会的关注。互联网的存在已经完全打破了物理距离的障碍，将全世界的学校、研究所、图书馆等各种信息资源联结起来，成为一个海量信息资源库，实现了知识在全世界范围内的传递，一种全新的教育形式正在形成，这是大学课程教学谋求新发展的一次新机遇，但也对大学的教育工作者提出了新的挑战，可以说机遇与挑战并存。

因此，本文提出以新能源材料与器件这一核心课程为教学模式的创新与实践对象，将“智慧教学”理念及“O2O模式”推广并应用到课程教学模式的各个环节中。一方面，以增强学生学习体验为导向；另一方面，以拓展教师教授方法为目标。重点发掘融合移动互联网与线上线下学习相结合的教学新思路与新方法，智慧地利用各类教学手段和设备，可以开发教师和学生的聪明才智和主观能动性，使投入得到最大化产出、获得最优学习效果，从而实现建设智慧学习环境、强化学习过程、培养学习兴趣和提高学习效果的目的。

二  O2O智慧教学模式的构建与实现路径

新能源材料与器件课程以“智慧教学”理念和“O2O”手段为出发点和研究思路，以提高课程教学效率、学生学习能力、增强师生互动为主要目标。通过信息化技术搭建智慧教育平台，延伸教与学的边界，建构出一种虚实相生、情境结合、意象交融的教学空间；通过智能化的方式提高教学效率，增强教学互动，提升学生学习效率，加强信息反馈和教学管理。具体实践路径如图1所示。

（一）  优化课程内容

正是因为新能源材料与器件专业发展起步晚，其课程建设的时间紧、任务重。课程内容和教学大纲是一门课程的核心，该课程从绪论（电池材料发展趋势和方向）、锂离子电池、燃料电池、太阳能电池和储氢材料五个板块展开，修订了课程大纲、优化了教学内容。对于课程中的难点，教师除在课上系统罗列相关的理论知识、公式方程等，对其原理和应用着重介绍，同时引入案例教学，并结合实验与课程设计，使学生掌握各种电池、储氢材料的结构及工作原理，尽可能让学生更好地将理论与实践结合，做到心中有数。同时以建设O2O智慧教学模式为导向，借助互联网，设置线上线下内容。如在线下分享电池材料的发展历程、前沿方向、顶流科学家的故事、最新的科研热点和科技成果，并将其融入到课程教学内容中，开拓学生的视野，激起学生的学习兴趣。对于课上学生难以理解的问题，也可以借助线下平台，引入丰富的图表和视频、科普知识，或其他相关的课程内容，帮助学生更好地去理解，从而提高学习效率。

使课程内容紧扣国家重大战略需求和行业发展方向，突出课程重点和难点，使学生熟练掌握；利用线上学习平台，引入国内外新能源材料与器件相关的电子文档、录像视频、前沿研究方向和最新科研成果等资源，以开拓学生的眼界，激发学生的学习兴趣。