基于CDIO模式电池专业教学改革与实践

杨志聪

(1.广东轻工职业技术学院团委,广东,广州 510300;2.华南师范大学教育科学学院,广东 广州 510631)

发展新能源汽车能满足新经济时代的要求[1],新能源汽车所用电池作为一种储能设备,具有排放少、功率密度高、可模块化组装等优点。电池行业对相关人才的标准在逐步提高,新型人才不仅要具备工程逻辑思维,更要能解决电池领域内的复杂问题。为了提高电池专业教育的质量,解决人才培养问题,我国高等院校新增了不少相关课程。电池专业课程属于典型的能源交叉学科[2],课程涉及化学、材料学、机械工程、能源等多个学科领域。只有合理设置课程内容,推动理论与实践的结合,设计科学的考核机制,才能为产业和国家培养更多的创新型的复合人才。

目前电池专业教学存在着一些问题,如人才培养与社会需求不匹配、课时分配不合理等,限制电池专业的长远发展。构思、设计、实现、运作(CDIO)模式贯穿了产品从研发到运行的整个生命周期,适合实践性较强的电池专业的教学,本文作者基于CDIO模式,对电池专业教学的改进开展研究。

电池专业课程内容广泛,涵盖多个学科,对学生的基础知识和学习能力要求较高,需要学生投入大量的精力。目前在电池专业教育中,还存在着不少问题,主要有以下几点。

1.1 人才培养与社会需求不匹配

目前的教学模式,教学内容普遍过时,缺乏前沿研究进展,更新速度偏慢,无法确保教学内容符合市场的需求,学生的技术和能力与企业的用人标准不匹配,造成人才与需求错位[3]。此外,教师未能及时了解最新的研究进展并学习新的技术,新兴知识无法融合到教学内容中。这会影响专业人才的培养质量[4],不利于提升学生在市场中的竞争力。

1.2 课时分配不合理,实验关联性较差

课程教育改革已在我国大部分高等院校开展。为减轻学生的课业压力,电池专业课程的学时被压缩,实验课程较少,不少基础课程仅安排十几个学时,无法使学生熟练掌握课程内容[5]。近年来,科学技术不断进步,企业和社会需要的多为具有扎实基础且具备创新能力的复合型人才,需要学生掌握更多学科的内容,教学端的举措与用人端的需求背道而驰。此外,有些课程实验仅是理论教学的附庸,未将理论知识与实际问题相关联,也未充分考虑学生今后任职岗位将面临的实际情况。原因可归为两个方面:①学校的教学设备往往较陈旧,支撑不起高质量的实验;②老师更偏重书本知识的灌输,缺乏企业经验,不了解对标岗位的用人要求。

1.3 考核机制单一

电池专业课程的考核以期末考试成绩和日常考勤为主,考核量化指标较单一,教师的主观作用明显,缺乏客观性和公平性[6]。此外,只靠期末考试成绩和考勤,无法反映出学生对知识点的掌握程度,对学生的实践操作水平也缺乏客观准确的评价。教师摸不清学生的学习进度,也无法培养学生的实践操作能力和创新性。

1.4 企业导师制度难产,实践基地运行困难

企业导师制度是工程学科里较先进的教育模式,通过聘请企业导师参与教学,培养学生解决实际问题的能力。这种模式对导师资质要求不低,既要有一定的工程师职称,又要拥有丰富的授课经验。目前面临一些问题,如企业导师从事的项目与课程联系度不高,或教学流于表面,企业导师的讲座对电池工程的开发背景和流程泛泛而谈,学生缺乏实践,无法从中获取知识。学生只有得到真正的实践锻炼,接触电池相关的项目、设备、实验室等,才能掌握知识和技能。

除了企业导师制度,实践基地也是一个培养学生的良好载体。学生通过进入实践基地参与电池的研究、开发和应用,可掌握技能,培养解决问题的能力。目前,实践基地的建设也存在一些问题,如基地项目与教学内容不匹配、场地有限、资金不足、设备陈旧和技术落伍等。

2.1 CDIO模式的内涵

CDIO模式在20世纪初由美国麻省理工学院等高校联合创立。该模式的教学理念,主要是紧密连接理论与实践,最终回归于工程实践。CDIO 由构思、设计、实现和运作等4个部分组成[7],贯穿了产品从研发到运行的整个生命周期。这种教学模式可激发学生的学习热情,增加实践机会,有助于学生掌握专业知识,强化团队的沟通和协作能力,培育研发和创造能力,从而使培养的学生能解决相对复杂的工程问题。CDIO模式促进了专业课程之间的有机连接,使整个教学工程更加具有实用性和可持续性。

2.2 CDIO模式的意义

CDIO模式适合实践性较强专业的教学,其中的系统工程多数可作为项目来开展。从产品研发到运行维护,通过全周期的培养使学生具备工程师的基本素养。CDIO模式对电池专业课程教学改革的意义主要体现在以下几个方面。

2.2.1 弥补传统教学模式的不足

传统的专业课程教学大多借助黑板和多媒体进行授课,虽然可通过图片、视频等形式丰富教学内容,但大部分学生处于被动接受知识的状态,理解较浅,容易遗忘,学习热情不高。采用CDIO模式,学生可依靠实践活动来巩固加深理论知识,发挥主观能动性,也有利于教师了解学生理论知识的掌握程度和实践操作水平,调整教学内容和教学进度[8]。

2.2.2 培养学生系统学习的能力

一直以来,高校的教学模式基本为以教师授课为主,学生只能被动接受知识。所用教材基本是几年前的版本,虽然教材中每个章节都标明了要学习的知识点,但是内容零散,缺乏系统性,学生无法进行整合。CDIO模式以产品整个生命周期为案例,使学生在实践过程中不断加深对专业知识的掌握程度,知识体系更具综合性和系统性[9],学生也能够提升发现问题、分析问题并解决问题的能力。

2.2.3 提升教师的教学实践水平

电池专业课程的实践性较强。教师由于绝大部分时间都在学校和实验室中,对企业的实际情况了解不多,在教学过程中无法给予学生更好的操作指导。CDIO模式通过具体的实践项目,使教师在教学过程中提升个人实践水平,掌握企业的运营流程、工艺技术及设备操作技能,参与产品从研发到最后运营维护的整个生命周期,通过解决实际问题来提升自己的教学能力,在后续的教学中,将所学知识和技术传授给学生,培养满足企业、社会和国家需要的专业人才。

3.1 瞄准社会需求,制定人才培养目标

将CDIO模式应用于电池专业教学改革,需要以实践为导向,将创新性思维贯穿于整个教学过程,在实践中掌握专业知识,激发学习积极性。电池专业的属性决定了它必须充分融合理论知识与实践操作,学生需要积极参与实践活动,系统地掌握专业知识,在实践中不断提高自身的创新思维能力。传统教学过分强调理论知识,教学效果没有适配企业和社会发展需求,与实际工作内容相背离。电池专业人才培养的理念、目标和模式必须与时俱进,高校应构建新的人才培养模式,制定符合企业和社会发展需求的人才培养目标,有利于学生毕业后尽快适应岗位,也有助于推动学校与产业对接。

3.2 优化教学内容,促进理论与实践相结合

电池专业课程的内容主要有光电化学、热电化学、电催化、材料化学、物理化学和粉体制备等,跨越了多个学科。教师需要根据人才培养需求,重新梳理知识点,紧扣关键内容,搭建系统的教学框架,并根据教学目标将教学内容拆分为若干个子项目,通过这些子项目,使学习过程变成实践操作,夯实学生的知识基础,鼓励学生在实践过程中不断发现问题,分析问题,并最终能够解决问题,提升学生的综合能力。在解决问题的过程中,可以让学生自行构思方案,充分发挥他们的能动性和创新性,在方案的设计与实现的过程中,培养学生的实践操作能力和团队协作能力。

以燃料电池为例,以电池的核心技术为主线,将相关的教学内容模块化,分为5 个子项目,即碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池等。分别介绍相应燃料电池的发展、结构、运行机制、材料、应用范围与关键技术等内容,以主流产品为案例,紧跟产业发展的前沿。学校需要构建校企合作双向交流机制,与企业深度融合,探索出适宜的校企合作模式,例如:建立联合实验室,合作研发燃料电池;建立校外实习就业双基地,使教学过程直接对接生产过程,让学生获得全生产线的实习经验,企业也可招聘到符合需求的员工;开发校企双元教材,依托学校的网络平台,充实线上教学资源,同时引入行业的标准,让学生毕业即可获得从业资格证书。

3.3 创新考评机制,完善评价体系

CDIO模式是一种以学生为中心、成果为导向、培养能力为目标的教学模式,应该在传统评价机制的基础上进一步优化完善,增加并细化相关的评价指标,以便更好地体现教学效果和学习成果。

理论课的评价指标主要包括课前学习准备工作完成情况、出勤率、日常作业完成情况、论文成绩、期中期末考试成绩等,其中要提高学生平时成绩的权重,降低期末考试的权重,有助于学生养成良好的学习习惯,而不是在考试前突击复习。

实践课的评价指标主要包括实验成绩、项目完成情况、小组成绩、教师评价、组员评价和成果答辩等,从多个维度来考察学生的实践操作能力以及团队协作能力,使评价结果更客观,学生也能从中了解自身的不足,在后续的学习过程中逐步改进。

CDIO模式能使学生在学习实践的过程中夯实基础知识,锻炼实践操作本领。电池专业作为一门跨越多学科的专业,需要学生具备较高的综合素质,因此需要教师在教学的过程中引导学生积极参与到从产品研发到最后运行的整个生命周期中。只有让学生成为学习的主体,才能摆脱被动学习的状态,在实践活动中掌握知识和技能。CDIO模式可以帮助高校获得更好的教学效果,使学生毕业后能迅速适应岗位,满足企业、社会和国家的需求。

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