论文部分内容阅读
摘 要：针对车辆工程专业《电化学与电池技术》课程教学中存在理论晦涩，难以理解的问题，通过对基于问题和项目的学习方法（Problem Based Learning， PBL）的研究，提出了讲授与文献阅读相结合、在实验中学习、在解决项目问题中提高的新的教学模式;考核方式上，采用“前沿阅读报告+实验+调研报告+汇报”的方式。有效地提高了学生对该门课程的掌握度，提升了学生发现问题与解决问题的能力，为将来他们在新能源汽车领域的发展打下良好的基础。
关键词：车辆工程;动力电池;PBL;教学改革
一、 绪论
随着环境污染和能源危机的不断加剧，新能源汽车的优势日益凸显，从国内外政策导向和市场趋势来看，新能源汽车的市场规模会越来越大[1-3]。动力电池作为新能源汽车的核心部件之一，其制造和应用集聚了材料、化学、控制和电气等相关学科的知识。了解并掌握动力电池核心技术对车辆工程专业人才提出了新的挑战。《电化学与电池技术》作为车辆工程专业一门重要的专业选修课，内容涵盖动力电池电化学及电池管理系统两大部分，其中动力电池电化学部分涉及化学及材料等领域，电池管理系统已延伸到电气和控制科学等相关专业。由于该门课程所跨专业范围广，如何把握《电化学与电池技术》的教学主线，高效地传递基础知识，提高学生解决问题的能力，是一个非常值得探讨的问题。
传统的教学模式忽略了学生的主体地位，阻碍学生的个性发展和创新思维的培养。随着信息技术的发展，学习环境的变化，对新型教学模式的呼吁越来越强烈[4]。以问题为导向的PBL教学模式突出以学生为中心的个性化教学模式[5-8]，教学过程采取案例式的教学，案例都是来自于试验或工程中遇到的问题，透过此种方式，有助于培养和发展学生主动性学习，为“电化学与电池技术”教学插上腾飞的翅膀。
二、课程教学中的问题
电化学与电池技术课程涉及电化学基础、材料工程、机械工程以及控制理论等多学科知识的结合与交叉，是一门复杂的综合性学科[9]。目前，该课程在教学中主要存在以下问题：
（1）在课程设置上，课程包含电化学基础、动力电池工作原理、动力电池的主要性能参数与特性测试、先进的电池管理系统硬件、电池建模与仿真、电池剩余电量评估、电池均衡控制、电池寿命估计及梯次回收利用等主要内容。课程内容中既有电池内部原理的讲解，也有电池外部结构的介绍;既有动力电池实验测试，也包含对电池性能的仿真分析;除此之外，还包含当前国内外研究的前沿性概论。尽管教学内容全面丰富，但各个模块欠缺有机结合，而且，课程内容理论性强，内容枯燥乏味，容易导致学生“人在心离”。
（2）在教学模式上，主要采用传统的板书、多媒体等方式，以教师为主导。板书不够直观，对理论性强、专业而又枯燥的电化学基础及动力电池基本原理等知识点，难以吸引学生的注意力。多媒体教学以音像、图形、动画等形式形象直观地展示教学内容，可省去板书时间，同时增大教学信息量，弥补传统板书形式单一的不足，极大地提高教学效率。但是，多媒体教学仍然属于“填鸭式”教学手段，信息量大导致学生对课堂内容难以全部消化。同时，学生容易将更多的将注意力放在画面、声音、动画上，从而忽略授课重点。
（3）课时较少。由于时间限制，电化学基础、动力电池基本原理、锂离子动力电池试验及特性测试、先进电池管理部分等均需分配一定课时，导致教学内容课堂上不能深入地讲解，学生一知半解，如果课下没有主动学习，补充相应知识，往往课程结束后，学到的也只是一点基础知识，远远达不到系统性掌握的要求。
三、PBL教学模式设计
《电化学与电池技术》课程内容设置如表1所示。
从表1可以看出，课程内容不仅覆盖面广、知识点多，而且与实际应用密切相关。因此，如何在有限的时间将基础理论知识传递给学生，并对其应用有基本的理解，对老师的授课技巧具有很高的要求。
PBL教学主要包括基础知识讲解、试验观摩、试验操作、文献阅读、研究问题确定及解决、项目汇报和结果讨论几个方面。在整个教学过程中，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要体现学生作为学习过程中的主动性、积极性与创造性，这二者优势互补，获得最佳的学习效果。为此，针对《电化学与电池技术》这门课程，在电化学部分采用讲授与文献阅读相结合的方式，同时增加动力电池制作及特性测试实验，在实验中对电池本体和性能有着更深的理解;在电池管理部分采用项目驱动的教学手段。
（一）讲授与文献阅读相结合——动力电池电化学部分
动力电池电化学部分知识点较多，既需要对电化学基础的基本概念了解，同时需要掌握现有电池及部分新型电池的基本结构及工作原理。为此，采用了讲授与文献阅读相结合的授课方式，课堂上着重讲授难以理解的重点和核心内容，对于易于理解的知识尽量缩短讲授时间，充分发挥学生的主观能动性。
（二）电池制备及特性测试实验
该部分内容主要在实验室完成，首先带领学生学习主要性能参数指标、性能测试标准、充放電特性测试、CV测试、阻抗测试等内容;接着，以电池测试设备为演示对象进行现场教学，帮助学生对所研究对象有直观的认识与理解，以及掌握数据分析软件的使用方法。课前，要求学生查阅相应的试验测试标准和要求，带着问题、有目的性的学习，以此提高学生的学习效率，优化学习效果。
（三）基于项目的学习流程——电池管理部分
基于项目的学习流程如图1所示，项目从文献阅读与市场调研入手，针对表2中案例，制定每个案例的研究思路与解决方案，并撰写调研报告。根据研究思路和方案进行深入研究，得出研究结果，汇报内容通过幻灯片、动画、视频或者实物模型的形式演示，报告时间控制在5-8分钟，最后教师给出修改意见和整体评价。 四、课程考核方式改革
考核是检查教学效果和实现课程目标的重要手段之一，《电化学与电池技术》课程传统的考核形式已不能胜任。根据课程内容特点，采用“前沿阅读报告+实验+调研报告+汇报”的模式对学生进行考核，具体如下：
第一部分“动力电池电化学”相关内容，考核采用文献查阅并撰写报告的方式，让学生了解最新的电池科研动态，此部分为前沿阅读报告占30 %;第二部分电池制备及测试部分采用实验的方式考核学生掌握程度，占20 %;第三部分“电池管理”，在课程中采用了基于项目的学习流程，该部分的采用“调研报告+汇报”方式对学生进行考核，其中调研报告占20 %，汇报结果占30 %。
五、结论
《电化学与电池技术》是一门多学科交叉的专业课程，根据课程教学中存在理论晦涩、难以理解的问题，提出了基于PBL的教学方法探索，通过讲授与文献阅读相结合、在试验中学习、在解决项目问题中提高的方式解决学生学习主动性欠缺的问题，帮助学生建立牢固的基础知识，在解决问题中进一步扎实基础知识。考核方式上，课程采用“前沿阅读报告+实验+调研报告+汇报”的方式对学生进行考核，着重考察学生发现问题与解决问题的能力。这套对教学方法与考核方式的改革，增强学生对电化学与电池技术的研究兴趣，为将来他们在新能源汽车领域的发展打下良好的基础。
参考文献：
[1]王丽梅.磷酸铁锂电池组安全保护技术研究[D].济南：山东大学，2015.
[2]黄万友.纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究[D].济南：山东大学，2012.
[3]余春瑜.万钢：纯电驱动是重点[J].商用汽车新闻，2012（09）： F0001.
[4]陈婷.互联网教育背景下智慧课堂教学模式设计与应用研究[D].徐州：江苏师范大学， 2017.
[5]范正妍，夏进军.综合性大学工业设计专业开展交叉学科PBL教学的研究——以交叉学科联合毕业设计为例[J].机械设计，2018，35（S2）：415-418.
[6]刘景福，钟志贤.基于项目的学习（PBL）模式研究.外国教育研究，2002（11）： 18-22.
[7]张建伟.基于问题式学习[J].教育研究与实验，2000（03）：55-60+73.
[8]周忠信，陳庆，林艺雄，赵善超，周杰. PBL教学模式的研究进展和现实意义[J].医学与哲学（人文社会医学版），2007（08）：72-74.
[9]王丽梅，刘良，李国春.基于虚拟项目的动力电池技术教学改革的探索[J].教育教学论坛，2017（9）： 122-123.
作者简介：王丽梅（1988— ），女，汉族，江苏盐城人，博士，副教授，研究方向：动力电池管理。
关键词：车辆工程;动力电池;PBL;教学改革
一、 绪论
随着环境污染和能源危机的不断加剧，新能源汽车的优势日益凸显，从国内外政策导向和市场趋势来看，新能源汽车的市场规模会越来越大[1-3]。动力电池作为新能源汽车的核心部件之一，其制造和应用集聚了材料、化学、控制和电气等相关学科的知识。了解并掌握动力电池核心技术对车辆工程专业人才提出了新的挑战。《电化学与电池技术》作为车辆工程专业一门重要的专业选修课，内容涵盖动力电池电化学及电池管理系统两大部分，其中动力电池电化学部分涉及化学及材料等领域，电池管理系统已延伸到电气和控制科学等相关专业。由于该门课程所跨专业范围广，如何把握《电化学与电池技术》的教学主线，高效地传递基础知识，提高学生解决问题的能力，是一个非常值得探讨的问题。
传统的教学模式忽略了学生的主体地位，阻碍学生的个性发展和创新思维的培养。随着信息技术的发展，学习环境的变化，对新型教学模式的呼吁越来越强烈[4]。以问题为导向的PBL教学模式突出以学生为中心的个性化教学模式[5-8]，教学过程采取案例式的教学，案例都是来自于试验或工程中遇到的问题，透过此种方式，有助于培养和发展学生主动性学习，为“电化学与电池技术”教学插上腾飞的翅膀。
二、课程教学中的问题
电化学与电池技术课程涉及电化学基础、材料工程、机械工程以及控制理论等多学科知识的结合与交叉，是一门复杂的综合性学科[9]。目前，该课程在教学中主要存在以下问题：
（1）在课程设置上，课程包含电化学基础、动力电池工作原理、动力电池的主要性能参数与特性测试、先进的电池管理系统硬件、电池建模与仿真、电池剩余电量评估、电池均衡控制、电池寿命估计及梯次回收利用等主要内容。课程内容中既有电池内部原理的讲解，也有电池外部结构的介绍;既有动力电池实验测试，也包含对电池性能的仿真分析;除此之外，还包含当前国内外研究的前沿性概论。尽管教学内容全面丰富，但各个模块欠缺有机结合，而且，课程内容理论性强，内容枯燥乏味，容易导致学生“人在心离”。
（2）在教学模式上，主要采用传统的板书、多媒体等方式，以教师为主导。板书不够直观，对理论性强、专业而又枯燥的电化学基础及动力电池基本原理等知识点，难以吸引学生的注意力。多媒体教学以音像、图形、动画等形式形象直观地展示教学内容，可省去板书时间，同时增大教学信息量，弥补传统板书形式单一的不足，极大地提高教学效率。但是，多媒体教学仍然属于“填鸭式”教学手段，信息量大导致学生对课堂内容难以全部消化。同时，学生容易将更多的将注意力放在画面、声音、动画上，从而忽略授课重点。
（3）课时较少。由于时间限制，电化学基础、动力电池基本原理、锂离子动力电池试验及特性测试、先进电池管理部分等均需分配一定课时，导致教学内容课堂上不能深入地讲解，学生一知半解，如果课下没有主动学习，补充相应知识，往往课程结束后，学到的也只是一点基础知识，远远达不到系统性掌握的要求。
三、PBL教学模式设计
《电化学与电池技术》课程内容设置如表1所示。
从表1可以看出，课程内容不仅覆盖面广、知识点多，而且与实际应用密切相关。因此，如何在有限的时间将基础理论知识传递给学生，并对其应用有基本的理解，对老师的授课技巧具有很高的要求。
PBL教学主要包括基础知识讲解、试验观摩、试验操作、文献阅读、研究问题确定及解决、项目汇报和结果讨论几个方面。在整个教学过程中，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要体现学生作为学习过程中的主动性、积极性与创造性，这二者优势互补，获得最佳的学习效果。为此，针对《电化学与电池技术》这门课程，在电化学部分采用讲授与文献阅读相结合的方式，同时增加动力电池制作及特性测试实验，在实验中对电池本体和性能有着更深的理解;在电池管理部分采用项目驱动的教学手段。
（一）讲授与文献阅读相结合——动力电池电化学部分
动力电池电化学部分知识点较多，既需要对电化学基础的基本概念了解，同时需要掌握现有电池及部分新型电池的基本结构及工作原理。为此，采用了讲授与文献阅读相结合的授课方式，课堂上着重讲授难以理解的重点和核心内容，对于易于理解的知识尽量缩短讲授时间，充分发挥学生的主观能动性。
（二）电池制备及特性测试实验
该部分内容主要在实验室完成，首先带领学生学习主要性能参数指标、性能测试标准、充放電特性测试、CV测试、阻抗测试等内容;接着，以电池测试设备为演示对象进行现场教学，帮助学生对所研究对象有直观的认识与理解，以及掌握数据分析软件的使用方法。课前，要求学生查阅相应的试验测试标准和要求，带着问题、有目的性的学习，以此提高学生的学习效率，优化学习效果。
（三）基于项目的学习流程——电池管理部分
基于项目的学习流程如图1所示，项目从文献阅读与市场调研入手，针对表2中案例，制定每个案例的研究思路与解决方案，并撰写调研报告。根据研究思路和方案进行深入研究，得出研究结果，汇报内容通过幻灯片、动画、视频或者实物模型的形式演示，报告时间控制在5-8分钟，最后教师给出修改意见和整体评价。 四、课程考核方式改革
考核是检查教学效果和实现课程目标的重要手段之一，《电化学与电池技术》课程传统的考核形式已不能胜任。根据课程内容特点，采用“前沿阅读报告+实验+调研报告+汇报”的模式对学生进行考核，具体如下：
第一部分“动力电池电化学”相关内容，考核采用文献查阅并撰写报告的方式，让学生了解最新的电池科研动态，此部分为前沿阅读报告占30 %;第二部分电池制备及测试部分采用实验的方式考核学生掌握程度，占20 %;第三部分“电池管理”，在课程中采用了基于项目的学习流程，该部分的采用“调研报告+汇报”方式对学生进行考核，其中调研报告占20 %，汇报结果占30 %。
五、结论
《电化学与电池技术》是一门多学科交叉的专业课程，根据课程教学中存在理论晦涩、难以理解的问题，提出了基于PBL的教学方法探索，通过讲授与文献阅读相结合、在试验中学习、在解决项目问题中提高的方式解决学生学习主动性欠缺的问题，帮助学生建立牢固的基础知识，在解决问题中进一步扎实基础知识。考核方式上，课程采用“前沿阅读报告+实验+调研报告+汇报”的方式对学生进行考核，着重考察学生发现问题与解决问题的能力。这套对教学方法与考核方式的改革，增强学生对电化学与电池技术的研究兴趣，为将来他们在新能源汽车领域的发展打下良好的基础。
参考文献：
[1]王丽梅.磷酸铁锂电池组安全保护技术研究[D].济南：山东大学，2015.
[2]黄万友.纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究[D].济南：山东大学，2012.
[3]余春瑜.万钢：纯电驱动是重点[J].商用汽车新闻，2012（09）： F0001.
[4]陈婷.互联网教育背景下智慧课堂教学模式设计与应用研究[D].徐州：江苏师范大学， 2017.
[5]范正妍，夏进军.综合性大学工业设计专业开展交叉学科PBL教学的研究——以交叉学科联合毕业设计为例[J].机械设计，2018，35（S2）：415-418.
[6]刘景福，钟志贤.基于项目的学习（PBL）模式研究.外国教育研究，2002（11）： 18-22.
[7]张建伟.基于问题式学习[J].教育研究与实验，2000（03）：55-60+73.
[8]周忠信，陳庆，林艺雄，赵善超，周杰. PBL教学模式的研究进展和现实意义[J].医学与哲学（人文社会医学版），2007（08）：72-74.
[9]王丽梅，刘良，李国春.基于虚拟项目的动力电池技术教学改革的探索[J].教育教学论坛，2017（9）： 122-123.
作者简介：王丽梅（1988— ），女，汉族，江苏盐城人，博士，副教授，研究方向：动力电池管理。