基于CDIO工程教育模式的化学电源课程教学研究

摘 要：化学电源课程是针对材料科学与工程专业学生开设的一门专业课，具有较强的应用性。本文结合CDIO工程教育模式，对化学电源课程的教学内容、教学思路、教学模式等进行探讨。

关键词：CDIO工程教育；化学电源；电化学

化学电源是一种能通过化学反应将化学能直接转变成电能的装置，它在国民经济、科学技术、军事和日常生活中广泛应用。随着科学技术的不断发展以及人们环境保护意识的增强，化学电源的作用日益重要。

化学电源课程是我校材料科学与工程专业（新能源材料与器件方向）重要的专业课之一，该专业以CDIO工程教育模式作为教学的培养模式，该模式是当前国际工程教育改革的新成果，主要锻炼学生构思、设计、实现和运行的实际应用能力，国内已有众多高校采用CDIO工程教育培养模式。本文对化学电源课程教学内容的选择、教学方法、教学理论与实践结合等方面开展了相关的研究与探索，得到了一些研究成果。

一、选择适合材料科学与工程专业教学的课程内容

自从1859年普兰特试制成功铅酸蓄电池，1868年勒克朗谢研制成功以为电解液的中性锌-二氧化锰电池以来，化学电源经过100多年的发展，形成了比较独立完整的科学体系，基础理论已趋于成熟。化学电源品种繁多，按电解质的性质可以分为碱性电池、酸性电池和中性电池。目前又出现有机电解质电池、固体电解质电池、胶体电解质电池等。按照其使用性质可分为原电池（一次电池）、蓄电池（二次电池）和燃料电池。同时新型的化学电源正在不断地出现，锂离子电池、超级电容器、燃料电池的应用也在日益增加。

化学电源课程的主要任务是阐明化学电源的基本概念和基本原理，系统介绍各种化学电源的基本原理、结构、性能参数和制造工艺，介绍各种新型电池材料的研究进展。该课程涉及的化学电源种类繁多，包括传统的锌锰电池、铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池等，同时教学中也引入了目前广泛研究和应用的“新型绿色能源”锂离子电池、超级电容器和燃料电池。教学时要重视化学电源安全、环保和综合利用的情况，提高学生的环保意识，培养学生的社会责任感。根据本专业的教学目标制订适合学生的教学计划，综合国家对本专业的人才需求、学生就业需求和发展来规划教学内容。

二、多种教学方式相结合

课堂教学是知识传授的主要途径，化学电源教学主要利用多媒体、板书、模型等教具，采用启发式、讨论式等多种教学方式进行授课。教学课件和视频方便进行各类化学电源工作原理、内部构造、制备工艺的展示，有利于激发学生学习的兴趣和思考，提高学生对化学电源的深层认识。由于学生的电化学理论基础薄弱，在介绍化学电源工作原理时要多结合板书，加深学生对化学反应的认识和理解。

因为化学电源的品种多样，使用的范围广，所以教师可以在课堂中应用探究式教学法，引导学生找到日常使用的电池，然后对不同类别的电池进行原理、特点的介绍。通过对各种电池充放电性能的对比，让学生选擇最合适的化学电源。

在教学过程中，为了使课堂气氛活跃，教师还可以采用讨论法，让学生主动参与到教学过程中，多给学生发言的机会，提高学生学习的积极性和主动性。这些教学方法的综合使用，可以取得良好的教学效果。

三、教学活动与科研相结合

在化学电源课程的教学中，必须坚持“以科研促进教学，以科研提升教学质量”的目标。化学电源种类、技术和电池材料发展迅速，教师需要及时更新知识结构和授课内容，才能跟上时代的发展。科研是最直接、有效获得最新知识和技术的途径，教师应该通过科研，更新自己的知识结构，不断调整授课内容。教师鼓励学生主动参与科研项目，在实验中进行交流学习，这不仅能培养学生发现问题和解决问题的能力，还能提高学生的科研创新能力和实践能力。

四、理论教学与实践教学相结合

化学电源是一门理论联系实际、重视实践应用的课程。在平时教学过程中突出专业特色，注重理论知识与实践应用相结合。根据教学需要，可以把一部分理论内容调整到后续“化学电池系统”“超级电容器”中，加深学生对新型绿色化学电源的基本原理、性能和电极材料方面的了解。在上课过程中不断引入化学电源的新发展和新技术，加深学生对新能源材料、锂离子电池、超级电容器、燃料电池、锂硫电池的深刻认识和了解。

五、结语

化学电源教学一定要适应社会发展的需求。教师必须不断地总结教学经验，改革教学方法，提高学生的学习积极性和创造性思维。在教学过程中，要循序渐进地培养学生在学术方面和实践方面的创新能力。

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