BOPPPS模型在化学电源的应用

摘要：结合本校新能源材料与器件专业化学电源课程的特点，基于BOPPPS模型设计教学过程。该教学方式能提高学生学习积极性和课堂参与度，以及师生间的互动，进而提升学习效率和教学质量。

关键词：新能源材料与器件；BOPPPS模型；化学电源；教学设计

随着全国高校学科教学改革和发展，为贴合不同教育需求，出现了许多富有特色的教学模式，如BOPPPS、翻转课堂、案例教学法和OBE理念等[1-4]。这些教学模式获得了较好的教学效果，极大地提高了学生学习效率和学习主动性，提高了教学质量。源于加拿大的BOPPPS教学模型较好地契合了专业课程教学设计的需求，将教学过程划分为引入、目标、预测、参与式学习、后测以及小结六个部分，是一种以教学目标为导向，以参与式学习为核心，指导课堂教学各环节的教学模式[5-6]。本文以新能源材料与器件专业核心课程化学电源为例，围绕教学目标，将BOPPPS教学模型引入课堂教学过程，建立以教师正确引导为基础，以师生有效互动为载体的创新型教学模式，打造“有智慧、有温度、有活力”的课堂教学，旨在提高课程教学质量和人才培养质量。化学电源是面向新能源材料与器件专业本科三年级学生开设的一门专业必修课，使用教材为程新群主编的《化学电源》，化学工业出版社2018年9月第二版，主要讲解铅酸蓄电池、锂电池、锂离子电池、燃料电池、金属空气电池和电化学电容器等内容。通过本课程的理论学习和实践，学生可掌握常见化学电源的工作原理、结构与制造工艺流程，了解所涉及的物理、化学、材料及储能科学相关基础理论知识、实验研究方法、材料体系应用。同时，兼顾化学电源技术研究前沿，包括锂硫电池、锌离子电池、钠离子电池和固态电解质等，以有效知识为主体，搭建能够支持学生终身学习的知识和能力基础，为后续从事储能材料设计与制备、器件与系统的研究、开发、制造和管理技术能力和工程实践能力打下一定的基础，以适应各种新能源产业领域对人才的需求[7-8]。

一、学情分析

在新能源材料与器件专业的学生培养过程中，化学电源作为一门承前启后的专业主干课程，具有多学科融合交叉、知识理论复杂及实践性强的特点[9-10]。在该专业课程体系中，先修课程有固体物理、材料物理化学、电化学原理等，后续课程为储能材料制备技术、电池设计与制造工艺学、电池管理系统等。引导学生适应从专业基础课程到专业方向课程的知识转变具有非常重要的意义，不仅关系到加深专业认识、拓展理论深度、提升工程实践能力和创新能力，而且影响对专业知识体系的构建，以及对后续专业课的学习兴趣。在传统课堂教学中，教学模式可划分为以教师为主体和以学生为中心的两个层面。以教师作为主体的教学过程中，往往出现“填鸭式”教育，学生无思维拓展和能力提升空间，难以调动主动学习积极性和创造性[11]。以学生为中心的自主探索式教学，尽管在一定程度上能提高学生在教学活动中的主体作用，也存在流于形式、难以引发深入思考及教学过程组织纪律松散等问题，其规模化推广受到了极大限制。无论是通过以教师为主体的灌输式教学，还是单纯以学生为中心的自主探索式教学，都不能做到专业知识与技能的良好传授，只有建立教师正确引导和师生有效互动的协同作用机制，才能在最大程度上提升教学质量。

二、BOPPPS教学模型教学探索

以化学电源第九章节中锂离子电池的正极材料为案例，将BOPPPS教学模型应用于课程教学，通过引导式提问测试、课堂观察及课后反思等，考察BOPPPS教学模型的实际效果。

（一）引入

一个好的开场往往可以使学生快速融入课堂教学，以主动的态度寻求知识和发现问题，也为形成师生间良好课堂互动打下基础[12]。首先观看宁德时代和比亚迪动力电池制造视频。通过视频并结合课程学习目标，提出锂离子电池工作原理是什么，主要由哪几部分组成，正负极材料分别用的是什么等具有实际应用背景的问题。视频导入既让学生直观了解锂离子电池的生产制造流程和最新前沿技术研发动向，也激发学习兴趣和求知欲望。

（二）目标

通过课件和讲解方式提出目标要求，让学生对新知识需要掌握的程度有清晰明确的认识，领会和了解本节学习目标和知识的重点难点。锂离子电池的正极材料学习目标包括掌握作为锂离子电池正极材料应满足哪些基本要求，常见正极材料的晶型结构及储能机理，了解不同种类锂离子电池正极材料应用现状和发展趋势。上述学习目标也是教师的教学依据和检测学生学习效果的评估标准，反映了学生通过学习能够掌握的知识和具备的能力。

（三）预测

在课程讲解之前，通过问题引导了解学生对于锂离子电池正极材料的认知，结合引入阶段所提及的问题，让学生进行简要回答，如“常见的锂离子电池正极材料有哪些”，“充电和放电过程正极材料中锂离子和电子的运动规律”等。通过学生对问题的回答情况，了解学生关于锂离子电池正极材料的基本概念及相关知识的储备，为下一步课程内容讲解作准备。

（四）参与式学习

参与式学习是BOPPPS教学模型重要、核心的教学环节，重在体现以学生为中心，教师为主导地位的教学思路。目的是积极引导学生自我管理、主动学习，提高学习效率，提升自主学习能力，使学生深入参与教学互动[13]。教学过程中针对不同教学内容，可以采取不同参与式学习方案，以适应不同学习者的学习风格，增强学生上课的积极性、主动性和学习热情[14]。例如，在讨论正极材料的晶型结构时，可以抛出问题“快速充电技术对锂离子电池正极材料结构有什么要求”，“锂离子电池容量衰减和正极材料结构有什么关系”等与实际应用联系紧密的问题。这些问题涉及课程的核心知识点，可以让学生分组讨论。这种方式不仅强化了合作意识，也使学生在独立思索的基础上，协作探究问题本质，培养团队意识。也可以采用演示汇报的参与式学习方案，如提出“为解决目前动力电池能量密度低的问题，从锂离子电池正极材料着手有哪些方法”，“下一代锂离子电池正极材料的发展方向有哪些”等开放式问题。学生通过课前查阅资料，收集信息，并在课堂上演示汇报自己对问题的理解和思考。这种方式强调学生学习自主性的充分发挥，强化了教学活动对于学生自主创新能力与自主创新精神的培养，使学生善于利用已有知识和经验积极主动探究新知识，形成稳定的探索与创新意识。教师的主导地位体现在对参与式学习方案的整体把控，鼓励学生创新性思维，着力创设宽松和谐的课堂气氛，为学生自主创新性思维提供良好的环境；针对学生对新知识理解的不深刻、不全面的问题，及时进行具体讲解。参与式学习明晰教师引导方法和课堂师生互动间的内在协同机制，深化理解参与式教学方法对于知识传授的具体作用。建立针对不同具体课程内容、不同学习者的多元化教学模式，将原本冰冷的课堂变为知识与知识碰撞、心与心交流的场所，在传授理论知识的同时，着力培养和提升学生的创新能力，达到师生高度和谐，学生独立自主发展的目标。

（五）后测

课堂知识讲解结束后，围绕教学目标有针对性地选择一些随堂测试题，以检验课堂教学效果。通过让学生回答“常见锂离子电池正极材料合成方法有哪些，各自的优缺点是什么”，“锂离子嵌入和脱出过程对正极材料结构有什么影响”，“为什么大电流充放电时正极材料充放电比容量会减小”等一系列测试题，从材料合成、结构变化和电化学性能等不同层面检测学习效果和教学效果。教师通过对学生回答情况的反馈判断教学设计的活动是否达到预期效果，进而对教学目标实现情况作出评估。

（六）小结

教师围绕教学目标对教学内容进行简要回顾和总结，点明重点和化解难点。同时，可以安排一些课外拓展内容，让学生体会锂离子电池在电化学储能器件中的重要地位，感受材料科学结构之美和孕育的巨大价值，理解大力发展清洁能源为早日实现碳达峰、碳中和目标的重要战略意义。充分挖掘课程中蕴含的思政元素，与专业知识进行有效融合，达到教书与育人的统一[15]。既强化教学目标，又对学生进行人文素养熏陶和思政教育。

三、结论

将BOPPPS教学模式应用到新能源材料与器件专业课教学，能够提高化学电源课程的成绩，调动学生对教学过程的深度参与及建立良好的师生互动关系，使教学质量大幅提升。值得注意的是，由于化学电源课程内容较多，并不是所有的章节都可以严格采用BOPPPS模型来设计，应根据课程教学目标和教学内容对模型中的细节进行调整，并建立适用于不同具体课程的多元化创新教学方法，提高该方法的可实践性。

作者：俞娟 赵俊楷 袁艳 李林波 张朝晖 单位：西安建筑科技大学冶金工程学院