新能源环境下“燃料电池”课程的教学与实践探索

李伏虎，武成利，张晔，荣俊锋，熊金钰

（安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001）

石油、天然气和煤炭等传统化石燃料燃烧产生的二氧化碳等温室气体是造成大气污染和地球环境变暖的主要因素，直接影响人类赖以生存的地球生态环境，已经成为重大的全球性问题；另一方面，石油、天然气和煤炭等传统化石燃料的长期过度开采，已使这些资源面临枯竭。因此，新能源是人类社会未来能源发展的必然趋势[1]。在2020年11月2日国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》文件中，明确提出“燃料电池汽车实现商业化应用，氢燃料供给体系建设稳步推进”的发展愿景[2]。因此，在我国大力推进新能源产业发展的大环境下，培养能源化学工程专业人才需要注重新能源课程的设置和教学实践工作的开展。燃料电池是清洁高效利用氢能源的发电装置，也是新能源发展的重要领域。因此，“燃料电池”课程的设置和开展对于能源化学工程专业具有重要意义。“燃料电池”课程教学需要紧跟新能源发展方向，为社会培养高素质能源化工专业人才。

同时，在教育部印发的《关于加强“质量工程”本科特色专业建设的指导性意见》（教高司函［2008］208号）文件中，也明确指出“特色专业的课程建设应紧紧围绕教育目标，根据相关产业和领域的新发展和新要求，加强课程体系、教学内容、教材、教学方法和手段等方面的改革与建设”[3]。由此可以看出专业特色课程教育教学的重要性以及专业特色课程在专业课程体系中的重要地位。“燃料电池”课程作为安徽理工大学能源化学工程专业的特色课程之一，主要讲授燃料电池的原理、技术和应用等方面的专业知识。结合安徽理工大学在新能源环境下重点发展煤化工和新能源化工的专业建设思想，“燃料电池”课程确定了多方法融合的教学思路和低碳排放新能源的发展方向。

1 “燃料电池”课程教学现况

“燃料电池”课程主要介绍燃料电池的基本原理、基础概念、基本技术及发展应用等知识，是一些高校的能源类和化工类专业特色课程[4]。安徽理工大学能源化学工程专业的发展方向是能源低碳转化、可再生能源利用及相关领域，自本专业设立以来一直开设“燃料电池”课程。近年来，随着国际上石油和煤炭等传统化石能源供求关系的变化，同时新能源技术持续创新，新能源设备不断更替，对能源化学工程专业的人才培养提出了更高的要求。这也使得能源化学工程专业特色课程“燃料电池”必须进行教学改革。

目前，“燃料电池”课程在教学过程中存在一些问题，主要包括：①教学内容与新能源发展不同步，课堂教学无法满足学生对新知识的需求。由于新能源领域的技术发展很快，燃料电池发展和应用方面的参考教材出版相对滞后，所以“燃料电池”课程的教学内容与实际发展存在不同步的现象。②“燃料电池”的传统课堂多以“板书+ppt”模式为主，课后作业为辅，这种教学方式相对单一，致使学生对课堂学习的热情不高，教学效果不好。③理论与实践相结合的教学不足，课堂教学中普遍存在讲授理论知识多，实践知识少，学生缺乏动手能力和创新能力。以上问题既有传统课堂教学中普遍存在的，又有“燃料电池”课程特有的，因此需要探索专业特色课程教学改革之路。

2 新能源环境下“燃料电池”课程教学实践探索

针对目前“燃料电池”课程在教学中出现的问题，结合能源化学工程专业培养目标对学生素质和能力的要求，对本课程进行改革创新和实践教学探索。

2.1 修订教学大纲，明确教学目标，渗透思政教育

“燃料电池”课程的教学改革需要紧密围绕能源化学工程专业的培养目标，修订课程教学大纲，加强本专业课程体系建设，从大纲中总结出教学目标是教学实践探索的龙头，根据修订的课程大纲制定出课程目标，总共有四项，分别是：

目标1：掌握燃料电池基本原理、技术、设备组件及应用的特点及发展趋势。

目标2：掌握燃料电池教学上的实际问题，提高学生观察问题、分析问题和解决问题的能力。

目标3：根据能源可持续发展的理念，能初步设计燃料电池工艺过程，并能进行工程技术经济分析和能量效率分析。

目标4：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力，能及时了解燃料电池的最新理论、技术及国际前沿动态。

以上四个课程目标点，在课程达成度评价时所占的比例分别为35%、35%、20%和10%，在考试和平时成绩评价时按照以上比例计算各个课程目标点的达成情况，严格考核课程目标的达成度。

同时，在修订的教学大纲中穿插思政教育元素。教学大纲由课程思政、教学内容、基本要求、知识结构、教学实践和考核方式与要求等组成。安徽理工大学是传统的能源煤矿院校，在新能源环境下和国家政策导向下，其专业特色在教学大纲中应更加鲜明地体现。鉴于“燃料电池”是一门专业应用性很强的专业学科，课程教学大纲需要层次分明、突出重点、专业特色、渗透思政；其课程教学理念必须以学生为中心，满足能源化工专业人才培养的需求。该课程的教学目标为引导学生掌握燃料电池的基础知识、基本技术和应用前景，通过图片、视频、实验、实践等形式感受新能源技术发展前沿；在参与过程中激发每位学生的学习兴趣和创新思维，鼓励学生提出疑问、进行讨论并找到答案，寻找新能源技术未来发展的方向。只有通过学生自己开动大脑进行思考，掌握的知识才牢固，才能达到勤思考、出成果、产创新的效果。

2016 年12 月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题[3]。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[5]。“燃料电池”课程教学大纲修订过程中充分注重立德树人，渗透思政元素。课程团队将立德树人视为根本，充分将思政元素融入教材的各个章节中，不断提升学生的政治素养和专业素养。

2.2 教学内容推陈出新，引入新能源前沿发展现状

“燃料电池”课程使用的参考教材多是2000年前后编写的，由于这些参考书出版时间较早，一些燃料电池领域的新进展是空白知识点，这不仅导致学生学习效果不佳，也给教学组织管理增添了困难。于是，课程团队参考与整理大量国内外相关的文献资料和课程信息，将相关性高的内容进行整合梳理，完成了“燃料电池”课件的制作工作。在课件整理编写过程中，必须要把握课程内容具有一定的深度和广度，要在教学的知识中呈现出新的、深层次的内容，并与能源化学工程专业相关工程实践相融合，积极引导学生思考并训练学生的创新思维。例如，在课堂教学中介绍燃料电池的应用新进展时，引用最新实例为学生进行讲解，主要实例：2022 年北京冬季奥运会使用的氢能源燃料电池赛事交通服务用车以及山东省建设加氢站为氢能产业配套[6-7]。这些知识点增加了学生的学习兴趣，促使学生更加关注燃料电池新能源的应用与发展。

2.3 突出学生实践能力，提升专业素质

“燃料电池”课程是理论与实践相结合的课程，在课堂教学的过程中需要突出学生的实践能力。为此，在能源化学专业实验课程中增加了燃料电池实验平台及电化学方面的实验内容；另外，还在教学过程中演示甲醇燃料电池的工作过程和原理；在能源化学工程专业学生的毕业设计环节，增加了燃料电池系统的设计题目。通过这些教学和实践内容的开展，增加了学生对燃料电池原理的感性认识，提升学生的实践能力和专业创新能力，使学生能够学有所用，进而提升学生的专业素质。

2.4 丰富教学手段，提升教学效果

在“燃料电池”课程的教学过程中，除了传统课堂“板书+ppt”的教学模式外，还积极探索多种教学模式，例如：课堂教学中布置开放性讨论课题，让学生拓展想象空间，思考未来燃料电池可能应用的领域；同时，布置学生课下查找阅读文献，撰写燃料电池发展的综述；另外，还可以在课堂教学中播放燃料电池应用的视频资料及演示图等，增加学生对燃料电池原理和应用领域的认识，这样既丰富了教学手段，又改变了传统教学模式，同时提升了教学效果。

3 新能源环境下“燃料电池”课程教改效果及持续改进

3.1 教改效果统计分析

近年来，通过持续进行“燃料电池”课程的教学改革，加强了能源化学工程专业的课程建设。通过分析近三年来的课程达成情况（表1）可以看出，课程平均达成度分别为66.2%、70.8%和72.1%，学生课程达成度稳步提高。通过最近一次课程总目标的达成情况（图1），可以看出学生达成情况良好。另外，以学生为主体进行调查与统计，学生对该课程的学习自主性、积极性明显提升，不仅对学习充满兴趣，还能对知识点举一反三，对能源化工专业知识掌握较好。

表1 近三年“燃料电池”课程达成情况

图1 能源化学工程专业“燃料电池”课程最近一次课程总目标达成度散点图

3.2 完善课程评价体系，持续改进

为了持续保持教学改革成效，“燃料电池”课程借鉴工程教育认证体系中的课程评价体系和持续改进措施（Continuous Quality Improvement，CQI），对课程的教学效果进行客观评价。“燃料电池”课程必须建立有效的质量监控和持续改进机制，能持续跟踪改进效果并用于推动课程教学质量不断提升。“燃料电池”课程持续改进系统分为以下四个部分：

首先，以学生为主体，对学生课程考试情况和平时学习情况的四个课程目标达成情况进行统计、分析和评价。在计算课程目标达成度的过程中，学生的考试课程目标达成度可以通过考试卷面分数进行统计和分析，学生的平时学习情况课程目标达成度主要通过学生的课堂表现、课堂作业和课后作业等情况来确定，考试成绩和平时成绩在总达成度的计算中占比分别为70%和30%。

其次，在“燃料电池”课程四个课程目标点的达成度中找出达成情况最低的目标点，组织教师和学生座谈，分析情况，查找原因，制定课堂教学改进措施。通常目标2（解决问题的能力）和目标3（持续发展的理念）这两项达成度较低，在改进措施中需要有针对性。

再次，在新学期的教学中执行改进措施，做好检查和验证工作，树立高标准，补足教学短板，在保障教学质量的同时，及时发现教学过程中存在的问题，提升课程目标点的达成情况。

最后，进行新一轮的课程评价，总结课程目标的达成情况，寻找新的需要改进的课程目标点。通过以上循序渐进的教改步骤，持续改进了“燃料电池”的课程教学，获得了明显的效果。教学改革唤起了学生的自我主动力和行动力，课程内容的新颖性和授课模式的趣味性重新点燃了学生及教师对课程的学习热情。

4 结束语

安徽理工大学能源化学工程专业“燃料电池”课程通过三年多的教学改革探索，已取得一定教改效果，学生的专业能力和课程成绩均有一定的提高，“燃料电池”课程也入选安徽省省级教学示范课建设课程。在新能源发展的大环境下，对能源化学专业的学生素质提出了新的要求，“燃料电池”课程的教学改革探索，提升了学生理论与实践水平，也锻炼了教师的教学能力，为培养具有良好思政素质、较高专业技术水平及正确价值观的综合应用型人才奠定了基础。