西部高校新能源材料專業(yè)實踐教學模式的研究與實踐

南 輝，林 紅,2，王 剛，陳慧媛，楊桂軍，韋浩民

(1.青海大學 機械工程學院，青海 西寧 810016；2.清華大學 材料科學與工程系新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室，北京 100084)

由于全球氣候變遷、空氣污染問題以及常規(guī)化石油能源的日益枯竭，新能源技術的開發(fā)與利用逐漸引起人們的高度關注。西部地區(qū)的新能源材料產業(yè)依托其獨特的自然條件，具有巨大發(fā)展?jié)摿?。培養(yǎng)社會急需的與新能源材料相關的高技能實用人才，為地區(qū)乃至全國的經濟建設服務是西部高校面臨的重要任務。本文以我校新能源材料專業(yè)實踐教學為例，分析了目前該專業(yè)的現(xiàn)狀與存在的問題，并以此為基礎，結合我校教學現(xiàn)狀給出了以應用創(chuàng)新型人才為培養(yǎng)目標的新能源材料專業(yè)實踐教學的改革方案。

1 新能源材料專業(yè)現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 專業(yè)現(xiàn)狀

新能源材料產業(yè)是我國西部國民經濟建設的重要基礎和支柱型產業(yè)，同時也是涉及多個領域高新技術的集成產業(yè)，在區(qū)域經濟建設與社會發(fā)展中一直起著極其重要的作用。青海大學機械工程學院結合已有的學科基礎和社會發(fā)展的用人需求,于2008年設立了新的專業(yè)——新能源材料專業(yè)。目前國內僅有武漢理工大學、西安交通大學等幾所高校開設相關專業(yè)。該專業(yè)依托地區(qū)經濟發(fā)展，要求學生在全面掌握材料科學基礎理論和相關技術的基礎上，進一步掌握材料制備與成型技術在風電、光電、能量轉換和環(huán)境保護中的發(fā)展和應用。

1.2 存在問題

新能源材料專業(yè)的實踐性非常強，與工程實際結合緊密[1-2]。但是，由于傳統(tǒng)的教學模式比較強調理論教學的系統(tǒng)性與完整性，在課程設計上，理論課科目多，占的總學時也比較多，較少考慮學生實踐能力的培養(yǎng)。近年來，雖然高校為了改變這種理論教學與實踐相脫離的現(xiàn)象，逐步增強實踐教學的環(huán)節(jié)以提高學生的工程應用能力，比如增加畢業(yè)設計、認識實習、生產實習、綜合實驗設計的課時，取得了一定成績，但離培養(yǎng)學生實踐能力的要求還存在差距，主要有以下2點：

(1) 畢業(yè)設計的實用性不強。目前新能源材料專業(yè)畢業(yè)設計題目多為理論設計，不需要動手操作，只要按照規(guī)定的步驟進行設計、計算就可以完成相關內容，同時由于擴招后學生人數(shù)的驟然增多，難以保證每一位學生畢業(yè)設計題目的實用性。

(2) 綜合實驗設計的質量不高。由于新能源材料專業(yè)實驗室的建設對場地、設備、技術的要求比較高，且一次性投資數(shù)額大。綜合實驗設計題目多沿用材料科學與工程等專業(yè)的題目，而與新能源材料專業(yè)相關的能量轉換測試與分析的題目較少，以致學生實踐創(chuàng)新能力下降，學習積極性不高。

鑒于新能源材料專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的諸多不足，我們希望改變原有的實驗教學體制，由原來的“師本教育”轉變?yōu)椤吧窘逃?，構建應用型實踐教學體系。

2 新能源材料專業(yè)實驗教學理念及體系構建

2.1 實驗教學理念

新能源材料專業(yè)課程涉及光伏發(fā)電技術、熱能動力工程、冶金、材料、機械、能源動力等許多學科領域，概念多、知識面廣、工程應用性強。如果忽視新能源材料專業(yè)的實踐教學，勢必不能有效提高學生解決實際問題的能力，達不到培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新素質的目的。鑒于此，高校應以培養(yǎng)應用型人才為主，結合學校實際，以典型工程背景為條件，以貼近工程實際進行實踐教學為手段，設置科技獎勵學分，逐步激發(fā)學生的學習積極性，提高教學實踐質量，同時培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新能力，提高學生的實踐動手能力。

2.2 實驗教學體系的構建

在實踐教學體系構建過程中，應采取“五結合”做法，即實驗教學與科學研究相結合、強化基礎與提升能力相結合、傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代手段相結合、畢業(yè)設計與工程實際相結合、科技創(chuàng)新與學生實踐相結合[3-5]。

(1) 構建多功能、多層次、開放型的新能源材料專業(yè)實驗教學大平臺。平臺1(專業(yè)興趣激發(fā))的功能是喚醒學生對現(xiàn)代能源材料領域技術和裝置的好奇心與專業(yè)興趣，激發(fā)后續(xù)科學素質訓練的原動力，為后續(xù)的專業(yè)基礎和專業(yè)課程學習打下良好基礎，比較經典的興趣激發(fā)方式見表1；平臺2(科學素質培養(yǎng))的功能是設置科技獎勵學分制度，利用完善的實驗課程體系和先進的實驗室條件，培養(yǎng)學生掌握專業(yè)實驗的基本內容、基本方法和基本技能，將學生的課程設計、畢業(yè)設計、學位論文等，與科研項目相結合，從而提高學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力；平臺3(科技創(chuàng)新實踐)的功能是充分發(fā)揮現(xiàn)代大學生善于挑戰(zhàn)和勇于創(chuàng)新的優(yōu)點，利用高校已有的大學生“挑戰(zhàn)杯”、 “工業(yè)設計大賽”，“電子設計大賽”等平臺，鼓勵學生積極參與各種創(chuàng)新實踐活動，使學生在創(chuàng)新活動過程中直接充當主體，自組團隊，最終實現(xiàn)學生創(chuàng)新意識、實踐能力以及團隊協(xié)作精神全面提高的培養(yǎng)目標。

表1 實驗教學中教師激發(fā)學生專業(yè)興趣的方式

(2) 建立新能源材料專業(yè)的實驗教學數(shù)據(jù)庫。隨著數(shù)據(jù)庫的建立，使實踐教學由以教為主轉變?yōu)橐詫W為主，把各種素材和視頻資料整合起來，實施大學生自主學習的實驗教學模式。學生可以通過直觀化、動態(tài)化的數(shù)據(jù)庫學習實驗的相關內容，掌握實驗原理，這種模式的學習、思考和交流有助于學生對新能源材料專業(yè)實驗內容的掌握，能起到事半功倍的教學效果。

(3) 注重培養(yǎng)方向與目標需求的緊密結合,不斷更新實驗教學內容。由于新能源領域高新技術的快速發(fā)展，特別是信息技術在該領域的廣泛應用，我們在不斷充實、改進原有實驗內容和方法的同時，及時淘汰一些操作簡單、內容陳舊的實驗項目，精選出一些符合市場需求和技術發(fā)展方向的新的實驗內容和實驗方法，充實到實驗教學體系中。通過進行具有時代氣息并與生產實踐、工程開發(fā)和科學研究密切相關的實驗，開闊學生眼界，拓展思路，提高技能。

(4) 改變傳統(tǒng)教學模式，建立流程式實驗教學方式，進而構建統(tǒng)一、完整、綜合、模塊化的實驗教學體系。以薄膜電池光陽極的制備為例，采用如圖1所示的流程式教學來介紹。在教學上強調將傳統(tǒng)技術與現(xiàn)代技術相結合、基礎實驗與創(chuàng)新實驗相結合、硬件實驗與軟件模擬相結合、理論教學與實踐教學相結合、課內學習與課外科技活動相結合。通過以多晶硅電池制備的實物教學、染料敏化太陽能電池多媒體光盤展播、風力發(fā)電模型綜合演示實驗、動力技術發(fā)展史講座、光電轉換材料專家講座，輔之以“大學生‘挑戰(zhàn)杯’作品展示長廊”等多種形式，激發(fā)學生學習的興趣和激情。

圖1 薄膜電池光陽極的制備流程式教學

(5) 建立符合高校自身特點的創(chuàng)新實踐機制，努力把創(chuàng)新理念融入到實踐教學全過程中。在完成正常的實踐教學內容外,設置創(chuàng)新獎勵學分制度，利用課余空閑時間，分層次、分項目地開展創(chuàng)新實踐活動。根據(jù)設備、儀器、教師資源情況，以個人或小組形式在教師的指導下，充分發(fā)揮學生自己的創(chuàng)造性，獨立完成實驗方案的設計與實施、實驗數(shù)據(jù)的測試與分析，提高學生參加實踐活動的興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合能力，同時充分發(fā)掘學生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學生的團隊意識、組織管理能力和綜合實踐能力。

3 新能源材料專業(yè)實驗教學保障體系的搭建

3.1 緊密結合區(qū)域經濟，打造高水平實踐教學平臺

西部高校主要為地區(qū)培養(yǎng)技術型應用人才，而西部地區(qū)產業(yè)結構有明顯的地域性，因此實驗室的建設和實踐教學的開展要緊密結合當?shù)禺a業(yè)特點，開設具有較強實用價值的實驗內容，為學生今后就業(yè)打下一定基礎[6]。

3.2 依托“科技服務企業(yè)”的平臺，走產學研結合的可持續(xù)發(fā)展道路

西部高校地處邊遠，實驗教學硬件建設資金投入有限，一些高檔設備價格動輒百萬元，學校只靠自身能力購置幾乎不可能，此時要充分整合、利用社會資源，主動聯(lián)系企業(yè)，借他山之石彌補設備資源不足的現(xiàn)狀[7-9]。

通過“科技服務企業(yè)”的平臺，將工程應用與工程育人相結合，構建開放式的實踐教學體系?？善赣镁哂胸S富工程實踐經驗的研究員、高級工程師參與實踐教學，通過多種形式，用他們豐富的工程實踐經驗，使學生受益。同時，通過他們將實際工程問題作為案例引入實驗教學內容，拓展實驗教學的內涵與層次，用自己所學的知識解決現(xiàn)實問題，從而培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新能力[10-11]。我校與青海省新能源研究所、青海亞洲硅業(yè)、青海鹽湖集團、青海鋁業(yè)等省內數(shù)十家大型企業(yè)建立了長期合作關系，不僅為學生的科技創(chuàng)新提供了優(yōu)質資源和環(huán)境，而且為學生就業(yè)和今后發(fā)展提供了廣闊空間。

3.3 重視基礎實驗模塊的教學

目前，隨著國家“中西部高校綜合能力提升工程”項目的開展，高檔先進設備也逐步進入西部高等學校，但是新能源材料專業(yè)實驗教學的基礎是各類基本技能訓練，只有在掌握了如材料制備、材料成型與加工、能量轉換、能源動力等基本技能后，學生才能更好地體會和掌握新能源材料實驗教學的相關內容[12]。因此，高校在配備儀器設備時，不能一味追求大、新、全，而應該從實踐教學基本規(guī)律入手，使有限的資金、場地，合理地發(fā)揮最大作用。

4 新體系的應用效果

以應用創(chuàng)新型人才為培養(yǎng)目標的新能源材料專業(yè)實驗教學新體系在我校應用后，取得了明顯的效果，主要體現(xiàn)在以下2個方面：

(1) 通過近幾年的實踐，我校新能源材料專業(yè)考取研究生和保研的學生中，70%以上參加過新教學體系的課程訓練，同時由于新體系中涉及到企業(yè)的生產實踐，使學生對于知識的理解和掌握變得更加容易，大大激發(fā)了學生自主學習的興趣。

(2) 在新體系中，企業(yè)專家通過參與實踐教學活動并進行現(xiàn)場指導，使學生在實踐過程中更貼近企業(yè)實際生產，真正實現(xiàn)學生的“無縫就業(yè)”。

5 結束語

高校新能源材料專業(yè)實踐教學體系與平臺的構建是一個長期的、復雜的過程。結合高校自身的條件，從實踐教學項目的設置、儀器設備的合理配置以及軟件資源等多個方面加強實踐教學體系與平臺的建設，培養(yǎng)既有扎實的專業(yè)知識，又有較強實踐創(chuàng)新能力的人才，必將更好地在地方經濟建設服務中發(fā)揮越來越大的作用。

[1] 劉明秋,趙吉,朱瑞英,等.生命科學實驗教學示范中心建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(8):107-109.

[2] 李海燕,趙汗青,高興海,等.實驗教學創(chuàng)新的研究與探索[J].實驗室研究與探索,2009,28(8):115-117.

[3] 王國強.多元化開放式實驗教學的創(chuàng)新與實踐[J].黑龍江高教研究,2005(9):96-98.

[4] 金正一.建設開放性實驗室的思考與實踐[J].實驗室研究與探索,2007,26(1):124-125.

[5] 張小林,周美華,李茂康.綜合性實驗、設計性實驗教學改革實踐與探索[J].實驗技術與管理,2007,24(7):94-96.

[6] 王銀玲,尹顯明,張華,等.整合優(yōu)勢資源,建設特色鮮明的工程訓練中心[J].高校實驗室工作研究,2009(3):72-73.

[7] 馬鵬舉,王亮,胡殿明,等.基礎工程訓練課程體系的建設與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(4):100-105.

[8] 傅水根,武靜.深化工程實踐教學改革,全面促進可持續(xù)發(fā)展[J].實驗技術與管理,2008,25(1):7-10.

[9] 李勇,黃炳輝.完善工程訓練體系培養(yǎng)高素質人才[J].高等工程教育研究,2008(2):143-145.

[10] 吳啟迪.提高工程教育質量,推進工程教育專業(yè)認證[J].實驗室研究與探索,2009,28(5):1-4.

[11]于兆勤,張湘?zhèn)?郭鐘寧,等.工程訓練資源共享的研究與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(11):5-9.

[12] 王建偉.綜合型大學工程訓練中心建設模式與創(chuàng)新[J].實驗技術與管理,2008,25(5):38-41.