儲能材料與制備技術(shù)課程建設(shè)的改革與實踐

【摘 要】儲能材料與制備技術(shù)是中國礦業(yè)大學(xué)物理專業(yè)的一門具有較強實踐背景的新能源課程。本文結(jié)合國內(nèi)外儲能材料與制備技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上闡述了該課程知識體系的特點，分析了該課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面存在的主要問題，提出了一些教學(xué)改革建議。通過對教學(xué)體系的進一步改革，不斷提高教學(xué)水平，加強對學(xué)生基礎(chǔ)知識的理解和綜合能力的培養(yǎng)，從而實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提高。

【關(guān)鍵詞】儲能材料與制備技術(shù) 課程建設(shè) 教學(xué)改革與實踐

【中圖分類號】G642 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）01-0027-02

一 背景

能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)保障。我國能源建設(shè)面臨人均能源相對不足，能源工業(yè)技術(shù)落后，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重等問題。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，尤其是經(jīng)濟高速發(fā)展，能源需求量大幅度增加，能源短缺問題日益凸顯。大力推動節(jié)能技術(shù)進步，加強節(jié)能監(jiān)管和服務(wù)體系建設(shè)，提高能源有效利用率，開發(fā)利用新能源和可再生能源，是我國能源可持續(xù)發(fā)展的基本方向。“十二五”期間，我國已把新能源產(chǎn)業(yè)列入到了國家重點支持的七大領(lǐng)域之一，不但得到了國家政策支持，各地方也制定了很多優(yōu)惠政策鼓勵企業(yè)發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。中國礦業(yè)大學(xué)是能源與礦業(yè)領(lǐng)域的高層次人才培養(yǎng)和科研開發(fā)基地，“實現(xiàn)以能源資源領(lǐng)域為主的多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展，力爭建成特色鮮明、國際一流的高水平礦業(yè)大學(xué)”是我校的中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃目標(biāo)。為了適應(yīng)時代發(fā)展需求，抓住行業(yè)特色育人，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)研和醞釀，借鑒眾多的國內(nèi)外大學(xué)經(jīng)驗，并結(jié)合學(xué)?！蛾P(guān)于進一步深化教育教學(xué)改革，努力推進創(chuàng)新人才培養(yǎng)的若干意見》的指導(dǎo)意見，對我校理學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)、光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2008版培養(yǎng)方案作了調(diào)整，增設(shè)了“儲能材料與制備技術(shù)”這一門新課程（適用于2009級、2010級及2011級）；在2012版新培養(yǎng)方案中，該課程進一步改革調(diào)整為“雙語”教學(xué)課程。該課程的設(shè)置是在“以人為本，夯實基礎(chǔ)，強化實踐，注重創(chuàng)新，突出特色”的高等教育教學(xué)指導(dǎo)思路及學(xué)?！蛾P(guān)于進一步深化教育教學(xué)改革，努力推進創(chuàng)新人才培養(yǎng)的若干意見》的指導(dǎo)意見下對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)、光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系相關(guān)課程建設(shè)的一次改革；旨在培養(yǎng)既符合“高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)”，又能夠體現(xiàn)中國礦業(yè)大學(xué)能源特色和物理學(xué)科優(yōu)勢的且具有扎實的理科基礎(chǔ)、擁有國際視野的高素質(zhì)創(chuàng)新型能源科學(xué)后備人才。

解決能源可持續(xù)發(fā)展的方法之一是開發(fā)新材料、新技術(shù)，最大限度地實現(xiàn)高效節(jié)能，促進低碳經(jīng)濟的發(fā)展。能量轉(zhuǎn)換與儲存技術(shù)是一種正逐漸受到國內(nèi)外越來越多的關(guān)注的新型節(jié)能技術(shù)。研究價值高、應(yīng)用前景廣闊的新型儲能技術(shù)，已受到企業(yè)界和科學(xué)技術(shù)界的密切關(guān)注，成為國際能源界研究熱點之一。目前，各國均處于儲能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的初級階段，我國與國際先進儲能技術(shù)水平的差別不大，加大儲能技術(shù)的研發(fā)力度有助于我國在未來的能源技術(shù)競爭中占據(jù)有利地位。本課程講述了能量儲存的基本原理，儲能材料的基本特性，介紹了電能、熱能、化學(xué)能和氣體水合物等儲存與應(yīng)用技術(shù)，著重對一些如冰蓄冷空調(diào)技術(shù)、電能儲能技術(shù)、蓄

熱供暖技術(shù)、氣體水合物儲能技術(shù)和化學(xué)能儲存技術(shù)等成熟技術(shù)及其應(yīng)用進行了論述。本課程涉及儲能技術(shù)在日常生活、建筑節(jié)能和新能源技術(shù)開發(fā)及交通等領(lǐng)域的主要研究與應(yīng)用。

二 國內(nèi)外及校內(nèi)現(xiàn)狀

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運動形式、相互作用和轉(zhuǎn)化規(guī)律的自然科學(xué)。其基本理論滲透于自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)，是其他自然科學(xué)和工程技術(shù)創(chuàng)新的源泉。物理學(xué)基礎(chǔ)理論知識是學(xué)習(xí)“儲能材料與制備技術(shù)”課程的重要基礎(chǔ)，然而國內(nèi)外高等學(xué)校主要在能源、環(huán)境、化工或材料類等專業(yè)開設(shè)“儲能材料與制備技術(shù)”或類似課程。憑借物理理論知識的優(yōu)勢研究新能源的應(yīng)用是中國礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)系加強理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生應(yīng)用能力，拓展學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)空間的一次探索。隨著經(jīng)濟全球化趨勢日益加強、國際交往日益頻繁，許多物理類專業(yè)畢業(yè)生進入能源類外企就業(yè)；為了便于國際交流，了解國外動態(tài)，熟練掌握外語工具十分有必要。

中國礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)系有應(yīng)用物理學(xué)和光信息科學(xué)與技術(shù)兩個本科專業(yè)。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)是江蘇省特色專業(yè)，主要以力、熱、光、電、聲和近代物理等綜合物理測試技術(shù)與計算機信息技術(shù)密切結(jié)合的智能化測試技術(shù)和光電測試技術(shù)為專業(yè)方向。光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要以光信息、光電子科學(xué)領(lǐng)域中的理論和應(yīng)用技術(shù)為專業(yè)方向。通過本課程的學(xué)習(xí)能使學(xué)生了解能量轉(zhuǎn)換與儲存技術(shù)；探索新型節(jié)能技術(shù)的儲能材料以及相關(guān)制備技術(shù)；了解能量儲存的基本原理、熱力學(xué)基礎(chǔ)，儲能材料的性能要求、選配方法及熱物性測定；掌握電能、機械能、熱能、化學(xué)能和水合物儲能技術(shù)原理和技術(shù)特點，為以后進一步學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。由于我校缺少該課程的建設(shè)經(jīng)驗，在教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)、與其他課程的內(nèi)容銜接等教學(xué)體系建設(shè)方面都存在著一些問題需要解決。

三 教學(xué)建設(shè)與改革

1.多媒體課件和雙語教學(xué)

本課程具有內(nèi)容多、涉及知識面廣、圖表多等特點。類似儲能水電站、制冰機、儲能焊機、壓縮空氣動力發(fā)電機、蓄熱式電采暖、燃料電池和新型能源汽車等的動態(tài)原理僅用語言很難講解清楚，學(xué)生也難以理解。多媒體可以借助圖像、視頻、音頻、動畫等元素將抽象內(nèi)容具體化、形象化，將枯燥內(nèi)容生動化、有趣化，開闊學(xué)生的視野，讓學(xué)生對其產(chǎn)生感性的認(rèn)識。雙語教學(xué)即同時使用兩種語言講授本課程。對于應(yīng)用物理學(xué)和光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科學(xué)生來說，外語是工具而不是目的。雙語教學(xué)的目的，是通過本課程系統(tǒng)的課內(nèi)講授和課外學(xué)習(xí)，提高學(xué)生與物理專業(yè)有關(guān)的查閱外文資料能力和科技外語交流能力。大四學(xué)生的英語基礎(chǔ)相對較好，絕大多數(shù)都獲得了大學(xué)英語四級證書，在授課過程中學(xué)生基本上可適應(yīng)雙語教學(xué)，所以容易取得預(yù)期的教學(xué)效果。雙語教材直接影響教學(xué)的質(zhì)量和效果，因此我們將參考國內(nèi)外著名的“儲能材料與制備技術(shù)”教科書，自行編寫適合本校學(xué)生的教材。此外，學(xué)校應(yīng)加強雙語教學(xué)師資的培養(yǎng)以促進雙語教學(xué)的發(fā)展和保證雙語教學(xué)的質(zhì)量。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

本課程內(nèi)容涉及暖通、空調(diào)、建筑、熱工、化工、能源和環(huán)境保護等相關(guān)領(lǐng)域，可選取的教材版本較少、國內(nèi)現(xiàn)有教材老化、遠離前沿，需及時更新教學(xué)內(nèi)容。中國儲能網(wǎng)匯聚最新儲能科研及技術(shù)成果、示范項目及儲能業(yè)界經(jīng)濟動態(tài)，但并沒有整理相關(guān)研究的教學(xué)書籍。如最近澳大利亞科學(xué)家用石墨烯制造出致密超級電容，其能量密度為現(xiàn)有超級電容的12倍，可廣泛應(yīng)用于可再生能源存儲、便攜式電子設(shè)備以及電動汽車等領(lǐng)域，這些最新研究成果應(yīng)及時傳授給學(xué)生。本課程內(nèi)容涉及大量物理學(xué)基本原理和規(guī)律，強調(diào)物理學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，然而現(xiàn)有教材側(cè)重從技術(shù)應(yīng)用的角度展示物理學(xué)，并未從物理的角度全面深入地解釋說明。如高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲能技術(shù)涉及高溫超導(dǎo)材料、邁斯納效應(yīng)、磁懸浮原理、轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動動能等基礎(chǔ)物理知識，很少有教材詳細(xì)講解。本課程內(nèi)容在儲能元件、儲能材料制備技術(shù)方面亦有待進一步補充和完善，尤其應(yīng)增加綜合性、設(shè)計性實驗以及自主創(chuàng)新性實踐內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

3.加強案例教學(xué)

案例教學(xué)作為溝通基礎(chǔ)理論與實踐之間的橋梁，在教學(xué)中被廣泛采用。教師可選擇在課堂穿插案例，也可以選擇在章節(jié)總結(jié)時分析案例。前者幫助學(xué)生消化和掌握所學(xué)理論知識，后者考查學(xué)生綜合運用本章基本理論知識。如在學(xué)習(xí)熱能儲存技術(shù)的應(yīng)用時，可以市場上出現(xiàn)的儲能式冷熱兩用保溫餐具為案例進行分析討論，逐步分析出相變儲能材料在相變過程中都要吸收或放出相變潛熱的原理進行蓄熱。教師重點講述相變潛熱的基本原理，闡明物理基礎(chǔ)原理和應(yīng)用之間的聯(lián)系。這樣既可以開闊學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，豐富專業(yè)知識，也有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的能力，鞏固教學(xué)成果。

4.教學(xué)與科研結(jié)合

高校提供了教學(xué)與科研雙重任務(wù)的平臺，教學(xué)與科研相互滲透，教學(xué)為科研提供需要和基礎(chǔ)，科研又為教學(xué)質(zhì)量的提高提供方向和保證。中國礦業(yè)大學(xué)為教師和學(xué)生創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和研究平臺，大力支持資助大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目，使教師和學(xué)生在教與學(xué)中共同提高知識水平和研究能力。中國礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院新生入學(xué)后學(xué)院為每一名本科生都配備了成長導(dǎo)師，為學(xué)生提供個性化和專業(yè)化指導(dǎo)。這些措施為教學(xué)和科研的結(jié)合提供了便利條件，使“研究為本的學(xué)習(xí)”成為可能。結(jié)合學(xué)?？蒲衅脚_和理學(xué)院物理專業(yè)優(yōu)勢，大四學(xué)生完全可以開展儲能材料的數(shù)值模擬與設(shè)計和性能實驗測試。尤其要注重碳相關(guān)材料儲能機制研究，可以充分體現(xiàn)學(xué)校的辦學(xué)特色。

四 結(jié)束語

新型高效能量轉(zhuǎn)換與儲存是節(jié)約和利用有限能源的重要手段之一，在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中日益發(fā)揮重要作用。雙語教學(xué)不僅可以獲取儲能相關(guān)知識，還可以進一步培養(yǎng)和提高學(xué)生運用外語的能力。結(jié)合中國礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生實際情況對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等進行改革，增強學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力。在教學(xué)活動的同時開展科學(xué)研究，以科研成果支持教學(xué)改革，實現(xiàn)教學(xué)與科研的互動、相長。

參考文獻

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