新能源科學與工程專業(yè)新能源材料課程的教學探索與實踐

摘 要：新能源材料是常州工學院為新能源科學與工程專業(yè)學生開設的一門專業(yè)限選課程，該課程具有內容豐富、信息量大、專業(yè)性強、課時少的特點。根據(jù)教學實踐，對新能源材料課程的教學內容、方法和考核方式等方面進行了初步探討，以期提高該課程的教學質量和效果。

關鍵詞：教學內容；教學方法；考核方式

能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的物質基礎，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的先決條件。所以，為了達到培養(yǎng)專業(yè)面寬、知識面廣和工程能力強的應用型本科人才的目標，常州工學院新能源科學與工程專業(yè)在課程體系中開設了新能源材料課程，將其作為該專業(yè)的專業(yè)限選課程之一。本文根據(jù)自身教學實踐，在新能源材料課程的教學內容優(yōu)化、教學方法探索和考核方式改革等方面進行了初步探討，以更好地提高該課程的教學質量和效果。

一、教學內容的優(yōu)化和精選

教學內容的優(yōu)化和精選是教學改革的關鍵，作為一門專業(yè)限選課程，新能源材料課程具有內容豐富、信息量大、專業(yè)性強、課時少的特點，課程內容以金屬氫化物鎳電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、新型儲能材料、半導體照明發(fā)光材料等分為若干章節(jié)，考慮到內容的完整性，以最后一章簡要介紹其他新能源材料，例如核能材料、非晶態(tài)金屬磁性材料和超導材料等。新能源科學與工程專業(yè)屬于新興產業(yè)專業(yè)，涉及的學科領域廣泛，屬于交叉學科，涉及物理、化學、材料、冶金、電子、機械、能源與動力工程等多個學科。在實際的教學過程中，還應充分考慮到不要與新能源科學與工程專業(yè)已開設的其他新能源相關課程的知識點重復，教學內容必須有所側重，要講清課程中的要點和基礎知識，以新能源材料“組成—結構—性能—制備技術—應用”為主線介紹新能源材料的有關知識，建立每章知識結構圖，讓學生清楚該門課程的知識體系結構。此外，加大國內外相關材料的最新進展和企業(yè)動態(tài)的講授，注重教學內容和學科發(fā)展前沿、生產生活實際相結合，增強學生的專業(yè)自信。通過優(yōu)選教學內容，使教學內容始終能反映本學科的專業(yè)特點和學術水平，加強學生對后續(xù)專業(yè)方向的把握。

二、教學方法的探索

1.啟發(fā)式和互動式的教學方式

在課堂教學環(huán)節(jié)中，為了調動學生的積極性，活躍其思維，宜多采用啟發(fā)式和互動式的教學方式，變填鴨式的教學方式為啟發(fā)性、互動性的教學方式。例如，我們在介紹鋰離子電池材料時，先介紹鋰離子電池的原理，通常鋰離子電池原理過程中會提到，在充電過程中，鋰離子是從正極材料中脫出，通過電解質擴散到負極并嵌入到負極材料中，同時得到由外電路從正極流入的電子，放電過程正好相反。這樣的原理解釋有時會讓學生認為鋰離子的脫嵌過程只是一種物理變化，我們可以向學生拋出問題，鋰離子電池也稱為搖椅電池，充放電過程中，鋰離子和電子是在正負極之間來回轉移的，那么這種轉移是物理變化還是化學變化呢？啟迪學生鋰離子和電子的轉移應該是化學變化，那么化學反應對應的物質是什么？在充放電過程中這些物質會發(fā)生怎樣的變化？這種變化為什么可逆？鋰離子為什么能夠在正負極之間移動？為什么電子只能從外部電路走？帶著這樣的疑問，學生會很自然地有興趣去探尋鋰離子電池中的材料。這種層層遞進式的啟發(fā)和互動式教學不但能夠增加學生學習的興趣，也可以培養(yǎng)學生獨立思考、主動學習的能力。

2.傳統(tǒng)教學手段與多媒體輔助教學相結合

多媒體技術以其圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的表現(xiàn)使課堂教學達到了全新的境界。在新能源材料的講授中，材料的性能和應用學生容易理解，但對于材料的結構講起來非常抽象。例如，太陽能電池通過板書或者一張圖片很難讓學生對材料的晶體結構有一個正確的認識，因此需要我們老師精心準備多媒體課件，通過三維結構圖片讓學生了解材料中各元素在晶體結構中的占位，讓學生理解晶體結構和材料性能之間的關系，與新能源材料相關的物理化學過程。例如半導體發(fā)光材料中的能級躍遷過程，太陽能電池材料P型半導體、N型半導體的擴散制備，儲氫材料的儲氫過程，鋰離子電池的充放電過程，燃料電池的原理過程等也可以通過動畫實現(xiàn)物理化學過程的可視化，讓學生對微觀過程具有宏觀的認識。對于新能源材料課程，由于信息量大、內容廣，過多地依賴多媒體教學可能會讓學生在短時間內難以消化，因此在教學中對于難度較大的基礎理論部分和原理的學習，板書不可缺少，使學生能夠有充分時間緊跟老師的思維去理解每一個知識點。

3.課堂教學與教師科研相結合

新能源材料中很多是當前科研的研究熱點，目前我校教師進行的科研項目與太陽能電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、LED發(fā)光材料等相關，實驗室擁有多種新能源材料與器件的實物展示，同時又配備一系列的材料制備與測試表征儀器，通過對相關實驗室的參觀便于學生更加立體地了解典型新能源當中關鍵材料的制備技術以及性能研究過程，加深學生對理論知識的了解。鼓勵學有余力的同學加入教師的科研工作中，通過動手實驗加深理解課堂中的理論教學內容。例如在進行鋰離子電池材料的教學時，通過改性獲得不同摻雜、結構、形貌的鋰離子正極材料粉體，制備出鋰離子電池，比較不同摻雜、結構、形貌的正極材料對電池電化學性能的影響規(guī)律，使學生能深刻理解鋰離子電池正極材料的電化學反應機理，使得學生的潛能能夠充分發(fā)揮，提高學習主動性，為畢業(yè)設計及更進一步的深造奠定基礎。

4.教師講授與學生報告相結合

將全班學生分為若干調研小組，每五個人為一組，選擇與新能源材料課程內容相關的選題，就相關選題通過查找國內外科技文獻調研總結目前不同新能源材料的前沿知識，形成調研報告，鍛煉學生閱讀科技文獻的能力，提前為畢業(yè)設計的開展奠定基礎。各小組通過文獻的調研，形成系統(tǒng)的知識，將本組選題提煉做成PPT向全班同學作匯報，授課老師根據(jù)報告提出問題，該組同學進行即時答辯，考查學生對相關知識點的掌握情況。

三、課程考核方式的探索

新能源材料課程的覆蓋面廣、知識點多，應該采取靈活多樣的考核辦法。在成績的評定方式上，我們設定了四項考核內容，第一部分是學生考勤、課堂互動表現(xiàn)和課堂筆記，通過此部分的考核，提高學生的聽課注意力，鍛煉學生提煉課程重點內容的能力；第二部分是根據(jù)每個小組的調研報告、PPT展示、答辯情況打分，鍛煉學生的團隊合作能力、口頭表達能力和應變能力。為了達到鍛煉每個學生的目的，第三部分考核內容為每位學生必須完成一篇不少于3000字的論文，論文題目自擬，任意選擇一種新能源材料，內容涉及該新能源材料從材料到相關器件再到相關領域的應用等。第四部分是傳統(tǒng)的期末考試，考試內容為課程講授的基本內容，專業(yè)性強的理論部分強調定性了解，讓學生對各種新能源材料有個整體的認識。

隨著新能源工程領域的不斷發(fā)展，新能源材料散發(fā)出強大的活力，新能源材料課程的開設緊密結合新能源科學與工程專業(yè)的發(fā)展趨勢，有利于提升本專業(yè)學生的專業(yè)素養(yǎng)，為未來學生從事新能源相關工作奠定理論基礎。根據(jù)新能源科學與工程專業(yè)特點，我們在新能源材料課程的教學過程中對課程內容、教學方法和考核方式等方面進行了初步探討，在今后的教學實踐中，我們還要更加深入地進行改革，不斷優(yōu)化課程內容，改進教學方法，提升教學藝術，使本課程的建設更加科學合理，更好地適應社會對新能源科學與工程專業(yè)人才的需求。

參考文獻：

[1]安春愛，米曉云，柏朝暉.淺談新能源材料與器件專業(yè)建設[J].長春教育學院學報，2012（28）：107-108.

[2]朱福興，李慧娟，李莉.高校增設“學科與專業(yè)導論”課程的探索與展望[J].常熟理工學院學報，2011（12）：33-36.

[3]邱萍，彭玲.淺談使用多媒體教學的利與弊[J].教育與職業(yè)，2008（08）：186-187.

注：本文受到“常州工學院教學改革項目”的資助（項目編號：A3-4403-14-010）。

·編輯 趙飛飛