《新能源材料》課程教學(xué)模式探討與思考

元勇軍 鐘家松 陳大欽

摘要：《新能源材料》是一門綜合性很強(qiáng)的課程，探索更優(yōu)的教學(xué)方法是從事《新能源材料》教學(xué)者永恒的課題。本文主要探討了《新能源材料》課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了深入的剖析，通過(guò)對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)手段的探討，提出了切實(shí)可行的意見和思考。

關(guān)鍵詞：新能源材料；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）22-0182-02

能源危機(jī)是當(dāng)今世界面臨的難題，發(fā)展清潔、可再生的新能源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)[1]。培養(yǎng)新能源領(lǐng)域的高新技術(shù)人才，已經(jīng)成為我國(guó)高校教育的重要目標(biāo)之一。我國(guó)在2010年將“新能源材料與器件專業(yè)”確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)之一[1]?！缎履茉床牧稀氛n程作為新能源及材料類專業(yè)的核心課程之一，將為學(xué)生今后從事能源材料研發(fā)和工作奠定良好的基礎(chǔ)。該課程的內(nèi)容涵蓋范圍廣，需要支撐的基礎(chǔ)理論課多，包括大學(xué)化學(xué)、大學(xué)物理、材料科學(xué)基礎(chǔ)、半導(dǎo)體物理等基礎(chǔ)和專業(yè)課，是一門涉及到材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、與電子科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)交叉的綜合課程[2-5]。目前，國(guó)內(nèi)雖然陸續(xù)有很多高校開設(shè)了新能源相關(guān)的專業(yè)，但是其課程建設(shè)依然滯后。而《新能源材料》課程是新能源專業(yè)最重要的專業(yè)課程，將這門課建設(shè)好具有重要的意義。如何提高《新能源材料》課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)出在新能源材料領(lǐng)域具有研發(fā)和工作能力的技術(shù)人才顯得尤為重要?；诖耍髡吒鶕?jù)自己在《新能源材料》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)《新能源材料》課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)手段進(jìn)行探討和實(shí)踐，提出了切實(shí)可行的意見和思考。

一、《新能源材料》課程存在的主要問(wèn)題

1.教材的選擇。新能源材料是一門新興的學(xué)科，這就決定了它不像材料科學(xué)與基礎(chǔ)、材料工程、材料力學(xué)等材料基礎(chǔ)學(xué)科經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展和篩選而具經(jīng)典又權(quán)威的教材和參考書。雖然已經(jīng)有一些新能源材料教材的出版，但由于編者學(xué)科背景不一樣而導(dǎo)致教材內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)不一樣。近年來(lái)，隨著各種新能源材料的快速發(fā)展，有關(guān)于新能源材料的基本理論、制備方法、結(jié)構(gòu)表征、性能測(cè)試等不同的方面已取得了顯著的進(jìn)步。然而，已有的新能源材料教材中的知識(shí)點(diǎn)更新緩慢，致使最新的研究成果和進(jìn)展不能及時(shí)地補(bǔ)充到教材內(nèi)容中。為了掌握該領(lǐng)域新能源材料最新的知識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)，必須加快教材的出版周期，這也是我們?nèi)w從事新能源材料研究與教學(xué)同仁最為緊迫的一個(gè)問(wèn)題。

2.教學(xué)課時(shí)與內(nèi)容不匹配。《新能源材料》課程涉及到的內(nèi)容涵蓋范圍非常廣，涉及半導(dǎo)體物理學(xué)、光化學(xué)、電化學(xué)等學(xué)科，每一章的內(nèi)容都可以作為單獨(dú)的研究領(lǐng)域。然而，該課程一般只有32學(xué)時(shí)。如何在有限的課時(shí)內(nèi)合理安排教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生獲取更多的理論知識(shí)，是該課程教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

3.課程內(nèi)容跨度大。目前使用的《新能源材料》教材內(nèi)容豐富，涉及到鋰離子電池、太陽(yáng)能電池、染料電池、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換材料、儲(chǔ)能材料、光催化材和半導(dǎo)體照明發(fā)光材料的相關(guān)理論知識(shí)，這些內(nèi)容都可以作為單獨(dú)的領(lǐng)域被研究。對(duì)于任課老師來(lái)說(shuō)，其專長(zhǎng)一般只涉及到某一個(gè)領(lǐng)域，而對(duì)于其他領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)有限。即使任課老師擅長(zhǎng)了某個(gè)研究領(lǐng)域，但對(duì)于該研究領(lǐng)域所有的理論知識(shí)也難于做到面面俱到。比如在太陽(yáng)電池研究領(lǐng)域，目前該研究方向涉及到硅基P-N節(jié)太陽(yáng)電池、染料敏化納米晶太陽(yáng)電池、鈣鈦礦太陽(yáng)電池等多個(gè)研究方向，而同時(shí)掌握了這三種太陽(yáng)電池相關(guān)理論知識(shí)的教師較少。因此，《新能源材料》課程內(nèi)容豐富對(duì)于任課教師來(lái)講是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

二、課程教學(xué)模式探討與實(shí)踐

1.結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化課程內(nèi)容。我們對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科生開設(shè)了《新能源材料》課程，該課程的學(xué)時(shí)是32學(xué)時(shí)。該課程的教學(xué)目標(biāo)是掌握新能源材料基本理論知識(shí)，掌握新能源材料制備方法、結(jié)構(gòu)表征、器件制備工藝和性能測(cè)試的方法，了解新能源材料最新成果和發(fā)展方向。通過(guò)對(duì)幾種《新能源材料》教材的對(duì)比與篩選，結(jié)合學(xué)生專業(yè)的實(shí)際情況，我們選用吳其勝編寫的《新能源材料》為教材[6]。該教材不僅覆蓋了目前新能源材料的基本理論知識(shí)，包括了鋰離子電池材料、金屬氫化物鎳電池材料、太陽(yáng)能電池、燃料電池材料、半導(dǎo)體照明發(fā)光材料及相變儲(chǔ)能材料等新能源材料，同時(shí)對(duì)這些新能源材料的發(fā)展應(yīng)用前景及趨勢(shì)進(jìn)行了說(shuō)明。

2.教學(xué)模式多樣化。使用PPT課件流水線式給學(xué)生灌溉相關(guān)知識(shí)，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。在講到一些重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，適當(dāng)?shù)厥褂冒鍟?，逐步講解，可以使學(xué)生有更多的時(shí)間來(lái)接納和理解知識(shí)內(nèi)容。因此，在教學(xué)過(guò)程中將傳統(tǒng)的板書和多媒體數(shù)字教學(xué)有機(jī)地結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使學(xué)生更容易學(xué)習(xí)到課本上的內(nèi)容。此外，在教學(xué)過(guò)程中，積極開展采用以案例分析為背景的教學(xué)模式，通過(guò)使用豐富的案例地來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.將科研引入課堂。將科研引入課堂，是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力非常有效的方法，也是高等教育最顯著的特點(diǎn)之一。向?qū)W生介紹相關(guān)研究課題組的正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到教師的科研中去，培養(yǎng)自己的科研興趣和能力。實(shí)踐證明，將科研和教學(xué)有機(jī)地結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)立體化的教學(xué)模式，能夠達(dá)到較好的教學(xué)效果。例如，在半導(dǎo)體照明發(fā)光材料章節(jié)中，向?qū)W生現(xiàn)場(chǎng)展示熒光粉、LED燈器件，講解它們的組成、制備工藝以及工作原理。將新能源器件帶入課堂，鍛煉了他們的觀察和分析能力，同時(shí)也讓學(xué)生感覺到學(xué)有所用。

4.考核機(jī)制創(chuàng)新?？己耸歉咝z驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果最重要的一種方式，合理的考核方式不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)還能夠引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和習(xí)慣。在我國(guó)高校中，理論課程的成績(jī)主要由平時(shí)成績(jī)、考試成績(jī)組成，考試成績(jī)通常占總成績(jī)的70%以上。這種考核方法使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中被動(dòng)地接受知識(shí)，難于發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性。在我們的課程中，我們將全班分成為10組，要求每組的同學(xué)提交一份有關(guān)于一種新能源材料最近的研究進(jìn)展，并做一個(gè)10分鐘的PPT報(bào)告，這一項(xiàng)的成績(jī)占總成績(jī)的10%。采用這種考核機(jī)制，不僅可以使得學(xué)生獲得更多的理論知識(shí)，還獲得最前沿的科學(xué)知識(shí)，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

三、對(duì)《新能源材料》課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考和建議

1.團(tuán)隊(duì)教學(xué)模式。《新能源材料》課程內(nèi)容豐富，涉及到物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)及光電子學(xué)等學(xué)科知識(shí)。一位任課教師難于將所有的材料涉及的知識(shí)點(diǎn)講清楚。我院教師目前有教師分別從事于鋰離子電池、太陽(yáng)能電池、發(fā)光材料、光催化材料等新能源材料研究領(lǐng)域。在授課時(shí)，可以以一位教師為主要的任課老師，安排不同的教師講授自己精通的章節(jié)，各教師取長(zhǎng)補(bǔ)短。比如在鋰離子電池和光催化材料章節(jié)時(shí)，分別安排從事鋰離子電池和光催化材料研究的教師講授相應(yīng)的章節(jié)。這種教學(xué)方法可以優(yōu)化教學(xué)方法，完善教學(xué)內(nèi)容，提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

2.增設(shè)《新能源材料》實(shí)驗(yàn)。在開設(shè)了新能源材料課程的高校中，已基本有教師從事鋰離子電池材料、太陽(yáng)能電池、燃料電池材料、半導(dǎo)體照明發(fā)光材料及光催化材料等新能源材料的研究。以這些實(shí)驗(yàn)室為依托，針對(duì)性地開設(shè)有關(guān)新能源材料的制備、表征、器件性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)是可行的。更重要的是，開設(shè)《新能源材料》實(shí)驗(yàn)課，也將提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考能力。

3.強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。我校材料科學(xué)與工程是工科專業(yè)，以培養(yǎng)社會(huì)發(fā)展所需要的應(yīng)用型人才為定位。因此，在教學(xué)中加重實(shí)踐教學(xué)的比例非常重要。在條件成熟的情況下，可以安排學(xué)生進(jìn)入新能源產(chǎn)業(yè)的企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)讓學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，不僅體現(xiàn)著理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)理念，還可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的需要越來(lái)越大，培養(yǎng)從事新能源研發(fā)與生產(chǎn)的技術(shù)人才已成為高校教育的重要目標(biāo)之一?！缎履茉床牧稀氛n程是能源和材料類專業(yè)重要的專業(yè)課程之一，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握新能源材料的基本理論，為將來(lái)的工作奠定基礎(chǔ)。作者通過(guò)對(duì)《新能源材料》課程開課以來(lái)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和思考，并在教學(xué)手段和教學(xué)方法上做了一些探索性的工作，取得了良好的效果。在今后的教學(xué)工作中，還將繼續(xù)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法上進(jìn)行探討和實(shí)踐，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高課程的教學(xué)效果。

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