新能源科學(xué)與工程專業(yè)《新能源材料學(xué)》教學(xué)方法探索

關(guān)明杰

摘要：《新能源材料學(xué)》是新能源科學(xué)與工程專業(yè)必修課，是該專業(yè)學(xué)習(xí)的學(xué)生必須掌握的材料學(xué)方面的基礎(chǔ)課程。該課程具有知識面廣，專業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)，知識點(diǎn)分散的特點(diǎn)，對教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)方法提出了較高要求。本文對該課程的教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行了教學(xué)方法的創(chuàng)新性探討，提出了提升課程教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)方法。關(guān)鍵詞：新能源材料學(xué)；課程內(nèi)容；教學(xué)方法中圖分類號：G642.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-9324（2018）20-0152-02 《新能源材料學(xué)》是新能源專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-2]，面向本專業(yè)或相關(guān)材料學(xué)專業(yè)的本科生介紹與新能源開發(fā)和利用技術(shù)及儲能等技術(shù)所需的關(guān)鍵材料直接相關(guān)的材料學(xué)知識，包括新能源材料進(jìn)展、新能源材料的主要內(nèi)容，如鋰電池材料技術(shù)、太陽能電池材料技術(shù)、燃料電池材料、生物質(zhì)能材料等。這門課程涉及的專業(yè)領(lǐng)域非常廣，內(nèi)容分散，每一部分都可以自成體系，同時(shí)要從材料學(xué)角度出發(fā)，進(jìn)行材料學(xué)研究的講解，是新能源與材料學(xué)的交叉研究熱點(diǎn)，從課程內(nèi)容規(guī)劃到課堂講授，課后實(shí)驗(yàn)和最終考核一系列環(huán)節(jié)，對教學(xué)方法都提出了新的挑戰(zhàn)。課程教學(xué)需要從教學(xué)方法上不斷創(chuàng)新，才能提升教學(xué)效果。[2-3]本人結(jié)合自己從事《新能源材料學(xué)》教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探索提升本課程教學(xué)效果創(chuàng)新性的教學(xué)方法，以期進(jìn)一步提高本門課程的教學(xué)效果。一、課程教學(xué)目的和要求本課程教學(xué)目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握國內(nèi)外新能源材料領(lǐng)域研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，了解新能源材料的主要內(nèi)容，掌握新能源材料研究的基本理論及方法，熟悉并掌握電池材料的原理和關(guān)鍵能源材料性質(zhì)，了解太陽能、核能及其他能源開發(fā)利用中所需的關(guān)鍵材料的制備及性質(zhì)，從資源和能源高效轉(zhuǎn)化與利用、環(huán)境保護(hù)等方面，思考和解決解決新能源材料的改進(jìn)技術(shù)方案，對新能源材料的創(chuàng)新提供基礎(chǔ)的知識的創(chuàng)新來源。教學(xué)要求是讓學(xué)生了解新能源材料的內(nèi)涵與主要內(nèi)容，熟悉電池材料分類的關(guān)鍵指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)，掌握鋰電池材料、太陽能電池材料、燃料電池材料利用原理、材料性能、制備工藝等；了解生物質(zhì)能材料的形態(tài)轉(zhuǎn)變方式，了解核能、風(fēng)能等其他能源利用新技術(shù)開發(fā)中的核心材料進(jìn)展及性能；掌握新能源材料學(xué)的材料創(chuàng)新思維的運(yùn)用的主要方法。二、課程內(nèi)容的合理規(guī)劃《新能源材料學(xué)》的研究領(lǐng)域涉及內(nèi)容非常廣泛，涉及電化學(xué)、物理學(xué)、太陽能、核物理、天然產(chǎn)物化學(xué)，熱解原理等，且每部分涉及學(xué)科理論自成體系，專業(yè)性強(qiáng)，知識點(diǎn)散，在教學(xué)時(shí)要針對本專業(yè)特色和學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理規(guī)劃。南京林業(yè)大學(xué)新能源科學(xué)與工程系以生物質(zhì)能為主要方向，學(xué)生普遍缺乏電化學(xué)基礎(chǔ)知識，因此在課程內(nèi)容規(guī)劃上對電池類材料的內(nèi)容的比重就要詳細(xì)一些，以夯實(shí)電化學(xué)材料和儲能材料的基礎(chǔ)，在太陽能材料及核能材料則課程內(nèi)容則相對減少，而生物質(zhì)材料這部分為了避免與前面生物質(zhì)能源技術(shù)的相關(guān)課程基礎(chǔ)重復(fù)，生物材料部分側(cè)重于原材料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)方法論的能源化利用技術(shù)所需要的材料學(xué)基礎(chǔ)，天然高分子化學(xué)的內(nèi)容，但總體也占比不大。總體上南京林業(yè)大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)的《新能源材料學(xué)》在電化學(xué)材料上的占比約50%，太陽能、核能、風(fēng)能材料占比為31.25%，生物質(zhì)能材料占比12.5%，前沿材料創(chuàng)新技術(shù)占6.25%，充分考慮了本校新能源科學(xué)與工程專業(yè)方向和學(xué)生的前期知識基礎(chǔ)。三、教學(xué)方法研究1.多媒體互動式與傳統(tǒng)教學(xué)相輔相成。隨著多媒體技術(shù)在教學(xué)上的運(yùn)用，教室里都配備了先進(jìn)的多媒體設(shè)備，為教學(xué)提供了直觀，動態(tài)的視頻資料和演示文稿等教學(xué)手段，為《新能源材料學(xué)》的教學(xué)提供了運(yùn)用先進(jìn)的手段機(jī)會，同時(shí)教學(xué)時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)的板書和講解提供了慢速記憶輸入和整理的過程，直觀快速的媒介傳播和傳統(tǒng)教學(xué)方式共同加深了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和記憶。例如，對電化學(xué)的基本原理中，鋰離子電池的反應(yīng)原理，用動畫演示離子和電子移動，離子在負(fù)極材料中的嵌入和脫除，更直觀和動態(tài)，對電流的產(chǎn)生印象更深刻；同時(shí)，反應(yīng)的方程式不但顯示在圖片上，還需要在黑板上將反應(yīng)過程的方程式書寫出來，展示給學(xué)生這一教學(xué)過程，以便引導(dǎo)學(xué)生們做筆記，并與動畫或視頻資料形成聯(lián)想記憶，對鋰離子電池的原理掌握就容易得多。而《新能源材料學(xué)》中有很多原理，尤其是材料的空間構(gòu)形的差異，如鋰電池材料中磷酸鋰和磷酸鐵鋰在結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致的材料電化學(xué)性能的差異，用口頭講和粉筆畫的方式都無法形成圖像記憶，學(xué)生很難想出材料的空間結(jié)構(gòu)，也無法理解，老師說得再多也不如多媒體教學(xué)手段形象和直觀。因此，根據(jù)課程內(nèi)容大部分為新能源方向較為高端的材料技術(shù)，所以教學(xué)以多媒體手段為主，傳統(tǒng)板書講解為輔，形成多媒體互動式為主，與傳統(tǒng)教學(xué)相輔相成的教學(xué)模式。2.課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合?！缎履茉床牧蠈W(xué)》不僅涉及多種新能源的原理解析，更涉及其中關(guān)鍵材料的性能分析及制備工藝和改進(jìn)方法。因此，材料學(xué)上的各種分析方法的運(yùn)用非常重要，只有對材料性能的評價(jià)體系和方法掌握了才能了解材料，選用材料，改進(jìn)和創(chuàng)新材料。為了加深對新能源關(guān)鍵材料的性能掌握，講授《新能源學(xué)材料學(xué)》課程的同時(shí)，設(shè)置了《新能源材料學(xué)實(shí)驗(yàn)》這門課，以在基本了解和熟悉材料原理的前提下，進(jìn)行材料性能的實(shí)際分析和動手操作。例如對鋰電池材料，堿性電池材料中的正極材料、負(fù)極材料當(dāng)講課時(shí)講到重點(diǎn)時(shí)，不但要求學(xué)生記住材料性質(zhì)，還要求記住分析材料性質(zhì)時(shí)會產(chǎn)生的多種現(xiàn)象的機(jī)理，在實(shí)驗(yàn)操作過程中產(chǎn)生現(xiàn)象和哪些原理有關(guān)，理論授課完成后立即進(jìn)行電極材料的制備及電化性質(zhì)的測量，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)能及時(shí)回想起上課中材料的主要關(guān)鍵點(diǎn)，將課堂理論與實(shí)物和實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，促進(jìn)對新能源材料基本性能的掌握和運(yùn)用。在《新能源材料學(xué)》教學(xué)時(shí)對涉及實(shí)驗(yàn)部分要的理論重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在教學(xué)中都有專門的提示標(biāo)志，便于掌握授課和實(shí)驗(yàn)節(jié)奏，減少重復(fù)知識點(diǎn)的預(yù)習(xí)，記住重點(diǎn)和要點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率。3.考核方式革新?！缎履茉床牧蠈W(xué)》采用平時(shí)成績和終末考試成績的綜合評分制。該課各部分內(nèi)容都自成體系，與其他部分相關(guān)性弱，因此，在每完成一部分內(nèi)容后必須及時(shí)考核，檢查課堂教學(xué)效果。最直接的方式是每部分結(jié)束后的最后一節(jié)課是口頭總結(jié)匯報(bào)，在課堂回答這部分內(nèi)容的知識要點(diǎn)和重點(diǎn)，及時(shí)把知識固化。因此，在平時(shí)成績考核組成中不但有考勤、作業(yè)，還增強(qiáng)了階段性的口頭匯報(bào)，小測試，確保過程教學(xué)的時(shí)效性，以在最終的期末考試中達(dá)到全部通過的目標(biāo)。這不但是對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，也是互動式面對面溝通的提升且有利于提高學(xué)生的口頭表達(dá)能力。總體上，《新能源材料學(xué)》在考核方式上加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際表達(dá)和理解，相對減少平時(shí)網(wǎng)絡(luò)溝通或者機(jī)械式硬性考核，使學(xué)生將過多虛擬不見面的溝通變成面對面的溝通，提高面對面互動式交流的能力，加深對知識內(nèi)容感性的記憶。因?yàn)閷W(xué)生對知識點(diǎn)記憶猶新，提問的水平也得到了提升，課堂氣氛活躍度增加，學(xué)習(xí)積極性提高，最終考試和綜合成績都較好。總之，通過科學(xué)的設(shè)定課程教學(xué)的目的和要求，合理規(guī)劃課程內(nèi)容，不斷創(chuàng)新教學(xué)方式，特別是課堂面對面口頭交流匯報(bào)總結(jié)，實(shí)現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)思維到創(chuàng)新的系統(tǒng)教學(xué)訓(xùn)練，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，加強(qiáng)平時(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容考核的時(shí)效性，提升學(xué)生主動思維創(chuàng)新能力，為新能源科學(xué)與工程后序能源技術(shù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的材料學(xué)基礎(chǔ)，為新能源產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)一批有能力，敢于創(chuàng)新的新能源材料專業(yè)人才，實(shí)現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展奠定了很好的課程教學(xué)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：[1]張霞，吳其勝，等.新能源材料[M].華東理工大學(xué)出版社，2012.[2]陳登宇.新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究[J].科教文匯（下旬刊），2015，（1）：61-62.[3]萬春鋒.淺談高校教師的教學(xué)方法與教學(xué)藝術(shù)[J].職業(yè)技術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