新能源材料導(dǎo)論教學(xué)改革初探

黎應(yīng)芬 呂夢(mèng)嵐

摘 要 新能源材料導(dǎo)論是新能源材料與器件專業(yè)的一門必修導(dǎo)論課。本文結(jié)合新能源材料與器件的專業(yè)特點(diǎn)，對(duì)新能源材料導(dǎo)論的課程內(nèi)容設(shè)置、課堂教學(xué)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)分別進(jìn)行了討論。通過(guò)教學(xué)改革提高學(xué)生對(duì)新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)科發(fā)展、就業(yè)前景、社會(huì)效應(yīng)的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 新能源材料 新能源器件 學(xué)科導(dǎo)論課 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.06.045

Preliminary Exploration on Teaching Reform of

Introduction to New Energy Materials

LI Yingfen， LV Menglan

（Guizhou Institute of Technology， College of Material and Metallurgy Engineering， Guiyang， Guizhou 510003）

Abstract "Introduction to New Energy Materials" is a compulsory introduction course for new energy materials and devices. Based on the special features of new energy materials and devices， this article discusses the curriculum content setting， classroom teaching and cognizing practice of "Introduction to New Energy Materials". Through teaching reforms， students' understanding of subject development， employment prospects， and social effects of new energy materials and devices will be improved.

Keywords new energy material； new energy devices； introduction to discipline； teaching reform

隨著石油、煤炭、天然氣等化石能源逐漸減少及其環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出，新能源技術(shù)成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。按照學(xué)科專業(yè)分類，新能源分為物理新能源和化學(xué)新能源，其中物理新能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、潮汐能等，而化學(xué)新能源包括氫能、生物質(zhì)能、電化學(xué)能源等。在新能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，新能源材料是新能源器件的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，材料的性能不僅決定著新能源器件的能量容量和能量轉(zhuǎn)換效率，而且影響新能源技術(shù)的投資運(yùn)營(yíng)成本。

目前，我國(guó)已經(jīng)成為了新能源技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)大國(guó)，我國(guó)（包括臺(tái)灣在內(nèi)）的晶體硅太陽(yáng)能電池產(chǎn)能占據(jù)全球市場(chǎng)60 %，基于鋰離子電池和鎳氫電池的新能源汽車產(chǎn)業(yè)也走在世界前列，先后涌現(xiàn)出了比亞迪、寧德時(shí)代、科力遠(yuǎn)、尚德、天合光能、漢能等一批優(yōu)秀的新能源企業(yè)；但是我國(guó)的新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)存在著“大而不強(qiáng)”的弱點(diǎn)，關(guān)鍵材料、關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)依然受控于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，這嚴(yán)重制約著我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)布局，我國(guó)于2010年新設(shè)立了新能源材料與器件專業(yè)，以便滿足新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)新能源材料與器件專業(yè)人才的需求；目前，中南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)知名“985工程”院校都已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)設(shè)新能源材料與器件專業(yè)。貴州理工學(xué)院于2016年成功獲批新能源材料與器件專業(yè)，并且于2016年高考正式開(kāi)始招生。

新能源材料與器件是一個(gè)多學(xué)科交叉性、覆蓋面甚廣的專業(yè)，其涵蓋了物理、化學(xué)、生物、電子、電氣等基礎(chǔ)學(xué)科。盡管在每年的新生入學(xué)教育中，我校都會(huì)對(duì)本專業(yè)的基本情況作簡(jiǎn)要介紹，但是無(wú)法滿足新生對(duì)本學(xué)科專業(yè)的認(rèn)知度，因此為本科生開(kāi)設(shè)新能源材料導(dǎo)論顯得十分重要。該課程主要是使學(xué)生對(duì)本專業(yè)的發(fā)展背景、社會(huì)效應(yīng)、知識(shí)基礎(chǔ)、專業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展方向、就業(yè)前景有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)和了解，為日后基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)、繼續(xù)深造、以及就業(yè)起到鋪墊作用。本文根據(jù)近幾年，筆者在新能源材料導(dǎo)論的授課經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)置、課堂教學(xué)、課外教學(xué)等方面討論了新能源材料導(dǎo)論教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并提出了一些改進(jìn)的建議。

1 新能源材料導(dǎo)論課程改革的必要性

新能源材料與器件是一門新增列的學(xué)科專業(yè)。在其開(kāi)設(shè)之前，大多數(shù)高等理工院校都有新能源材料這個(gè)研究方向，但是基本上根據(jù)新能源材料的類別與學(xué)校自身學(xué)科專業(yè)的結(jié)構(gòu)，作為材料科學(xué)與工程、冶金工程、化學(xué)工程與工藝、化學(xué)、物理等傳統(tǒng)學(xué)科的一個(gè)研究方向。

自從新能源材料與器件作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科專業(yè)開(kāi)設(shè)以后，既整合了原來(lái)各個(gè)傳統(tǒng)專業(yè)的學(xué)科資源，又為新能源材料與器件的人才培養(yǎng)方案規(guī)劃提供了新挑戰(zhàn)；因而，開(kāi)設(shè)新能源材料導(dǎo)論顯得尤其重要，對(duì)新能源材料導(dǎo)論進(jìn)行教學(xué)改革既是培養(yǎng)方案規(guī)劃的一部分內(nèi)容，也是培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型理工科人才的必然要求。

2 新能源材料導(dǎo)論課程內(nèi)容設(shè)置

新能源材料導(dǎo)論作為新能源材料與器件專業(yè)的導(dǎo)論課程，它是一門集引導(dǎo)性、專業(yè)性、綜合性、發(fā)展性的專業(yè)課程。它是基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過(guò)渡的紐帶課程，對(duì)于人才培養(yǎng)起到承上啟下的作用。所以在課程內(nèi)容設(shè)置過(guò)程，不僅要考慮到學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知能力，還要照顧學(xué)科專業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與前沿動(dòng)態(tài)。

我校是在大一階段就開(kāi)設(shè)新能源材料導(dǎo)論，就知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知能力而言，學(xué)生的化學(xué)和物理基礎(chǔ)知識(shí)水平只停留在高中階段，所以我們?cè)谡n程內(nèi)容設(shè)置方面都是重點(diǎn)講解某一個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展概況、社會(huì)效應(yīng)以及所需要的基礎(chǔ)知識(shí)，以便使學(xué)生在日后的基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)過(guò)程中把握好學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，做到有的放矢；例如：在講述晶硅太陽(yáng)能電池材料這一章時(shí)，我們主要講解太陽(yáng)能電池材料的類型、我國(guó)太陽(yáng)能電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況、我國(guó)光伏技術(shù)的國(guó)際地位、以及光伏產(chǎn)業(yè)所涉及的產(chǎn)業(yè)鏈，而關(guān)于光伏發(fā)電技術(shù)所涉及到的半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理等專業(yè)性比較強(qiáng)的知識(shí)，我們知識(shí)做引導(dǎo)性的介紹。

新能源材料科學(xué)的發(fā)展日新月異，它帶有濃重的綜合性和前沿科學(xué)特點(diǎn)。在內(nèi)容上，我們主要開(kāi)設(shè)了能源概述、太陽(yáng)能電池材料、儲(chǔ)氫材料、燃料電池材料、生物質(zhì)能源材料、鋰離子電池材料、鈉離子電池材料以及超級(jí)電容器電極材料等八章內(nèi)容。另外，在編寫教案和制作多媒體課件時(shí)，我們會(huì)根據(jù)學(xué)科的發(fā)展及時(shí)更新授課內(nèi)容，把目前最新的科研成果介紹給學(xué)生，讓科研走進(jìn)課堂，這既做到了與時(shí)俱進(jìn)，也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

3 新能源材料導(dǎo)論課堂教學(xué)

由于新能源材料導(dǎo)論是一門綜合性課程，它同時(shí)涵蓋了新能源材料領(lǐng)域的大多數(shù)材料，所以我校結(jié)合新能源材料與器件教研室的師資情況，把新能源材料導(dǎo)論分為物理新能源、化學(xué)新能源、生物新能源三個(gè)模塊，由三位老師組成的教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)自己的科研方向進(jìn)行講述，從而形成團(tuán)隊(duì)化教學(xué)模式；共計(jì)授課18學(xué)時(shí)，每個(gè)授課模塊講授6學(xué)時(shí)，以課堂授課為主，課外參觀認(rèn)識(shí)為輔。

為了激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，加深學(xué)生對(duì)新能源材料的認(rèn)知程度。我們改變了過(guò)去那種“滿堂灌”的教學(xué)方式，而改為“混合式”教學(xué)模式。在每章書的講解前先給學(xué)生分配預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生以分組的形式查閱某種新能源材料的相關(guān)資料，對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行分析、評(píng)述、總結(jié)，并以多媒體課件形式寫成閱讀報(bào)告；課堂上，首先是由授課老師先對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展背景、基本原理、產(chǎn)業(yè)技術(shù)、科研概況進(jìn)行介紹，然后每組在上臺(tái)向大家講述自己準(zhǔn)備的閱讀報(bào)告，并進(jìn)行課堂討論。從而形成以專題為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)方式。這種教學(xué)方式不僅活躍的課堂教學(xué)的氣氛，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、查閱文獻(xiàn)、撰寫報(bào)告和演講水平；能夠很大程度地提高綜合素質(zhì)，為以后的就業(yè)和繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。

4 新能源材料導(dǎo)論課外教學(xué)

對(duì)于課堂教學(xué)，我們只能從理論上、常識(shí)上給學(xué)生帶來(lái)感官上的認(rèn)識(shí)，所以剛剛從高中上來(lái)的本科生對(duì)于專業(yè)性的知識(shí)普遍都會(huì)感覺(jué)到比較抽象。如果沒(méi)有課外參觀認(rèn)識(shí)教學(xué)，新能源材料導(dǎo)論的教學(xué)效果將會(huì)大打折扣，更不利于后續(xù)課程的教學(xué)。

為了配合新能源材料導(dǎo)論的教學(xué)，我們?cè)趯W(xué)校給學(xué)生上完理論課后，安排了2天時(shí)間的參觀認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)。一方面是在我校的新能源材料研發(fā)中心對(duì)新能源材料與新能源器件的研發(fā)過(guò)程做簡(jiǎn)要介紹；另一方面我校會(huì)統(tǒng)一安排學(xué)生到貴陽(yáng)市貴安新區(qū)工業(yè)園進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，并與奇瑞新能源汽車貴州分公司、阿特斯太陽(yáng)能科技公司等多家本土新能源及新能源汽車企業(yè)簽訂了課外教學(xué)基地協(xié)議，以方便我校的課外教學(xué)工作，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)新能源技術(shù)的認(rèn)知水平。同時(shí)，為了提高老師們的科技成果轉(zhuǎn)化、工程教學(xué)能力，我校就產(chǎn)品研發(fā)與上述新能源企業(yè)開(kāi)展廣泛的產(chǎn)學(xué)研合作。從而達(dá)到了教學(xué)促進(jìn)科研、科研反哺教學(xué)的效果。

經(jīng)過(guò)近幾年的教學(xué)實(shí)踐證明，通過(guò)校企合作的方式推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，既提高了學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和企業(yè)對(duì)學(xué)生的認(rèn)同感，又為我校教師的科研工作搭建了良好的平臺(tái)，從真正意義上做到了“產(chǎn)學(xué)研育人”。

5 新能源材料導(dǎo)論課程考核方式

課程的考核是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和教學(xué)效果的一種評(píng)價(jià)手段。傳統(tǒng)的課程教學(xué)考核方式總是停留在“課堂授課-布置作業(yè)-期末考試”的單調(diào)模式，這種源自應(yīng)試教育的考核模式不僅枯燥無(wú)味，而且嚴(yán)重違背了素質(zhì)教育的初衷和要求，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。所以教學(xué)改革要同時(shí)對(duì)課程授課方式和課程考核方式進(jìn)行改革。

新能源材料導(dǎo)論作為一門專業(yè)引導(dǎo)性課程，其考核方式應(yīng)該既要實(shí)事求是，又要做到靈活多變?；谠撜n程的特點(diǎn)，我校的考核方式按照平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)各占50 %進(jìn)行分配；其中平時(shí)成績(jī)由10 %出勤率、10 %課堂表現(xiàn)、30 %專題報(bào)告組成；由于考慮到專題報(bào)告在資料查閱、信息的分析和匯總過(guò)程的任務(wù)繁重，所以在平時(shí)成績(jī)中以專題報(bào)告的比重最高；而期末考試則以開(kāi)卷考試方式進(jìn)行，這種平時(shí)與期末相結(jié)合的考核方式既實(shí)實(shí)在在地考查了學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)情況和質(zhì)量，又使得課程考核方式做到靈活多樣。

經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐，證明豐富多樣的課程考核方式對(duì)新能源材料導(dǎo)論的教學(xué)起到了促進(jìn)作用。對(duì)傳統(tǒng)的考核方式改革以后，采取新的考核方式能夠大大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、活躍了教學(xué)氣氛，同時(shí)也提高了新能源材料導(dǎo)論的教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生對(duì)本課程的認(rèn)知和認(rèn)同程度。

6 結(jié)論

新能源材料與器件是一門在國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)布局下應(yīng)運(yùn)而生的新專業(yè)。新能源材料導(dǎo)論是該專業(yè)的引導(dǎo)性課程，盡管本文在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、課堂教學(xué)以及課外教學(xué)等方面做了一些探討，但是作為一門綜合性、前沿性、交叉性的課程，它還有很多教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念方面的工作需要廣大教師做更深一步的探索。

*通訊作者：呂夢(mèng)嵐

基金項(xiàng)目：貴州理工學(xué)院教育教學(xué)改革研究青年項(xiàng)目 （2015QNXM15）、貴州省普通本科高校自然科學(xué)類科技拔尖人才支持計(jì)劃項(xiàng)目（黔教合KY字[2017]082）

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