應(yīng)用型大學(xué)新能源材料與器件綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置與實(shí)踐探討

岳紅偉，陳淑君，鐵偉偉，朱聰旭，李婷婷

(1.許昌學(xué)院新材料與能源學(xué)院，河南 許昌 461000；2 許昌學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌 461000)

新能源材料與器件是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，與工程實(shí)際結(jié)合緊密。因此，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是整個(gè)專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作的重要內(nèi)容，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生將書(shū)本知識(shí)用于生產(chǎn)實(shí)踐、學(xué)以致用，在培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。

許昌學(xué)院新材料與能源學(xué)院是從2017年開(kāi)始招生新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)本科生，其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程已實(shí)施于材料科學(xué)與工程、納米材料與技術(shù)兩個(gè)本科專(zhuān)業(yè)，通過(guò)近幾年的教學(xué)實(shí)踐，我們逐步制定了以應(yīng)用型為核心、適合本科生發(fā)展的實(shí)驗(yàn)課程，以新能源材料制備、器件組裝和性能測(cè)試為基礎(chǔ)，詳細(xì)地介紹了新能源材料及器件相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)使學(xué)生掌握太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、超級(jí)電容器、光催化等新能源材料的制備與測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)思路

基于我校的應(yīng)用型辦學(xué)定位，結(jié)合我院的資源優(yōu)勢(shì)和地方產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求，確定了“厚基礎(chǔ)，凝重點(diǎn)，強(qiáng)實(shí)踐，兼科研，樹(shù)特色，促創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路?！昂窕A(chǔ)”即突出打牢實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的理論知識(shí)；“凝重點(diǎn)”即以能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存技術(shù)為重點(diǎn)；“強(qiáng)實(shí)踐”即加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力；“兼科研”即創(chuàng)建應(yīng)用型和科研型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)行“導(dǎo)師制”，讓本科生參與教師的科研項(xiàng)目研究；“樹(shù)特色”即依托“開(kāi)放平臺(tái)創(chuàng)新實(shí)踐課程”，大力實(shí)施“材料之星”創(chuàng)新人才培育計(jì)劃等；“促創(chuàng)新”即面向本科生開(kāi)放分析測(cè)試中心等各級(jí)科研平臺(tái)，支持他們承擔(dān)或參與各類(lèi)科研實(shí)踐活動(dòng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。

2 綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置

《新能源材料與器件綜合實(shí)驗(yàn)》課程在學(xué)生掌握了《儲(chǔ)能材料與器件》、《能量轉(zhuǎn)換材料與器件》、《現(xiàn)代材料分析測(cè)試技術(shù)》、《基礎(chǔ)電化學(xué)》等理論知識(shí) ，并完成物理類(lèi)和化學(xué)類(lèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，以及《新能源材料與器件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《儀器分析及實(shí)驗(yàn)》的基礎(chǔ)上，選擇具有一定系統(tǒng)性、自主性和拓展性的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其目的是將較為復(fù)雜和抽象的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)變得簡(jiǎn)單化和具體化，同時(shí)也為提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、解決分析實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，以及培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。最后也訓(xùn)練了學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)素養(yǎng)和謙虛嚴(yán)謹(jǐn)、勇于創(chuàng)新的工作作風(fēng)。

由于新能源材料與器件涵蓋面極其廣泛，不可能搞的面面俱到，根據(jù)我院實(shí)際情況，并通過(guò)教研室(科研室)、學(xué)院以及校內(nèi)專(zhuān)家多次研討，我們專(zhuān)業(yè)目前基本確定了三大類(lèi)專(zhuān)業(yè)特色方向:(1)能量轉(zhuǎn)換材料與器件：包括有光電材料的制備與太陽(yáng)能電池的組裝與測(cè)試技術(shù)；(2)儲(chǔ)能材料與器件：熟悉常見(jiàn)儲(chǔ)能器件(鋰離子電池、超級(jí)電容器)材料的制備方法和組裝流程、性能測(cè)試等技能；(3)特殊功能材料：主要內(nèi)容為稀土發(fā)光、光催化等材料的制備及性能測(cè)試。

新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)具體分為兩大模塊，即(1)新能源材料的制備和表征；(2)新能源器件組裝與性能測(cè)試。其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳見(jiàn)表1。

表1 新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)項(xiàng)目

開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程可系統(tǒng)地讓學(xué)生掌握新能源材料及相關(guān)器件從材料選擇制備到器件組裝性能測(cè)試，將最大限度發(fā)揮我院新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器資源，適于應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。

3 實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施及效果

綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)行精細(xì)化管理，提高實(shí)驗(yàn)室儀器的使用效率，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

3.1 實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施

(1) 課前引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)：根據(jù)班級(jí)人數(shù)，把學(xué)生分成4～5人/組。根據(jù)專(zhuān)業(yè)綜合的要求，在實(shí)驗(yàn)講義的參考下，查閱相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理和步驟，以及相關(guān)儀器設(shè)備和原材料。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在預(yù)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)和容易出現(xiàn)問(wèn)題的地方。

(2)課中鼓勵(lì)學(xué)生勤于思考，敢于探討，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，共同完成實(shí)驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)教師解答實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容和注意事項(xiàng)后，學(xué)生根據(jù)自己小組擬定好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選擇相關(guān)儀器設(shè)備和原材料認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)能分析和解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，順利完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。并且能結(jié)合自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)對(duì)不符合預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋。

(3)課后學(xué)生能自主分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的鞏固和深化：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生能自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，認(rèn)真撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。同時(shí)激勵(lì)學(xué)生大膽提出自己的對(duì)目前所學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面的建議和改進(jìn)措施(實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)中已體現(xiàn))，力求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所改進(jìn)或創(chuàng)新。

(4)科學(xué)設(shè)置學(xué)生成績(jī)考核方法，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)總評(píng)成績(jī)新模式。我們的思路是將考核貫穿于學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段，能對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生情況及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)方法。綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括五大塊：課前預(yù)習(xí)成績(jī)占20%，實(shí)驗(yàn)考勤成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)課堂效果成績(jī)占50%，期末考試成績(jī)占20%。其中課前預(yù)習(xí)包括資料查閱、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原理和相關(guān)儀器設(shè)備的預(yù)習(xí)，特別是列出自己在預(yù)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)容易出現(xiàn)問(wèn)題的地方。實(shí)驗(yàn)課堂效果包括實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生之間的交流、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)以及處理分析操作過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)象，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告和相關(guān)數(shù)據(jù)分析等。最后的學(xué)生的期末考試題目采用抽簽制，且對(duì)某一個(gè)實(shí)驗(yàn)給出詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)課程的效果

在本課程的引導(dǎo)下，我院本科生的實(shí)踐教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量明顯提高，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力顯著增強(qiáng)。

3.2.1 培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力

通過(guò)課前的文獻(xiàn)查閱和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)施，學(xué)生們能夠自主學(xué)習(xí)和操作相關(guān)儀器設(shè)備，相互討論，在小組成員的協(xié)作下又能獨(dú)立地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。同時(shí)也讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)中的實(shí)物進(jìn)行一次很好的結(jié)合和對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)和分析，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，又提高了學(xué)生的科研思維能力和歸納總結(jié)能力。

3.2.2 培養(yǎng)本科生使用專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件的技能

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)和使用較多的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)處理分析軟件，如Origin、Jade、Photoshop、CAD和Word辦公軟件等。通過(guò)這些專(zhuān)業(yè)軟件的學(xué)習(xí)，本科生可以熟悉和掌握該軟件的用途和使用方法，對(duì)隨后的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和工作打下一定的軟件使用基礎(chǔ)。

3.2.3 學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力顯著增強(qiáng)

專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)不僅鍛煉了學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的能力，加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握,而且培養(yǎng)了同學(xué)們的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。近年來(lái)，我院在校本科生發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)，在“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽等國(guó)家級(jí)比賽中獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng)。相關(guān)成果已被中國(guó)科學(xué)網(wǎng)、河南教學(xué)報(bào)等主流媒體報(bào)道，并取得了一定的社會(huì)影響。

4 存在的問(wèn)題及建議

近年來(lái)，我們雖然在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方面取得了一定的成果，仍沒(méi)有達(dá)到預(yù)定的效果。主要存在以下問(wèn)題：

4.1 實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍不穩(wěn)定

無(wú)固定的專(zhuān)業(yè)人員從事實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和管理工作，講授實(shí)驗(yàn)課程的教師都有大量的理論教學(xué)。但各位實(shí)驗(yàn)課老師在考慮自身發(fā)展需要的情況下，講授實(shí)驗(yàn)課程一定時(shí)間后，會(huì)逐漸放棄實(shí)驗(yàn)教學(xué)，全身心的投入到理論教學(xué)中，致使實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍人才流失，教學(xué)效果的延續(xù)性較差。因此，學(xué)校需要對(duì)于專(zhuān)職從事實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和管理工作的教師的身份(職稱(chēng))、待遇等問(wèn)題給予一定的政策支持。

4.2 新專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金缺乏

學(xué)校新設(shè)專(zhuān)業(yè)增加，資金緊張，致使相關(guān)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)遲緩，或部分教學(xué)平臺(tái)缺失，無(wú)法保障專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的正常運(yùn)行，影響了該專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)。學(xué)校和學(xué)院應(yīng)爭(zhēng)取加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，滿足新專(zhuān)業(yè)學(xué)生相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

4.3 實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)程度有待提

專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室大多在上課的時(shí)候用，其他時(shí)間都是閑置的，造成大量的儀器設(shè)備和資源浪費(fèi)。需要制定相關(guān)的政策和管理方法，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放，充分利用儀器設(shè)備，鼓勵(lì)其他相關(guān)學(xué)院專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程。

4.4 實(shí)驗(yàn)室信息化程度較低

實(shí)施開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的網(wǎng)上視頻和模擬仿真實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，可讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，有利于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課堂效果和學(xué)習(xí)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

許昌學(xué)院新材料與能源學(xué)院依據(jù)現(xiàn)有的學(xué)科平臺(tái)及科研優(yōu)勢(shì)資源和地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展特色，制定了適合地方應(yīng)用型大學(xué)的新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使其涵蓋新能源產(chǎn)業(yè)“材料-器件-測(cè)試”的各個(gè)環(huán)節(jié)，達(dá)到將該專(zhuān)業(yè)中較為復(fù)雜和抽象的知識(shí)變得更加簡(jiǎn)單和具體的目的，從而促使學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的理解和深化，激發(fā)起學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)的興趣。同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了與地方產(chǎn)業(yè)的有效對(duì)接，自覺(jué)承擔(dān)起服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)的時(shí)代責(zé)任。