基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)下的《新能源材料與器件》課程教學(xué)探討與總結(jié)

（上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院 上海 201601）

日益減少的傳統(tǒng)能源消耗和逐漸惡化的環(huán)境問題的日益突出，已對(duì)人類文明社會(huì)的發(fā)展造成了比較嚴(yán)重的威脅，因此開發(fā)新型綠色能源已經(jīng)迫不及待。眾所周知，解決傳統(tǒng)能源危機(jī)與環(huán)境污染的關(guān)鍵核心是新能源材料與器件技術(shù)的突破，可通過新能源技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)新能源材料的轉(zhuǎn)化和利用。我國政府在2010年將“新能源材料與器件專業(yè)”確定為中長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)之一。因此，為新能源領(lǐng)域培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高新技術(shù)人才已經(jīng)迫在眉睫?！缎履茉床牧吓c器件》是材料物理與化學(xué)專業(yè)的核心課程之一，該課程的主要內(nèi)容涵蓋大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、半導(dǎo)體物理及器件等多學(xué)科知識(shí)交叉的綜合課程。

考慮到我們學(xué)校-上海工程技術(shù)大學(xué)本科階段的學(xué)習(xí)目前還沒有設(shè)置新能源材料與器件專業(yè)，但為適應(yīng)我國新能源的開發(fā)利用、新材料的性能和結(jié)構(gòu)研究、節(jié)能環(huán)保及高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，學(xué)院（系）的領(lǐng)導(dǎo)和老師們經(jīng)過多次討論和調(diào)研，結(jié)合到碩士生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)等因素而設(shè)立《新能源材料與器件》這門課程，具有明顯的工科特性。近年來，國內(nèi)一些高校：華東理工大學(xué)、華北電力大學(xué)、東南大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、電子科技大學(xué)等陸續(xù)開設(shè)了新能源相關(guān)的專業(yè)，目前該專業(yè)的建設(shè)還處于起步階段而且其課程建設(shè)依然滯后。針對(duì)上海工程技術(shù)大學(xué)依然沒有開設(shè)與其相關(guān)的本科專業(yè)的情況，并結(jié)合材料工程學(xué)院材料物理與化學(xué)系的專業(yè)性質(zhì)、師資力量和碩士生生源等因素，目前系里開設(shè)了碩士生課程《新能源材料與器件》，而且將其作為必修課。故如何將這門課建設(shè)好是我們當(dāng)下應(yīng)該思考的問題。如何提高《新能源材料與器件》課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)出在新能源材料與器件領(lǐng)域具有創(chuàng)新能力的研發(fā)技術(shù)人才顯得尤為重要。基于此，作者根據(jù)自己在《新能源材料與器件》碩士課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和探索，針對(duì)課程教學(xué)中存在的問題，通過對(duì)教材選取、課程內(nèi)容編排、知識(shí)結(jié)構(gòu)等總結(jié)出了切實(shí)可行的意見和方案。

1 課程授課探討和總結(jié)

1.1 教材選取

新能源材料與器件是個(gè)新興的專業(yè)，且《新能源材料與器件》是一門全新的課程，由于編者學(xué)科背景不一樣致使目前經(jīng)典而又權(quán)威的教材和參考書比較缺乏，不同的教材其主要內(nèi)容、側(cè)重點(diǎn)和涵蓋面均不一樣。然而令人可喜的是，近年來，隨著各種新能源材料與技術(shù)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)表征和性能測(cè)試等不同的方面已取得了顯著的進(jìn)步，一些新能源材料教材中也基本得到了更新，能夠使最新的研究成果和進(jìn)展及時(shí)地補(bǔ)充到教材內(nèi)容中，例如我們選取的王新東主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版的《新能源材料與器件》教材涵蓋了近年來國內(nèi)外一些高校和科研所重點(diǎn)研究的太陽能電池、超級(jí)電容器、鋰離子電池和金屬-空氣電池等材料制備與器件技術(shù)等方面。該教材內(nèi)容豐富，數(shù)據(jù)和理論新穎，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，書中有大量習(xí)題和思考題，并附有新文獻(xiàn)，便于學(xué)生深入學(xué)習(xí)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃

截至目前，我國已經(jīng)有十多所高校陸續(xù)開展了《新能源材料與器件》這門課程，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，在目前已開設(shè)《新能源材料與器件》專業(yè)或者該門課程的高校中，一部分高校偏比較重于物理與器件，他們將新能源材料與器件專業(yè)開設(shè)在物理學(xué)院；一部分高校偏則重于化學(xué)與性能方面的講述與研究，將該專業(yè)在化工學(xué)院開設(shè)；也有一部分高校比較偏重于材料，他們側(cè)重于材料的制備與應(yīng)用，于是他們將新能源材料與器件專業(yè)開設(shè)在材料學(xué)院。上海工程技術(shù)大學(xué)是集理工材與一體的綜合性大學(xué)，因而《新能源材料與器件》這門課程開設(shè)在材料工程學(xué)院。需要提出的是，目前上海工程技術(shù)大學(xué)還未單獨(dú)設(shè)立新能源材料與器件專業(yè)，考慮到材料工程學(xué)院材料物理與化學(xué)專業(yè)的老師（碩導(dǎo)）和碩士研究生主要研究與材料和器件相關(guān)的課題，但是他們的基礎(chǔ)較為薄弱。因此，制定學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃時(shí)，就把《新能源材料與器件》這門課設(shè)置為專業(yè)必修課，32個(gè)課時(shí)。我們?cè)谥贫ㄏ嚓P(guān)理論課程基礎(chǔ)體系時(shí)充分全面考慮了要把學(xué)生培養(yǎng)成能夠具有系統(tǒng)掌握新能源材料、新能源器件設(shè)計(jì)及制造工藝的雄厚基礎(chǔ)、強(qiáng)大能力和志向遠(yuǎn)大的高水平復(fù)合型人才。

新能源材料與器件是我校材料物理與化學(xué)系碩士生的核心課，而且該課程的內(nèi)容與系里大部分老師及碩士生的科研密切相關(guān)。因此在選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)合理安排內(nèi)容的難易程度，本著由易如難，循序漸進(jìn)的教學(xué)方式；對(duì)于本課程的緒論部分，我們可以講目前全球的傳統(tǒng)常規(guī)能源如石油和煤炭等所引起能源危機(jī)和所帶來的環(huán)境污染入手，然后展開講其世界能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，進(jìn)而注重講述中國的傳統(tǒng)能源所面臨的現(xiàn)狀及問題，引出發(fā)展綠色、無污染的綠色可持續(xù)新能源的必要性和迫切性。在具體內(nèi)容的安排和講述方面上，我們所選用的教材主要包括新型燃料電池、新型鋰離子電池、新型太陽能光伏電池（如鈣鈦礦電池、燃料敏化電池）、超級(jí)電容器（如石墨烯基超級(jí)電容器）和金屬-空氣電池等目前研究和應(yīng)用最廣泛的新能源材料體系。對(duì)于章節(jié)的講述，我們應(yīng)該重在對(duì)其基礎(chǔ)理論知識(shí)、工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景這幾方面加以闡述。在讓學(xué)生掌握這些基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，給學(xué)生布置一些關(guān)于新能源材料及技術(shù)的科研文獻(xiàn)的查閱，使學(xué)生實(shí)時(shí)掌握最新的一些研究進(jìn)展，進(jìn)而拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

1.3 教學(xué)形式多樣化

對(duì)于碩士研究生的教學(xué)，課堂教學(xué)模式應(yīng)靈活多樣，不能只拘泥于一種“老師講，學(xué)生聽”的模式。以往老師使用PPT課件填鴨式式給學(xué)生灌溉相關(guān)知識(shí)，老師只管講，完全沒有互動(dòng)，這樣容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。對(duì)于碩士生教學(xué)，一定要把知識(shí)的原理和理論部分進(jìn)行“敲黑板，劃重點(diǎn)”的講，因?yàn)檫@些理論方法通常適用于多種科研工作中，將會(huì)使他們直接在科研中受益。此外，在教學(xué)過程中一定要密切聯(lián)系實(shí)際積極引入案例，通過使用豐富的最新研究成果案例來調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，比如在講到太陽能電池的制備工藝和工作原理時(shí)，考慮到一部分學(xué)生沒有見到過電池片實(shí)物，所以在課堂上拿出實(shí)物以吸引學(xué)生的注意力并對(duì)其工藝、原理和使用等方面激發(fā)他們的好奇心，這樣下來一節(jié)課的效果就非常好。再者，課堂教學(xué)一定要與科研密切相連?？蒲幸胝n堂，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力非常行之有效的方法，尤其對(duì)于碩士生而言，他們每個(gè)同學(xué)都會(huì)有自己的研究課題，在研究過程中都會(huì)有一定的實(shí)驗(yàn)和理論。通過在課堂上同學(xué)們共享的創(chuàng)新科研成果來培養(yǎng)自己的科研興趣，從而激發(fā)學(xué)生的科研潛能。

2 開設(shè)《新能源材料與器件》綜合實(shí)驗(yàn)課

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)具有新能源材料及器件設(shè)計(jì)與制造工藝的人才非常重要的環(huán)節(jié)?！缎履茉床牧吓c器件》綜合實(shí)驗(yàn)課程一般是在學(xué)生掌握《新能源材料與器件》基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的。實(shí)驗(yàn)的開展要本著充分利用學(xué)生所學(xué)的課本知識(shí)和院系里相關(guān)的設(shè)備資源的理念，比如我們?cè)合道镉薪Y(jié)構(gòu)和性能表征設(shè)備：拉曼光譜儀，X-射線衍射儀，紫外-可見光譜儀，傅里葉紅外光譜儀、掃描電鏡和透射電鏡和電化學(xué)工作站等，所以可以給學(xué)生開展石墨烯基（進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行摻雜，復(fù)合等）超級(jí)電容器電極材料及器件的組裝，并對(duì)其制備、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。通過這些動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，一方面可以讓學(xué)生熟練掌握一些制備測(cè)試儀器的用法，另一方面也可以提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力，以及學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。另一方面，針對(duì)學(xué)校（學(xué)院）材料物理與化學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)要求和特色，學(xué)院（系）整合目前的現(xiàn)有資源，在充分利用學(xué)院平臺(tái)現(xiàn)有的制備測(cè)試設(shè)備儀器及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程體系中適當(dāng)?shù)卦黾娱_放性、創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，重點(diǎn)強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

3 考核機(jī)制改革創(chuàng)新

課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定是教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)教師教學(xué)效果，促使教師進(jìn)一步完善改進(jìn)教學(xué)，從而可以更好地達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)效果的主要措施。在我國高?？己梭w系中，最終的考核成績(jī)一般包含卷面成績(jī)和平時(shí)成績(jī)兩部分，其分別占70%和30%.但考慮到新能源材料與器件這門課程的內(nèi)容比較豐富，涵蓋面又比較廣，所以考核時(shí)通過采用多種形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，主要包括平時(shí)成績(jī)（課堂出勤情況、課堂提問表現(xiàn)等）、平時(shí)作業(yè)成績(jī)、期中和期末卷面成績(jī)。我們認(rèn)為對(duì)于碩士研究生的考核，應(yīng)當(dāng)采取更靈活的方式和機(jī)制，題目不能僅僅局限于課堂上所講或課本上的內(nèi)容，而是需要學(xué)生多擴(kuò)展課外閱讀，并深入理解其內(nèi)容才能作答；再者，可以以主觀題的方式來考核，鑒于不同學(xué)生對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)掌握的廣度和深度不同，在題型及題目數(shù)量的考量上，可以設(shè)計(jì)多道問答題，讓學(xué)生自由選擇其中幾道進(jìn)行作答，有利于發(fā)揮學(xué)生各自學(xué)習(xí)特點(diǎn)。比如緊貼時(shí)代新能源發(fā)展的現(xiàn)狀寫論文，或者寫新能源材料最近的研究進(jìn)展，前景預(yù)測(cè)及評(píng)估等，加之平時(shí)的PPT報(bào)告討論等多種形式綜合的考核方式。

學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)?？荚噧?nèi)容的設(shè)置上多采用開放式答案的題目，而這樣促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，避免了考前突擊、死記硬背的情況。考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)的差異性和對(duì)比性

4 結(jié)語

隨著全球傳統(tǒng)能源如煤炭，石油，天然氣等日益減少，導(dǎo)致目前傳統(tǒng)能源已難于滿足人們長(zhǎng)期發(fā)展的需求。全球資源日益枯竭問題和環(huán)境問題成為現(xiàn)階段阻礙人類發(fā)展的絆腳石.大力研究和發(fā)展新能源己成為我國在未來十幾年內(nèi)全面建成小康社會(huì)的十分緊迫任務(wù)。新能源材料及技術(shù)是開發(fā)新能源重要的基礎(chǔ)。培養(yǎng)具有能夠從事新能源研發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)人才已成為高校和科研院所目前所面臨的重要任務(wù)?！缎履茉床牧吓c器件》課程是材料物理與化學(xué)專業(yè)的重要課程，通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生掌握新能源材料與器件的基本理論和技術(shù)，最終成為具有創(chuàng)新意識(shí)和研發(fā)能力的高科技人才。