新能源導(dǎo)論課程教學(xué)模式探索

摘要：文章結(jié)合新能源材料與器件專業(yè)特點(diǎn)，針對(duì)新能源導(dǎo)論課程課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，從新能源導(dǎo)論的課程內(nèi)容設(shè)置、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課外實(shí)踐、課程考核等方面進(jìn)行探索，并提出一些見解，旨在實(shí)現(xiàn)新能源導(dǎo)論課程教學(xué)方法的創(chuàng)新和教學(xué)效果的增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：新能源導(dǎo)論；課程改革；教學(xué)探索

新能源材料與器件專業(yè)是基于適應(yīng)我國新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，秉承新能源器件關(guān)鍵材料與技術(shù)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展理念而設(shè)立的。近年來，安徽及周邊省市新能源行業(yè)的迅猛發(fā)展帶來了極大的人才缺口，因此開辦新能源與材料器件專業(yè)勢在必行。池州學(xué)院于2020年申請(qǐng)并成功獲批新能源材料與器件專業(yè)，于2021年秋季開始第一屆本科招生。本專業(yè)以地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要為牽引，構(gòu)建了“較寬專業(yè)基礎(chǔ)+特色專業(yè)課+實(shí)踐能力+綜合素質(zhì)+創(chuàng)新能力”的建設(shè)與發(fā)展思路，以培養(yǎng)高素質(zhì)新能源材料與器件專業(yè)的“應(yīng)用創(chuàng)新型人才”為目標(biāo)，深入開展以提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為核心的培養(yǎng)模式。

新能源導(dǎo)論是池州學(xué)院新能源材料與器件專業(yè)的入門核心課程，聚集了新能源材料與器件領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和理論、最新的方法和技術(shù)及器件化應(yīng)用。根據(jù)池州學(xué)院人才培養(yǎng)方案以及課程大綱要求，該課程的主要目的是系統(tǒng)地學(xué)習(xí)新能源材料與器件基本理論、基本知識(shí)和工程技術(shù)技能，掌握新能源材料組成、結(jié)構(gòu)、性能的測試技術(shù)與分析方法，以及新材料在能源轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程，可以拓寬知識(shí)面，提高實(shí)踐技能與創(chuàng)新能力，為成為新能源科學(xué)與技術(shù)發(fā)展所需的合格和創(chuàng)新型人才奠定理論知識(shí)基礎(chǔ)。筆者通過兩年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合池州學(xué)院新能源材料與器件專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，淺談新能源材料導(dǎo)論在課程內(nèi)容設(shè)置、課堂教學(xué)、課外實(shí)踐等方面的體會(huì)和探索，以期為培養(yǎng)新能源材料與器件專業(yè)應(yīng)用研究型人才奠定基礎(chǔ)。

一、新能源導(dǎo)論課程內(nèi)容設(shè)置

新能源導(dǎo)論作為新能源材料與器件專業(yè)的概述課程，涵蓋了新能源材料與器件的基本概念、原理及最新的研究進(jìn)展和應(yīng)用示例。池州學(xué)院的新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)方向主要分為兩個(gè)模塊，分別是化學(xué)電源方向和半導(dǎo)體器件方向。由于池州學(xué)院在大三年級(jí)會(huì)按照學(xué)生的興趣進(jìn)行專業(yè)方向分流，所以在大二下學(xué)期開設(shè)新能源導(dǎo)論課程，為學(xué)生在專業(yè)方向的選擇上提供了有力的理論支持和興趣引導(dǎo)。基于此，在教材的選擇上，教學(xué)內(nèi)容必須涵蓋化學(xué)電源和半導(dǎo)體兩個(gè)方向。筆者經(jīng)過甄選，以胡覺主編的《新能源材料與器件概論》作為參考教材。在課程內(nèi)容方面，化學(xué)電源方向主要教學(xué)鋰離子電池及材料，包括鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵材料及可持續(xù)回收技術(shù)，鋰硫電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理及性能提升策略，燃料電池的工作原理及關(guān)鍵材料等內(nèi)容；半導(dǎo)體器件方向涉及硅基太陽能電池原理及關(guān)鍵材料，超級(jí)電容器工作原理及關(guān)鍵材料等內(nèi)容。

就知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力而言，學(xué)生在前幾個(gè)學(xué)期中已經(jīng)學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)和大學(xué)物理等課程，對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)性知識(shí)已經(jīng)有所了解。因此，筆者認(rèn)為在課程內(nèi)容設(shè)置的過程中，需要重點(diǎn)介紹新能源材料與器件的理論原理、設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用，這涉及多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用。例如，在講授太陽能電池這一部分內(nèi)容時(shí)，教師僅僅引導(dǎo)學(xué)生初步了解太陽能電池的定義和類型還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更重要的是讓學(xué)生能夠理解太陽能電池的組成結(jié)構(gòu)和工作原理。這就要求教師在太陽能電池物理基礎(chǔ)部分的授課過程中，重點(diǎn)講授太陽能電池的結(jié)構(gòu)組成及其導(dǎo)電機(jī)制，如P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體、p-n結(jié)的形成機(jī)制、光伏效應(yīng)等內(nèi)容。此外，隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，新能源技術(shù)和材料更新速度較快，課程內(nèi)容需要及時(shí)更新，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

二、新能源導(dǎo)論課堂理論教學(xué)

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式面臨著許多挑戰(zhàn)，探索優(yōu)化課堂教學(xué)的方法，提高教學(xué)效率和學(xué)生的參與度是教師亟待解決的問題?；谔岣邔W(xué)生課堂的參與度，筆者在近幾年的授課中，摸索出一種較為有效的方式，即“獎(jiǎng)懲式+創(chuàng)新式”問答。“獎(jiǎng)懲式”問答和傳統(tǒng)式教學(xué)問答既存在一定的聯(lián)系，又存在一定的區(qū)別，但更多的是創(chuàng)新。共同點(diǎn)在于若是學(xué)生正確回答問題，可在平時(shí)成績上獲得一定加分；區(qū)別則在于傳統(tǒng)式問答是平時(shí)成績不加分或者扣分。在該過程中，筆者采取的方式是根據(jù)近期學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，布置一個(gè)任務(wù)來提高學(xué)生的思考能動(dòng)性。例如，教師在講授太陽能電池光電轉(zhuǎn)換理論基礎(chǔ)內(nèi)容的過程中，可以讓學(xué)生利用相關(guān)軟件設(shè)計(jì)出太陽能電池的工作原理圖，并在下次課堂中，由該學(xué)生為大家講述。這種方式不僅有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的課堂參與積極性，還能促進(jìn)學(xué)生深入理解該部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

此外，翻轉(zhuǎn)課堂是實(shí)現(xiàn)混合式教學(xué)的有效方式，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。筆者認(rèn)為，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生在課堂外完成知識(shí)學(xué)習(xí)，在課堂內(nèi)則進(jìn)行更高質(zhì)量的互動(dòng)，從而更加高效地利用課堂時(shí)間。在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生在課前通過教師提供的在線視頻、講座、閱讀等方式學(xué)習(xí)新知識(shí)，然后在課堂上詳細(xì)講解。這種模式促進(jìn)了師生之間、生生之間的互動(dòng)，有助于學(xué)生深化理解和應(yīng)用這些知識(shí)。

三、新能源導(dǎo)論課堂實(shí)踐教學(xué)

為了加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，池州學(xué)院按照教育部工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置實(shí)踐教學(xué)課程體系，開設(shè)了新能源材料與器件方面的專業(yè)實(shí)驗(yàn)。本課程的課堂實(shí)踐教學(xué)是筆者和教研室成員共同確定的以氫氧燃料電池系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)為代表新能源器件上進(jìn)行的。例如，在光伏電池的輸出特性實(shí)驗(yàn)過程，筆者利用光伏電池組件光源跟蹤手動(dòng)控制程序，在光伏供電控制單元上調(diào)節(jié)光伏供電裝置的擺桿處于垂直狀態(tài)。然后，分別按下向東、向西、向南、向北的按鈕，調(diào)節(jié)光伏電池方陣的位置，使光伏電池方陣正對(duì)著投射燈，通過測定光伏電池的負(fù)載R的阻值從0逐漸變化到無窮大時(shí)，可以得到光伏電池的輸出特性曲線，即光伏電池的I-V特性曲線。新能源導(dǎo)論課堂實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用已學(xué)到的理論知識(shí)，綜合處理實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，提高分析問題和解決問題的能力，為今后的實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。綜上所述，課堂實(shí)踐教學(xué)具有非常重要的意義，它能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)素質(zhì)。

四、新能源導(dǎo)論課外實(shí)踐

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。工業(yè)見習(xí)是高校理工科專業(yè)重要的課外實(shí)踐環(huán)節(jié)，是專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置的重要組成部分，是對(duì)理論教學(xué)的完善和補(bǔ)充。因此，池州學(xué)院在大二年級(jí)下半學(xué)期會(huì)統(tǒng)一安排新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生進(jìn)入相關(guān)企業(yè)參觀學(xué)習(xí)。筆者認(rèn)為，教師應(yīng)從以下方面加強(qiáng)學(xué)生的課外實(shí)踐環(huán)節(jié)：一是針對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)新能源技術(shù)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型工程人才的需求，參考企業(yè)生產(chǎn)流程開發(fā)適合教學(xué)實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)課程，提高學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐的能力；二是開設(shè)新能源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)等方面的講座，拓寬學(xué)生的視野；三是構(gòu)建校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，校企協(xié)同育人是應(yīng)用型院校優(yōu)化人才培養(yǎng)模式、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要理念與有效途徑。在學(xué)生意愿和條件允許的前提下，學(xué)校安排學(xué)生進(jìn)入相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí)。在企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)歷，學(xué)生能深入了解行業(yè)動(dòng)態(tài)、企業(yè)需求及實(shí)際工作流程，增強(qiáng)解決實(shí)際問題的能力。通過參與企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，提高動(dòng)手能力和實(shí)際操作水平。這種實(shí)踐能力的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生畢業(yè)后快速適應(yīng)職場具有重要意義，使學(xué)生能夠在工作中迅速展現(xiàn)出自己的價(jià)值。

此外，池州學(xué)院在新能源材料與器件人才培養(yǎng)方案中設(shè)置“第二課堂”平臺(tái)。通過學(xué)習(xí)“第一課堂”的基礎(chǔ)自然科學(xué)課程、專業(yè)核心課程及相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以為后續(xù)的課內(nèi)外實(shí)踐課程奠定扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)。通過第二課堂，學(xué)生可以得到更多實(shí)踐機(jī)會(huì)，提高實(shí)際操作技能。例如，池州學(xué)院設(shè)立的新材料科技協(xié)會(huì)即為新能源材料與器件專業(yè)的第二課堂之一，該協(xié)會(huì)以“化學(xué)點(diǎn)亮生活，科技引領(lǐng)未來”的協(xié)會(huì)宗旨，舉辦有創(chuàng)新意義的活動(dòng)，開展豐富有趣的第二課堂。學(xué)生參加協(xié)會(huì)舉辦的科技活動(dòng)，可以鍛煉創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，讓知識(shí)得到實(shí)踐，充分激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐熱情。綜上所述，第二課堂是第一課堂的延伸和補(bǔ)充，學(xué)生通過第二課堂，可以拓展知識(shí)面，提升綜合素質(zhì)。

五、課程考核

課程考核作為檢驗(yàn)學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)能力、獲取實(shí)際技能的一種手段，對(duì)實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新和實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才具有重要作用。因此，建立綜合評(píng)定新能源導(dǎo)論課程的多元立體評(píng)價(jià)體系勢在必行。池州學(xué)院考試科目的成績由考試成績的70%與平時(shí)成績的30%組成，這樣的方式使得卷面成績占據(jù)主導(dǎo)，導(dǎo)致部分學(xué)生通過考前突擊的方式獲得高分。但是，卷面成績不能全部代表學(xué)生所獲得知識(shí)的程度。此外，這種應(yīng)試教育的考核模式不僅枯燥無味，而且不利于素質(zhì)教育的發(fā)展和學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)問答和計(jì)算考試題型的不足，且進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，筆者在期末考試試卷中通常會(huì)設(shè)置一道開放題。開放題型不預(yù)先給定參考答案，沒有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生可以自由表達(dá)自己的意見和看法，這有助于教師收集到更多、更真實(shí)的信息，特別是對(duì)那些無法簡化的復(fù)雜問題，開放題型則更為適用?。不僅如此，開放題型通常能提供比封閉題型更多的信息，有時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)一些超出預(yù)料的、具有啟發(fā)性的回答，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。

六、結(jié)語

新能源導(dǎo)論課程內(nèi)容豐富，且知識(shí)更新速度快，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從課程內(nèi)容設(shè)置、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課外實(shí)踐及課程考核等方面進(jìn)行了探討，希望能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新能源材料與器件專業(yè)相關(guān)課程產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課程的教學(xué)效果。

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基金項(xiàng)目：2023年度安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目“新能源材料與器件新建專業(yè)質(zhì)量提升項(xiàng)目”，項(xiàng)目編號(hào)：2023xjzlts080。