《能源材料導論》課程教學實踐與探索

陶雪鈺++范賀良++朱亞波

摘 要：基于國家能源發展戰略的需要，中國礦業大學材料科學與工程專業（能源材料方向）于2010年被批準為國家特色專業，《能源材料導論》是該特色專業的核心課程。該文在課程體系的構建、多媒體建設、教學方法及考核方式等方面進行了探討，以提高該課程的教學質量和效果。

關鍵詞：能源材料 課程體系構建 教學質量 國家特色專業

中圖分類號：TD350.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（b）-0173-02

在近期召開的中央財經領導小組會議上，國家主席習近平提出要推動能源四項“革命”，一是推動能源消費革命，抑制不合理能源消費。二是推動能源供給革命，建立多元供應體系。三是推動能源技術革命，帶動產業升級。四是推動能源體制革命，打通能源發展快車道。針對此次的能源安全戰略，真正地體會到了中央的良苦用心和戰略考慮。

能源和材料是支撐當今人類文明和保障社會發展的最重要的物質基礎，隨著能源和環境問題的日益惡化，傳統能源結構已經難以滿足人類社會的發展要求。學者們普遍認為，解決能源危機的關鍵是能源材料尤其是新能源材料技術的突破。我國能源科學發展的指導思想是[1]：從支撐國家可持續發展的高度出發，緊密結合我國能源資源特點和需求，關注全球氣候變化，立足能源科學與能源技術的學科基礎，豐富和發展能源科學的內涵，加強基礎研究與人才培養，構筑面向未來的能源科學學科體系，形成布局合理的基礎研究隊伍，為我國社會、經濟、環境的和諧發展提供能源科學技術的支撐。自《中化人民共和國可再生能源法》頒布以來，我國已初步確立了可再生能源的政策支持框架，并出臺了一系列配套政策和細則。這些政策出臺落實后，我國可再生能源取得了突飛猛進的發展，各類可再生能源增長迅速。可再生能源有望在優化能源結構、改善生態環境、建設資源節約型和環境友好型社會等方面發揮重大作用。

國外已有一些知名的院校開設了新能源的本科專業[2]，如2005年俄勒岡州科技學院在美國率先開辦了可再生能源四年大學本科學位課程；2006年，紐約州立大學canton分校開辦了四年制的可再生替代能源專業；2008年9月份，伊利諾斯州立大學建立四年制的可再生能源專業；著名的美國哈佛大學、日本東京大學、瑞典皇家工學院等都設有能源材料研究機構。隨著全球能源結構的變化，對于新能源方面的人才需求的不斷增加，世界各高校將會有更多的高校開辦相應的專業。國內尚缺乏專門的新能源的專業。為適應時代的需要，為國家培養這一新興產業的專業人才，教育部2010年7月批準在浙江大學、華中科技大學、西安交通大學、河海大學及中南大學等十一所高校設立新能源科學與工程專業，清華大學、北京大學、北京有色金屬研究總院等在生物質能與核材料、先進電池材料、儲能材料方面已經形成明顯優勢。

通過以上分析，可以看到國內外科研及教學機構對新能源材料及相關科學技術的重視程度。本課程《能源材料導論》作為中國礦業大學材料科學與工程特色專業（能源材料方向）的核心課程，首先考慮不斷把新能源材料科研方面的最新成果與進展引入到課堂，當然教學中還要充分考慮學生本身已有的知識結構和他們的接受能力。需要授課教師在內容選擇上深入淺出、課件制作上簡單明了、講授語言上通俗易懂，同時通過自身不斷學習補充新知識，讓學生多了解新能源材料的最新研究動態，最終培養學生學習的積極性，對能源材料及相關知識產生濃厚的興趣。

1 《能源材料導論》課程存在的主要問題

中國礦業大學作為一所以礦物能源為特色的教育部直屬重點建設高校，其中的地質、巖土、勘探、礦物材料、礦業安全等專業領域與能源材料及相關技術都有著不可割舍的聯系。2010年，材料科學與工程專業（能源材料方向）被批準為國家特色專業，《能源材料導論》是該特色專業的核心課程。此次新專業方向的設置，就是為了響應國家戰略性新興產業發展對高素質專業人才的需求。但是作為新開課程，還存在一些不足，主要問題可歸納為以下幾點。

（1）課程體系不夠完善成熟。由于本課程沒有相對成型且廣泛應用的教材，所以在授課內容上需要授課老師自行選擇教材，由此在開始階段，教材沒有完全涵蓋所有的新能源材料，造成在課件內容上需要參考其他參考書，整合這些參考書的內容，整理豐富完整的課程內容。這就需要項目組成員在接下來的備課過程中繼續理順課程總體架構，有目的地增添和刪減一些內容，保證在授課過程中更加自然流暢。

（2）課件內容還不夠豐富。對于本學院已有的太陽能電池材料和鋰離子電池材料，各種視頻資料和科研結果比較豐富；但對于其他新能源如氫能和風能等方面的知識，現有的視頻及實物演示模型等仍顯不足，這就需要項目組成員搜集或購買相應的教具和演示視頻，以利于學生更好地理解和掌握這方面的知識。

（3）如何培養學生對能源材料的興趣。改變以教師“教”為中心的灌輸式教學形式的傳統教學模式。根據教學目標、教學內容，將問題教學法、案例法和示范法等多種教學方法，采用研討式教學方式，引導學生自己去發現，讓學生更多地加入到課堂教學中，引起學生主動的學習興趣或好奇心。另外，將課堂與實驗、實踐教學結合起來，調動學生學習能源材料的積極性。

2 教學實踐的主要措施

2.1 結合專業特點，合理優化教學內容

國內外各大學都十分注重教學內容的設計[3]，作為能源材料方向的一門核心課程，教學中不能面面俱到，必須有所側重。圍繞能源材料這個核心內容，本項目組計劃在項目進行過程中結合本專業實際構建符合國家新能源材料發展需要的知識體系。該課程擬從以下3方面構建《能源材料導論》課的課程體系：（1）結合本專業的實際條件，本課程擬重點介紹太陽能電池材料和鋰離子電池材料的研究動向及研究進展。充分利用該學院的實驗條件和科研力量[4]，使學生有更多的機會理解和掌握太陽能電池材料和鋰離子電池材料的制備及應用的知識。（2）結合國家發展能源材料的戰略，對于極具發展潛力的能源如氫能，在課程中也給予重點介紹，包括氫能的制備、氫能的儲存與輸運及氫能轉化與利用（燃料電池）領域[5]，為學生畢業以后從事研究或轉型提供必要的專業知識。（3）對于傳統能源材料如燃煤發電材料等作一般性介紹，適當地擴充這些方面的內容，構成《能源材料導論》這門課程的完整內容。并且在教學上要打破“一門課程一本教科書”的舊模式，實施一門課程多種教材及參考書的新模式[6-8]。同時為保證課程系統性和完整性，在通過與相關同行的研討與查閱大量相關教材、文獻，并在該課程授課的實踐基礎上，構建該課程的完整課程體系。endprint

2.2 多媒體內容體系建設

多媒體作為一種現代化教學手段，被廣泛引入各高校的教學當中。精心準備電子教案并制作多媒體課件，理論講授時，可以采用多媒體課件輔助教學。多媒體系統教學具有許多優勢，如在課件中，通過新能源材料的視頻資料（太陽能電池的應用、鋰離子電池及核能的開發等）、動畫等導入學習項目，通過圖片資源、動畫理解教學難點、重點（例如，在講授太陽能光伏發電原理時，很難單純用語言文字講清楚的內容，采用多媒體課件的形式生動形象地展示從電子-空穴對形成到太陽能電池電壓建立的全過程），便于學生理解和掌握，大大激發了學習興趣，發揮認知主體的主觀能動性。搜集或購買關于氫能和風能等利用的視頻或演示教具，使教學更具直觀性和互動性，提高學生學習興趣。

2.3 實施研討式教學

研討式教學是一種將教師研究性講授與學生研究性學習、課內與課外、規定教材與廣泛查閱、教師指導與學生自學、討論有機結合的教學。研討式教學方式使課堂教學以學生為主角，最大程度地發揮學生的主觀能動性，學生通過課前自學，課上討論和課后實驗能更系統、更深刻地掌握所學內容，并會因為研討提出的交叉應用問題激發拓展學生學習的熱情。在這個過程中，老師扮演主持人和評論員的角色，發揮糾正誤區、揭示本質、解答疑惑和引導思考的作用。研討式教學適用于50人以下的小班教學，否則無法有效地組織研討。《能源材料導論》課程是材料科學與工程專業的特色專業（能源材料方向），該專業方向有學生18人，在課程授課過程中，利于進行研討式小班教學。

2.4 完善教學大綱

該專業培養適應國家戰略性新興產業需要，德智體美綜合素質全面發展，具備堅實的材料、物理、化學、電子等學科基礎，系統掌握能源材料專業基本理論與基本技能的新型人才。畢業生適宜在能源、新材料、新能源汽車、節能環保、高端裝備制造等國家戰略性新興產業領域以及電力、航天航空、信息、交通等領域從事研究、技術開發、工藝和器件設計及相關管理工作。目前教學大綱主要涉及鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、儲氫材料及核能材料等新能源材料及其應用，也涵蓋了傳統能源材料如燃煤發電材料等。該項目擬在教學過程中，根據本專業實際和國家戰略發展需要即時修訂教學大綱，相應增減知識內容，不斷完善《能源材料導論》課程的教學大綱。

2.5 建立考核方式

作為教學活動的有機組成部分，課程考核是整個教學過程的重要環節之一。該課程采取了平時成績與期末成績相結合的考核方式。期末考試采用閉卷的方式。試題多以論述題為主，學生根據對問題的理解和認識進行解答，解答過程中學生可以充分發揮自身的創新意識，對當今新能源材料領域的一些問題提出有參考價值的意見與思考。學生平時成績占總分數的30%～40%，例如課后作業、資料查閱、出勤考查、回答問題的質量、參與討論發言等。通過這樣的考試學生不僅掌握了該專業領域方面的知識，而且分析問題、解決問題的能力也得到提高。

3 結語

國家能源特色專業的設置是我國經濟社會可持續發展的需要[2]，該專業開設《能源材料導論》課程，這也符合國家戰略性新興產業發展對新能源材料專業人才的需求。在該課程的教學實踐過程中，隨著新能源材料與技術的不斷發展，并不斷調整優化該課程的課程體系，并不斷改進教學方法，以期達到更好的教學效果，探索出一條行之有效地適合“能源材料導論”課程教學的模式和教學方法。也希望通過這門課程的學習，使同學們能夠系統掌握新能源材料基礎知識，了解學科專業特點和學科前沿，擁有新能源材料制備及新能源系統工程等方面的專業技能，能在新能源產業中從事生產、設計、研發、教學、咨詢、管理和貿易的高級專門技術人才。

參考文獻

[1] 國家自然基金委及中國科學院主編. 能源科學[M].北京：北京科學出版社，2012.

[2] 杜柯.新能源材料與器件新專業教學之淺見[J].湖北函授大學學報，2011，24（8）：91-92.

[3] 李品將，法文君.《新能源材料與技術》課程教學實踐與探索[J].能源與環境，2011（3）：36-37.

[4] 王文舉.新能源材料課程多尺度實驗教學模式構建與探索[J].中國科教創新導刊，2012（7）：65-65.

[5] 梁初.Li-Mg-N-H基高容量儲氫材料的儲氫性能及其機理研究[D].杭州：浙江大學，2011.

[6] 雷永泉.新能源材料[M].天津：天津大學出版社，2000.

[7] 吳其勝.新能源材料-基礎及應用[M].上海：華東理工大學出版社，2012.

[8] 李建保.新能源材料及其應用技術[M].北京：清華大學出版社，2005.endprint