新能源材料導論教學改革初探

黎應芬 呂夢嵐

摘 要 新能源材料導論是新能源材料與器件專業的一門必修導論課。本文結合新能源材料與器件的專業特點，對新能源材料導論的課程內容設置、課堂教學、認識實習分別進行了討論。通過教學改革提高學生對新能源材料與器件專業的學科發展、就業前景、社會效應的認識。

關鍵詞 新能源材料 新能源器件 學科導論課 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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境污染問題的日益突出，新能源技術成為世界各國關注的焦點。按照學科專業分類，新能源分為物理新能源和化學新能源，其中物理新能源包括太陽能、風能、核能、潮汐能等，而化學新能源包括氫能、生物質能、電化學能源等。在新能源的開發應用中，新能源材料是新能源器件的基礎和關鍵，材料的性能不僅決定著新能源器件的能量容量和能量轉換效率，而且影響新能源技術的投資運營成本。

目前，我國已經成為了新能源技術領域的產業大國，我國（包括臺灣在內）的晶體硅太陽能電池產能占據全球市場60 %，基于鋰離子電池和鎳氫電池的新能源汽車產業也走在世界前列，先后涌現出了比亞迪、寧德時代、科力遠、尚德、天合光能、漢能等一批優秀的新能源企業；但是我國的新能源技術產業存在著“大而不強”的弱點，關鍵材料、關鍵設備、關鍵技術依然受控于歐美發達國家，這嚴重制約著我國新能源產業的發展。結合國家戰略性產業布局，我國于2010年新設立了新能源材料與器件專業，以便滿足新能源產業對新能源材料與器件專業人才的需求；目前，中南大學、哈爾濱工業大學、清華大學等國內知名“985工程”院校都已經陸續開設新能源材料與器件專業。貴州理工學院于2016年成功獲批新能源材料與器件專業，并且于2016年高考正式開始招生。

新能源材料與器件是一個多學科交叉性、覆蓋面甚廣的專業，其涵蓋了物理、化學、生物、電子、電氣等基礎學科。盡管在每年的新生入學教育中，我校都會對本專業的基本情況作簡要介紹，但是無法滿足新生對本學科專業的認知度，因此為本科生開設新能源材料導論顯得十分重要。該課程主要是使學生對本專業的發展背景、社會效應、知識基礎、專業結構、發展方向、就業前景有一個基本的認識和了解，為日后基礎課和專業課的學習、認識與生產實習、繼續深造、以及就業起到鋪墊作用。本文根據近幾年，筆者在新能源材料導論的授課經驗，結合課程內容設置、課堂教學、課外教學等方面討論了新能源材料導論教學過程中存在的問題，并提出了一些改進的建議。

1 新能源材料導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科專業。在其開設之前，大多數高等理工院校都有新能源材料這個研究方向，但是基本上根據新能源材料的類別與學校自身學科專業的結構，作為材料科學與工程、冶金工程、化學工程與工藝、化學、物理等傳統學科的一個研究方向。

自從新能源材料與器件作為一個獨立的學科專業開設以后，既整合了原來各個傳統專業的學科資源，又為新能源材料與器件的人才培養方案規劃提供了新挑戰；因而，開設新能源材料導論顯得尤其重要，對新能源材料導論進行教學改革既是培養方案規劃的一部分內容，也是培養高素質、應用型理工科人才的必然要求。

2 新能源材料導論課程內容設置

新能源材料導論作為新能源材料與器件專業的導論課程，它是一門集引導性、專業性、綜合性、發展性的專業課程。它是基礎課向專業課過渡的紐帶課程，對于人才培養起到承上啟下的作用。所以在課程內容設置過程，不僅要考慮到學生的知識基礎和認知能力，還要照顧學科專業的發展趨勢與前沿動態。

我校是在大一階段就開設新能源材料導論，就知識基礎和認知能力而言，學生的化學和物理基礎知識水平只停留在高中階段，所以我們在課程內容設置方面都是重點講解某一個領域的發展概況、社會效應以及所需要的基礎知識，以便使學生在日后的基礎課學習過程中把握好學習的重點，做到有的放矢；例如：在講述晶硅太陽能電池材料這一章時，我們主要講解太陽能電池材料的類型、我國太陽能電池材料產業發展概況、我國光伏技術的國際地位、以及光伏產業所涉及的產業鏈，而關于光伏發電技術所涉及到的半導體物理、材料科學基礎、固體物理等專業性比較強的知識，我們知識做引導性的介紹。

新能源材料科學的發展日新月異，它帶有濃重的綜合性和前沿科學特點。在內容上，我們主要開設了能源概述、太陽能電池材料、儲氫材料、燃料電池材料、生物質能源材料、鋰離子電池材料、鈉離子電池材料以及超級電容器電極材料等八章內容。另外，在編寫教案和制作多媒體課件時，我們會根據學科的發展及時更新授課內容，把目前最新的科研成果介紹給學生，讓科研走進課堂，這既做到了與時俱進，也激發了學生學習的熱情。

3 新能源材料導論課堂教學

由于新能源材料導論是一門綜合性課程，它同時涵蓋了新能源材料領域的大多數材料，所以我校結合新能源材料與器件教研室的師資情況，把新能源材料導論分為物理新能源、化學新能源、生物新能源三個模塊，由三位老師組成的教學團隊根據自己的科研方向進行講述，從而形成團隊化教學模式；共計授課18學時，每個授課模塊講授6學時，以課堂授課為主，課外參觀認識為輔。

為了激發同學們的學習熱情，加深學生對新能源材料的認知程度。我們改變了過去那種“滿堂灌”的教學方式，而改為“混合式”教學模式。在每章書的講解前先給學生分配預習任務，學生以分組的形式查閱某種新能源材料的相關資料，對文獻資料進行分析、評述、總結，并以多媒體課件形式寫成閱讀報告；課堂上，首先是由授課老師先對某個領域的發展背景、基本原理、產業技術、科研概況進行介紹，然后每組在上臺向大家講述自己準備的閱讀報告，并進行課堂討論。從而形成以專題為主導、學生為主體的教學方式。這種教學方式不僅活躍的課堂教學的氣氛，而且有利于培養學生的自學能力、查閱文獻、撰寫報告和演講水平；能夠很大程度地提高綜合素質，為以后的就業和繼續深造打下基礎。

4 新能源材料導論課外教學

對于課堂教學，我們只能從理論上、常識上給學生帶來感官上的認識，所以剛剛從高中上來的本科生對于專業性的知識普遍都會感覺到比較抽象。如果沒有課外參觀認識教學，新能源材料導論的教學效果將會大打折扣，更不利于后續課程的教學。

為了配合新能源材料導論的教學，我們在學校給學生上完理論課后，安排了2天時間的參觀認識學習。一方面是在我校的新能源材料研發中心對新能源材料與新能源器件的研發過程做簡要介紹；另一方面我校會統一安排學生到貴陽市貴安新區工業園進行認識實習，并與奇瑞新能源汽車貴州分公司、阿特斯太陽能科技公司等多家本土新能源及新能源汽車企業簽訂了課外教學基地協議，以方便我校的課外教學工作，增強學生對新能源技術的認知水平。同時，為了提高老師們的科技成果轉化、工程教學能力，我校就產品研發與上述新能源企業開展廣泛的產學研合作。從而達到了教學促進科研、科研反哺教學的效果。

經過近幾年的教學實踐證明，通過校企合作的方式推動產學研結合，既提高了學生的知識應用能力和企業對學生的認同感，又為我校教師的科研工作搭建了良好的平臺，從真正意義上做到了“產學研育人”。

5 新能源材料導論課程考核方式

課程的考核是對學生學習情況和教學效果的一種評價手段。傳統的課程教學考核方式總是停留在“課堂授課-布置作業-期末考試”的單調模式，這種源自應試教育的考核模式不僅枯燥無味，而且嚴重違背了素質教育的初衷和要求，不利于學生綜合素質的提高。所以教學改革要同時對課程授課方式和課程考核方式進行改革。

新能源材料導論作為一門專業引導性課程，其考核方式應該既要實事求是，又要做到靈活多變?；谠撜n程的特點，我校的考核方式按照平時成績和期末考試成績各占50 %進行分配；其中平時成績由10 %出勤率、10 %課堂表現、30 %專題報告組成；由于考慮到專題報告在資料查閱、信息的分析和匯總過程的任務繁重，所以在平時成績中以專題報告的比重最高；而期末考試則以開卷考試方式進行，這種平時與期末相結合的考核方式既實實在在地考查了學生對本課程的學習情況和質量，又使得課程考核方式做到靈活多樣。

經過近幾年的實踐，證明豐富多樣的課程考核方式對新能源材料導論的教學起到了促進作用。對傳統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生學習熱情、活躍了教學氣氛，同時也提高了新能源材料導論的教學質量以及學生對本課程的認知和認同程度。

6 結論

新能源材料與器件是一門在國家戰略性產業布局下應運而生的新專業。新能源材料導論是該專業的引導性課程，盡管本文在教學內容設置、課堂教學以及課外教學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，它還有很多教學方式、教學內容、教學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：呂夢嵐

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

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