應用型大學新能源材料與器件綜合實驗課程的設置與實踐探討

岳紅偉，陳淑君，鐵偉偉，朱聰旭，李婷婷

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

新能源材料與器件是一門實踐性很強的學科，與工程實際結合緊密。因此，實驗實踐教學是整個專業教學工作的重要內容，是深化課堂教學的重要環節，有助于學生將書本知識用于生產實踐、學以致用，在培養應用型、創新型新能源材料與器件專業技術人才的過程中起著至關重要的作用。

許昌學院新材料與能源學院是從2017年開始招生新能源材料與器件專業本科生，其相關的實驗課程已實施于材料科學與工程、納米材料與技術兩個本科專業，通過近幾年的教學實踐，我們逐步制定了以應用型為核心、適合本科生發展的實驗課程，以新能源材料制備、器件組裝和性能測試為基礎，詳細地介紹了新能源材料及器件相關的理論基礎知識，同時使學生掌握太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器、光催化等新能源材料的制備與測試。

1 實驗課程的建設思路

基于我校的應用型辦學定位，結合我院的資源優勢和地方產業對人才的需求，確定了“厚基礎，凝重點，強實踐，兼科研，樹特色，促創新”的實驗室建設思路。“厚基礎”即突出打牢實驗基礎的理論知識；“凝重點”即以能量轉換和儲存技術為重點；“強實踐”即加強專業實驗實訓平臺和校內外實訓基地建設，強化學生動手能力和工程實踐能力；“兼科研”即創建應用型和科研型實驗平臺，實行“導師制”，讓本科生參與教師的科研項目研究；“樹特色”即依托“開放平臺創新實踐課程”，大力實施“材料之星”創新人才培育計劃等；“促創新”即面向本科生開放分析測試中心等各級科研平臺，支持他們承擔或參與各類科研實踐活動和創新創業大賽等。

2 綜合實驗課程的設置

《新能源材料與器件綜合實驗》課程在學生掌握了《儲能材料與器件》、《能量轉換材料與器件》、《現代材料分析測試技術》、《基礎電化學》等理論知識 ，并完成物理類和化學類基礎實驗，以及《新能源材料與器件基礎實驗》、《儀器分析及實驗》的基礎上，選擇具有一定系統性、自主性和拓展性的綜合實驗項目。其目的是將較為復雜和抽象的專業理論知識變得簡單化和具體化，同時也為提高學生的綜合設計能力、實踐動手能力、解決分析實際問題的能力和創新能力，以及培養學生的團結協作能力。最后也訓練了學生嚴肅認真、實事求是的科學素養和謙虛嚴謹、勇于創新的工作作風。

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，根據我院實際情況，并通過教研室(科研室)、學院以及校內專家多次研討，我們專業目前基本確定了三大類專業特色方向:(1)能量轉換材料與器件：包括有光電材料的制備與太陽能電池的組裝與測試技術；(2)儲能材料與器件：熟悉常見儲能器件(鋰離子電池、超級電容器)材料的制備方法和組裝流程、性能測試等技能；(3)特殊功能材料：主要內容為稀土發光、光催化等材料的制備及性能測試。

新能源材料與器件專業綜合實驗具體分為兩大模塊，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試。其實驗項目詳見表1。

表1 新能源材料與器件專業綜合實驗開設項目

開設的實驗課程可系統地讓學生掌握新能源材料及相關器件從材料選擇制備到器件組裝性能測試，將最大限度發揮我院新能源材料與器件專業實驗儀器資源，適于應用型、創新型人才的培養要求。

3 實驗課程的實施及效果

綜合實驗實行精細化管理，提高實驗室儀器的使用效率，提升學生的實驗學習效果。

3.1 實驗課程的實施

(1) 課前引導學生進行自主學習：根據班級人數，把學生分成4～5人/組。根據專業綜合的要求，在實驗講義的參考下，查閱相關實驗資料，設計實驗方案，寫出實驗原理和步驟，以及相關儀器設備和原材料。同時鼓勵學生在預習過程中發現實驗中應注意的事項和容易出現問題的地方。

(2)課中鼓勵學生勤于思考，敢于探討，加強團隊合作，共同完成實驗：在實驗教師解答實驗背景、實驗原理、內容和注意事項后，學生根據自己小組擬定好的實驗內容，選擇相關儀器設備和原材料認真完成實驗。同時能分析和解決實驗過程中儀器設備可能出現的故障，順利完成相應的實驗。并且能結合自己所學專業知識對不符合預期的實驗現象和結果進行解釋。

(3)課后學生能自主分析總結實驗結果，實現對相關專業實驗知識的鞏固和深化：實驗結束后，學生能自主進行實驗結果分析，認真撰寫實驗報告，總結實驗問題。同時激勵學生大膽提出自己的對目前所學實驗內容等方面的建議和改進措施(實驗報告冊中已體現)，力求實驗內容有所改進或創新。

(4)科學設置學生成績考核方法，形成實驗教學總評成績新模式。我們的思路是將考核貫穿于學生的整個實驗教學階段，能對學生的實驗學習效果進行實時監控，便于實驗教師根據學生情況及時調整自己的教學方法。綜合實驗成績包括五大塊：課前預習成績占20%，實驗考勤成績占10%，實驗課堂效果成績占50%，期末考試成績占20%。其中課前預習包括資料查閱、方案設計、實驗原理和相關儀器設備的預習，特別是列出自己在預習過程中發現實驗容易出現問題的地方。實驗課堂效果包括實驗過程中學生之間的交流、實驗細節以及處理分析操作過程出現的問題和現象，以及實驗報告和相關數據分析等。最后的學生的期末考試題目采用抽簽制，且對某一個實驗給出詳細的評分標準。

3.2 實驗課程的效果

在本課程的引導下，我院本科生的實踐教學水平和人才培養質量明顯提高，創新創業能力顯著增強。

3.2.1 培養了學生自主學習和動手能力

通過課前的文獻查閱和實驗方案設計，具體的實驗內容實施，學生們能夠自主學習和操作相關儀器設備，相互討論，在小組成員的協作下又能獨立地完成實驗任務。同時也讓學生對理論知識與實驗中的實物進行一次很好的結合和對比。實驗結果的總結和分析，以及實驗報告的撰寫既鍛煉了學生的動手能力，又提高了學生的科研思維能力和歸納總結能力。

3.2.2 培養本科生使用專業數據處理軟件的技能

在整個實驗過程中，學生需要學習和使用較多的專業數據處理分析軟件，如Origin、Jade、Photoshop、CAD和Word辦公軟件等。通過這些專業軟件的學習，本科生可以熟悉和掌握該軟件的用途和使用方法，對隨后的畢業論文設計和工作打下一定的軟件使用基礎。

3.2.3 學生創新創業能力顯著增強

專業實踐教學不僅鍛煉了學生專業實驗的能力，加深了對專業知識的掌握,而且培養了同學們的創新意識和科學實驗素養。近年來，我院在校本科生發表學術論文50余篇，申請國家發明專利10余項，在“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生數學競賽、全國大學生創業大賽等國家級比賽中獲國家級獎勵20余項。相關成果已被中國科學網、河南教學報等主流媒體報道，并取得了一定的社會影響。

4 存在的問題及建議

近年來，我們雖然在實驗室的建設方面取得了一定的成果，仍沒有達到預定的效果。主要存在以下問題：

4.1 實驗教師隊伍不穩定

無固定的專業人員從事實驗室的教學和管理工作，講授實驗課程的教師都有大量的理論教學。但各位實驗課老師在考慮自身發展需要的情況下，講授實驗課程一定時間后，會逐漸放棄實驗教學，全身心的投入到理論教學中，致使實驗教師隊伍人才流失，教學效果的延續性較差。因此，學校需要對于專職從事實驗室教學和管理工作的教師的身份(職稱)、待遇等問題給予一定的政策支持。

4.2 新專業實驗室建設資金缺乏

學校新設專業增加，資金緊張，致使相關專業實驗室建設遲緩，或部分教學平臺缺失，無法保障專業實驗課程的正常運行，影響了該專業學生的實踐操作能力的培養。學校和學院應爭取加大實驗教學投入，強化實驗室建設，改善實驗教學條件，滿足新專業學生相關實驗教學的需要。

4.3 實驗室開發程度有待提

專業實驗室大多在上課的時候用，其他時間都是閑置的，造成大量的儀器設備和資源浪費。需要制定相關的政策和管理方法，加強實驗室的開放，充分利用儀器設備，鼓勵其他相關學院專業的學生進入到實驗室開展相關的創新實驗課程。

4.4 實驗室信息化程度較低

實施開展網絡教學，做好相關實驗項目的網上視頻和模擬仿真實驗等實驗教學資源，可讓學生提前預習，有利于增強實驗課堂效果和學習效率。

5 結語

許昌學院新材料與能源學院依據現有的學科平臺及科研優勢資源和地方產業發展特色，制定了適合地方應用型大學的新能源材料與器件專業綜合實驗教學內容，使其涵蓋新能源產業“材料-器件-測試”的各個環節，達到將該專業中較為復雜和抽象的知識變得更加簡單和具體的目的，從而促使學生對專業內容的理解和深化，激發起學習專業的興趣。同時，也實現了與地方產業的有效對接，自覺承擔起服務地方經濟發展和現代產業體系建設的時代責任。