基于創新能力培養下的《新能源材料與器件》課程教學探討與總結

（上海工程技術大學材料工程學院 上海 201601）

日益減少的傳統能源消耗和逐漸惡化的環境問題的日益突出，已對人類文明社會的發展造成了比較嚴重的威脅，因此開發新型綠色能源已經迫不及待。眾所周知，解決傳統能源危機與環境污染的關鍵核心是新能源材料與器件技術的突破，可通過新能源技術開發實現新能源材料的轉化和利用。我國政府在2010年將“新能源材料與器件專業”確定為中長遠戰略性新興產業相關專業之一。因此，為新能源領域培養具有創新能力的高新技術人才已經迫在眉睫。《新能源材料與器件》是材料物理與化學專業的核心課程之一，該課程的主要內容涵蓋大學物理、大學化學、材料科學基礎、半導體物理及器件等多學科知識交叉的綜合課程。

考慮到我們學校-上海工程技術大學本科階段的學習目前還沒有設置新能源材料與器件專業，但為適應我國新能源的開發利用、新材料的性能和結構研究、節能環保及高端裝備制造等國家戰略性新興產業發展需要，學院（系）的領導和老師們經過多次討論和調研，結合到碩士生的學習特點等因素而設立《新能源材料與器件》這門課程，具有明顯的工科特性。近年來，國內一些高校：華東理工大學、華北電力大學、東南大學、合肥工業大學、中南大學、電子科技大學等陸續開設了新能源相關的專業，目前該專業的建設還處于起步階段而且其課程建設依然滯后。針對上海工程技術大學依然沒有開設與其相關的本科專業的情況，并結合材料工程學院材料物理與化學系的專業性質、師資力量和碩士生生源等因素，目前系里開設了碩士生課程《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好是我們當下應該思考的問題。如何提高《新能源材料與器件》課程的教學效果，培養出在新能源材料與器件領域具有創新能力的研發技術人才顯得尤為重要。基于此，作者根據自己在《新能源材料與器件》碩士課程的教學經驗和探索，針對課程教學中存在的問題，通過對教材選取、課程內容編排、知識結構等總結出了切實可行的意見和方案。

1 課程授課探討和總結

1.1 教材選取

新能源材料與器件是個新興的專業，且《新能源材料與器件》是一門全新的課程，由于編者學科背景不一樣致使目前經典而又權威的教材和參考書比較缺乏，不同的教材其主要內容、側重點和涵蓋面均不一樣。然而令人可喜的是，近年來，隨著各種新能源材料與技術的快速發展，有關于新能源材料的基本理論、制備方法、結構表征和性能測試等不同的方面已取得了顯著的進步，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展及時地補充到教材內容中，例如我們選取的王新東主編，化學工業出版社出版的《新能源材料與器件》教材涵蓋了近年來國內外一些高校和科研所重點研究的太陽能電池、超級電容器、鋰離子電池和金屬-空氣電池等材料制備與器件技術等方面。該教材內容豐富，數據和理論新穎，結構嚴謹，書中有大量習題和思考題，并附有新文獻，便于學生深入學習。

1.2 教學內容規劃

截至目前，我國已經有十多所高校陸續開展了《新能源材料與器件》這門課程，經過統計，在目前已開設《新能源材料與器件》專業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開設在物理學院；一部分高校偏則重于化學與性能方面的講述與研究，將該專業在化工學院開設；也有一部分高校比較偏重于材料，他們側重于材料的制備與應用，于是他們將新能源材料與器件專業開設在材料學院。上海工程技術大學是集理工材與一體的綜合性大學，因而《新能源材料與器件》這門課程開設在材料工程學院。需要提出的是，目前上海工程技術大學還未單獨設立新能源材料與器件專業，考慮到材料工程學院材料物理與化學專業的老師（碩導）和碩士研究生主要研究與材料和器件相關的課題，但是他們的基礎較為薄弱。因此，制定學生的培養計劃時，就把《新能源材料與器件》這門課設置為專業必修課，32個課時。我們在制定相關理論課程基礎體系時充分全面考慮了要把學生培養成能夠具有系統掌握新能源材料、新能源器件設計及制造工藝的雄厚基礎、強大能力和志向遠大的高水平復合型人才。

新能源材料與器件是我校材料物理與化學系碩士生的核心課，而且該課程的內容與系里大部分老師及碩士生的科研密切相關。因此在選擇教學內容時，我們應當合理安排內容的難易程度，本著由易如難，循序漸進的教學方式；對于本課程的緒論部分，我們可以講目前全球的傳統常規能源如石油和煤炭等所引起能源危機和所帶來的環境污染入手，然后展開講其世界能源結構、發展歷史及現狀，進而注重講述中國的傳統能源所面臨的現狀及問題，引出發展綠色、無污染的綠色可持續新能源的必要性和迫切性。在具體內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）、超級電容器（如石墨烯基超級電容器）和金屬-空氣電池等目前研究和應用最廣泛的新能源材料體系。對于章節的講述，我們應該重在對其基礎理論知識、工作原理、發展現狀及應用前景這幾方面加以闡述。在讓學生掌握這些基礎理論知識的基礎上，給學生布置一些關于新能源材料及技術的科研文獻的查閱，使學生實時掌握最新的一些研究進展，進而拓寬學生的知識面。

1.3 教學形式多樣化

對于碩士研究生的教學，課堂教學模式應靈活多樣，不能只拘泥于一種“老師講，學生聽”的模式。以往老師使用PPT課件填鴨式式給學生灌溉相關知識，老師只管講，完全沒有互動，這樣容易導致學生產生厭學情緒。對于碩士生教學，一定要把知識的原理和理論部分進行“敲黑板，劃重點”的講，因為這些理論方法通常適用于多種科研工作中，將會使他們直接在科研中受益。此外，在教學過程中一定要密切聯系實際積極引入案例，通過使用豐富的最新研究成果案例來調動學生的學習興趣，比如在講到太陽能電池的制備工藝和工作原理時，考慮到一部分學生沒有見到過電池片實物，所以在課堂上拿出實物以吸引學生的注意力并對其工藝、原理和使用等方面激發他們的好奇心，這樣下來一節課的效果就非常好。再者，課堂教學一定要與科研密切相連。科研引入課堂，是培養學生創新能力非常行之有效的方法，尤其對于碩士生而言，他們每個同學都會有自己的研究課題，在研究過程中都會有一定的實驗和理論。通過在課堂上同學們共享的創新科研成果來培養自己的科研興趣，從而激發學生的科研潛能。

2 開設《新能源材料與器件》綜合實驗課

實踐教學是培養具有新能源材料及器件設計與制造工藝的人才非常重要的環節。《新能源材料與器件》綜合實驗課程一般是在學生掌握《新能源材料與器件》基本理論知識的基礎上開設的。實驗的開展要本著充分利用學生所學的課本知識和院系里相關的設備資源的理念，比如我們院系里有結構和性能表征設備：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工作站等，所以可以給學生開展石墨烯基（進一步對其進行摻雜，復合等）超級電容器電極材料及器件的組裝，并對其制備、結構和性能進行表征。通過這些動手實驗，一方面可以讓學生熟練掌握一些制備測試儀器的用法，另一方面也可以提高學生的設計能力、動手能力、分析、解決問題的能力和創新能力，以及學生的團結協作能力。另一方面，針對學校（學院）材料物理與化學專業的人才培養要求和特色，學院（系）整合目前的現有資源，在充分利用學院平臺現有的制備測試設備儀器及現有實驗課程體系中適當地增加開放性、創新性和設計性實驗項目，重點強化培養學生的創新能力和實踐動手能力。

3 考核機制改革創新

課程考核與成績評定是教學過程中的一個重要環節，是檢驗教師教學效果，促使教師進一步完善改進教學，從而可以更好地達到教學相長效果的主要措施。在我國高校考核體系中，最終的考核成績一般包含卷面成績和平時成績兩部分，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容比較豐富，涵蓋面又比較廣，所以考核時通過采用多種形式對學生進行考核，主要包括平時成績（課堂出勤情況、課堂提問表現等）、平時作業成績、期中和期末卷面成績。我們認為對于碩士研究生的考核，應當采取更靈活的方式和機制，題目不能僅僅局限于課堂上所講或課本上的內容，而是需要學生多擴展課外閱讀，并深入理解其內容才能作答；再者，可以以主觀題的方式來考核，鑒于不同學生對不同知識點掌握的廣度和深度不同，在題型及題目數量的考量上，可以設計多道問答題，讓學生自由選擇其中幾道進行作答，有利于發揮學生各自學習特點。比如緊貼時代新能源發展的現狀寫論文，或者寫新能源材料最近的研究進展，前景預測及評估等，加之平時的PPT報告討論等多種形式綜合的考核方式。

學生成績評定是教學過程的重要環節。考試內容的設置上多采用開放式答案的題目，而這樣促進學生自主學習，避免了考前突擊、死記硬背的情況。考慮到學生學習的差異性和對比性

4 結語

隨著全球傳統能源如煤炭，石油，天然氣等日益減少，導致目前傳統能源已難于滿足人們長期發展的需求。全球資源日益枯竭問題和環境問題成為現階段阻礙人類發展的絆腳石.大力研究和發展新能源己成為我國在未來十幾年內全面建成小康社會的十分緊迫任務。新能源材料及技術是開發新能源重要的基礎。培養具有能夠從事新能源研發與生產技術人才已成為高校和科研院所目前所面臨的重要任務。《新能源材料與器件》課程是材料物理與化學專業的重要課程，通過該課程的學習，能夠使學生掌握新能源材料與器件的基本理論和技術，最終成為具有創新意識和研發能力的高科技人才。