新能源材料與器件專業課程體系探索

鐘海長 賴貴文 吳麗芬

[摘要]新能源材料與器件專業是國家戰略新興專業，旨在為快速發展的新能源行業培養和輸送高端應用型產業人才。新能源材料與器件專業涉及物理學科、化學學科、材料學科和電工電子等學科，是典型的多學科交叉專業。該專業設立時間短，同時行業發展變化快，對人才的需求也不斷變化。這給高校人才培養方案和課程體系的建設帶來了很大的困難和挑戰。因此，如何因時因地（根據地方產業發展情況）制訂合適的培養方案和建立與之相對應的課程體系，是一個重要的研究課題。本研究將以廈門理工學院新能源材料與器件專業培養方案和課程體系進行了解析，并重點討論了課程體系建設問題。

[關鍵詞]新能源材料與器件;應用型人才;課程體系

[中圖分類號]G642.3

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3437（2020）03-0061-03

隨著社會經濟的發展和人們環保意識的增強，清潔無污染的綠色能源的發展受到了世界各國政府和人民的重視。為了適應快速發展的新能源產業，解決新能源產業發展面臨的人才匱乏問題，2010年教育部增設了新能源材料與器件專業，專業層次為本科，專業定位是為產業培養高技能人才。新能源材料與器件專業涉及物理、化學、材料、電工電子等多各學科，是多學科交叉專業。另外，由于辦學時間短，國內各高校本專業的人才培養目標各異，培養方案存在比較大的差別，沒有完善的課程體系可依。盡管教育部和有關高校多次組織召開了新能源材料與器件專業建設研討會，并就專業建設、人才培養方案制訂、課程體系設置和教材規劃建設等問題進行了廣泛的討論，但在如何設置新能源材料與器件專業核心課程，如何通過專業核心課程培養學生良好專業素養，以及開展實踐教學，提高學生理論結合實踐的工程應用能力等一系列問題上還沒有達成廣泛的共識，有待進一步探索。因此，開展對新能源材料與器件專業的課程體系建設相關課題研究具有非常重要的實際意義。

本文基于廈門理工學院辦學定位，并依據新能源材料與器件專業人才培養方案，在對比國內其他高校本專業課程體系的基礎上，系統分析討論了現行新能源材料與器件專業課程體系，力求建立與人才培養目標相適應的新課程體系。

一、廈門理工學院新能源材料與器件專業建設概況

2012年，我校以材料學院“福建省功能材料及應用”重點實驗室為主要依托，成功獲教育部批準設立新能源材料與器件本科專業，是福建省一級重點學科“材料科學與工程”的四個本科專業之一。本專業按照學校確定的“應用技術型大學”的辦學定位，以材料科學與工程、能源科學與工程、物理和化學等理論為基礎，以能源材料研發和相關器件制造為發展方向，培養適應新能源材料研發、能量轉換與存儲器件制造、生產和質量管理等一線所需的高素質應用型創新性人才。本專業2013年首次招收47名本科生，2014年招收51名，均已順利畢業，并有多位學生考上華南理工大學、廈門大學和北京科技大學等985或211高校的研究生。目前本專業在校學生約216人。本專業現有專任教師13人，其中閩江學者特聘教授1名，預聘教授1名，副教授6名，高級工程師1名，講師4名，高級職稱教師占69.2%;專任教師100%擁有博士學位，60%的教師具有海外留學和訪學經歷，60%的教師具有從事博士后研究工作的經歷。本專業35歲以下的青年教師6人，36～45歲的教師7人，教師隊伍年輕，活力足，發展潛力大。本專業現任教師分別畢業于德國波鴻大學、清華大學、中科院金屬所、華南理工大學、哈爾濱工業大學、中南大學、華北電力大學等國內外知名的高校和研究機構，專業背景涵蓋了材料科學與工程、材料加工、材料學、材料物理化學、應用化學等專業，已形成一支職稱、學緣、學科和年齡等結構較合理的高學歷專業教師隊伍。學院建設了材料合成與制備實驗室、鋰離子電池專業、太陽能和氫能專業實驗室、電池中試生產線2條、材料表征實驗室和先進能源材料研究所6個與專業相關的實驗室。為了進一步拓展和增加學生的動手能力和工程應用能力，本專業與廈門鎢業（海滄）公司、三圈電池、寶龍工業、三安光電等10余家企業簽訂了校企產學研合作協議與人才培養協議，能夠解決共600人次的學生認知實習、生產實習和畢業實習需求。

二、人才培養目標及畢業規定和要求

（一）人才培養目標

本專業面向海峽西岸（廈門）經濟與社會發展，培養德、智、體、美全面發展，掌握基本的專業理論知識，具有較強的動手和分析解決實際問題能力的應用型高級人才，能夠勝任新能源材料與器件行業一線的生產和管理崗位，具有良好的再學習能力，能夠進行新產品的設計開發。

（二）畢業要求

本專業學生需要學習新能源材料與器件的基本理論和工程應用技術，接受新能源材料、新能源技術和能源系統工程等方面的綜合訓練，同時接受良好的人文教育和職業素養教育。通過四年系統的培養，畢業生應獲得以下幾方面的能力或職業素養：（1）工程知識，即能夠將數學、自然科學、工程基礎和新能源材料與器件專業知識應用于解決生產實踐中可能遇到的工程技術問題。（2）問題分析意識，即能夠應用數學、自然科學、工程科學和新能源材料與器件專業的基本原理，并通過知識更新對本領域復雜工程問題進行合理分析。（3）能設計/開發解決方案，即能夠根據實際需求利用所掌握的專業知識，設計開發新產品，或對已有產品在實際使用中存在的問題提出合理的解決方案。（4）探索研究能力，能夠基于科學原理，采用科學方法對復雜工程問題進行探索研究，包括設計實驗獲取可靠充足的實驗數據，對所取得的實驗數據進行科學合理的分析處理，得出科學合理的結論。（5）會使用現代工具，即能夠利用現代工程工具對新能源材料和器件性能進行測試評價，利用現代信息技術獲取知識和信息等。（6）工程與社會意識，解決工程問題時能充分考慮法律法規、人類健康和社會歷史文化等因素。（7）環境和可持續發展意識，解決工程實踐問題時能夠考慮對資源和環境的影響，體現節約、環保和可持續發展意識。（8）職業規范，取得或具備取得相關職業資格證書的知識和能力，做事踏實嚴謹，具有良好的職業精神和職業道德，堅守底線。（9）良好的團隊合作精神，能夠在團隊工作中理解并承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。（10）協調溝通能力，能夠與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流;具備一定的國際視野，具有較好的英語讀寫能力，能夠在跨國、跨文化背景下進行溝通和交流。（11）項目管理能力，掌握一定的生產管理知識，能夠進行有效的項目管理。（12）終身學習能力，具有自主學習和終身學習的意識，具備不斷學習和適應發展的能力。

（三）畢業規定

新能源材料與器件專業本科畢業，取得學士學位，學生必須獲得不得低于164的總學分。課程體系中各模塊應取得的學分有：公共基礎課55.5學分，專業基礎課41.5學分，專業課8學分，限制性選修課10學分，公共選修課8學分，獨立設置實踐37學分，創新創業與素質拓展4學分。學生畢業還必須做到畢業設計（論文）答辯合格，國家體質測試達標（50分以上）。

三、課程體系

基于新能源材料與器件專業人才培養目標和畢業要求，在廣泛調研國內高校本專業課程設置和國外高校相近專業課程設置的基礎上，通過本科教學委員會充分討論，我校新能源材料與器件專業課程體系進行了分模塊設計，以獲得知識、鍛煉能力和培養素質為目標導向，分為五大模塊。

（一）通用知識與能力

（1）思想道德及人文素質，具有較高的思想覺悟和責任意識、正確的是非觀念和道德觀;正確的人生觀和價值觀;良好的科學文化素養、人文素養和職業素養，身心健康，積極樂觀的處世態度。設置課程有馬克思主義基本原理、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個代表”重要思想概論、形勢與政策、中國近現代史綱要、體育、軍事理論、思想道德修養與法律基礎以及開放性公選課。其中公共選修課規定限制在自然科學類、人文社科類、經濟管理類、藝術類、計算機技術和其他實用技能類、開放性實驗等六類課程中，學生跨學科專業選修至少要達到6學分，選修其他課程至少要達到2學分。（2）表達和交流能力，包括一定的外文閱讀與寫作技能。相關課程有大學英語、專業英語、科技論文閱讀與寫作、學術交流綜合實踐。（3）數學、計算機知識與信息檢索能力，有一定的數學思維，能將具體工程問題轉化成數學模型，利用數學工具進行分析，熟練掌握計算及其應用技術，能利用現代網絡技術獲取信息幫助解決工程實際問題。實現課程包含高等數學（上/下）、線性代數、計算機應用技術Ⅱ、計算機程序設計（C語言）、計算機繪圖、工程制圖、信息檢索綜合實踐。

（二）學科專業基礎知識與能力

（1）材料學科基礎、材料學科基礎理論，涵蓋材料合成與制備技術、材料微觀結構與性能、現代分析測試技術。設置課程：材料科學與工程基礎、材料科學基礎綜合實驗、材料性能學、材料性能綜合實驗、材料現代測試與分析方法、材料制備技術及理論、材料制備綜合實驗、薄膜材料與器件。（2）化學學科基礎，要求掌握無機化學、分析化學（含儀器分析）、有機化學、物理化學（含結構化學）及化學工程的基礎知識、基本原理和基本實驗技能。實現課程：工程化學、無機及分析化學、物理化學、有機化學、電化學原理及應用、電化學測試方法、化學綜合實驗。（3）物理學科基礎，具有扎實廣泛的物理基礎理論知識，掌握一定的科學實驗方法。設置課程：大學物理（上/下）、大學物理實驗（上/下）、固體物理導論、半導體物理、電工電子、電工電子綜合實驗。

（三）專業核心知識與能力

（1）能量轉換材料及器件專業知識，了解各類能量的轉換和利用原理與技術，掌握太陽能與氫能相關材料與器件的制備、組裝和性能評價。（2）儲能材料與器件專業知識：了解鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、金屬空氣電池、超級電容器等儲能器件的工作原理、結構及性能，熟悉儲能器件關鍵組成材料的理化性質和特性，熟練掌握電池和超級電容器等儲能器件及關鍵材料的制備、設計等方面的基本原理和研究方法。開設課程有：鋰離子電池原理與技術、鋰電池組裝與性能測試實驗、超級電容器設計與技術、材料相變理論與相變儲能技術、太陽能利用技術與原理、太陽能利用綜合實驗、燃料電池技術及應用、薄膜材料與器件、高分子材料及在新能源材料中的應用、新能源發電技術。

（四）專業拓展知識與能力

（1）獨立制備電池材料，設計和組裝電池，電池性能評價;（2）具有一定的科技應用文寫作和學術報告交流能力，能夠閱讀、翻譯、寫作專業英文資料;（3）生產運作與質量管理的基本能力;設置的教學環節有化學電源設計綜合實驗、認知實習、生產實習、畢業設計、畢業實習、新能源行業進展專題講座、專業英語、學術交流綜合實踐、科學研究方法與學術論文寫作、生產運作與質量管理。另外，為了更好地拓展綜合的科研和工程能力，設置了一定學分的創新創業訓練項目或讓學生參與教師課題研究。

（五）在校內開展工程訓練和模擬生產實踐，校外進行頂崗實習，實現與企業生產無縫對接，鼓勵學生考取相關職業資格證書

四、結束語

基于專業定位、人才培養目標和培養模式，在廣泛調研同類高校新能源材料與器件專業人才培養方案的基礎上，通過教學委員會多次討論修訂確定了本課程體系。本課程體系的最大特色在于弱化了課程設置中傳統的學科邏輯，更強調了理論知識模塊化及工程化。注重實踐性課程的開設，在基于材料學院推行的“三級實踐教學平臺”模式下，設置了37周的獨立實踐教學。該課程體系目前已執行了9年，共培養了兩屆本科畢業生，學生反應良好，企業對畢業生的滿意度較高。

但在具體執行過程中，也發現存在不少問題有待改進，主要體現在：（1）本專業涵蓋了太陽能與氫能和化學電源兩個方向，因這兩個方向的知識背景存在比較大的差別，在同一套課程體系中教師教學很難做到兩者兼顧。另外，受客觀教學條件（師資和實驗條件）的影響，部分課程未能完全有效開展。今后希望能在完善教學條件的基礎上，再將課程體系分方向進行細化和完善。（2）教學過程存在重材料而輕器件的問題，材料學院整體以材料研究為主，設備投入同樣以材料制備和表征為主，器件設計開發所需條件比較缺乏。另外，多數教師并無從事器件生產開發的經歷，并且目前高校對教師考核偏重科研論文，導致教師必須花大量的時間和精力去完成考核任務，對于器件設計開發這類不容易出科研成果的工作投入的精力不足。為了解決這一問題，一方面學校在考核管理上應做適當的調整;另一方面要加強器件方面的教學投入，引導并鼓勵教師投入更多精力在器件設計開發方面。（3）工程應用能力培養不足，盡管有校內模擬生產訓練和校外生產實習，但學生無法完整參與具體的工程項目開發，并不能有效把理論知識轉化為工程應用能力。而推進校企合作辦學、建立新型“產業學院”、推動校企合作課程建設、增強工程應用案例教學將提升學生的工程意識。

[責任編輯：鐘嵐]