新能源材料概論課程教學(xué)改革與實(shí)踐初探

林本才+張帥+劉振

摘要：新能源材料概論課一門(mén)信息量大、內(nèi)容豐富、注重學(xué)科前沿的專業(yè)選修課，本課程的設(shè)置不僅有助于學(xué)生明確作為該專業(yè)學(xué)生應(yīng)具有的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，還能激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的歸屬感和學(xué)習(xí)興趣。本文主要結(jié)合筆者自身的教學(xué)經(jīng)歷，介紹本課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式三方面所做的一些改革與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：新能源材料；概論課；教學(xué)改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）09-0026-02

一、前言

目前，世界能源的消耗主要來(lái)自于煤、石油、天然氣等化石能源，一方面化石能源的使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，另一方面化石能源屬于非可再生能源，過(guò)度使用化石能源使得人類正面臨著能源短缺、甚至能源枯竭的現(xiàn)狀。發(fā)展應(yīng)用新能源是解決環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題的關(guān)鍵。新能源是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式，目前正在積極開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的新能源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、氫能和核能等。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，新能源具有儲(chǔ)量大、可再生、污染少等特點(diǎn)，因此也常被稱為可再生能源或清潔能源。新能源材料是實(shí)現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)的關(guān)鍵，新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)應(yīng)用新能源技術(shù)和新能源新材料將是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

在政府的大力扶持下，我國(guó)新能源、新材料產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益重要。然而，與之相關(guān)的人才培養(yǎng)并不能滿足新能源、新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，新能源、新材料行業(yè)技術(shù)人才無(wú)論在數(shù)量上還是在質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模。為了支撐和促進(jìn)國(guó)家新能源、新材料等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，教育部于2010年7月批準(zhǔn)在浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、中南大學(xué)等十一所高校設(shè)立新能源科學(xué)與工程專業(yè)。常州大學(xué)于2011年也通過(guò)教育部門(mén)審批，設(shè)立了新能源材料專業(yè)。雖然是新設(shè)專業(yè)，但是由于就業(yè)前景好、行業(yè)發(fā)展空間大，受到廣大學(xué)生和家長(zhǎng)的青睞。該專業(yè)2015年第一屆畢業(yè)生順利畢業(yè)，一部分畢業(yè)生選擇考研進(jìn)一步深造，大部分考生考入復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、東南大學(xué)等“985工程院校”，選擇就業(yè)的畢業(yè)生大多進(jìn)入蘇錫常等地區(qū)的新能源行業(yè)，受到學(xué)生家長(zhǎng)和社會(huì)各界的廣泛好評(píng)。

雖然常州大學(xué)在每年的新生見(jiàn)面會(huì)上會(huì)安排專職老師對(duì)新能源材料專業(yè)做一些簡(jiǎn)單介紹，但由于時(shí)間較短，新生通過(guò)這種方式對(duì)專業(yè)獲得的了解并不充分，大多數(shù)學(xué)生對(duì)該專業(yè)缺乏全面的認(rèn)識(shí)和深入的了解。為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該專業(yè)的認(rèn)識(shí)和理解，常州大學(xué)把新能源材料概論作為該專業(yè)的重要專業(yè)選項(xiàng)課程，新能源材料概論課程的開(kāi)設(shè)，不僅有利于幫助學(xué)生明確作為該專業(yè)學(xué)生應(yīng)具有的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)的興趣和動(dòng)力，并引導(dǎo)學(xué)生制訂理性的、符合社會(huì)需求的大學(xué)生涯規(guī)劃，掌握正確的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生的自學(xué)能力。因此，建設(shè)好新能源材料概論課程對(duì)于該專業(yè)的專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)具有重要意義。本文主要結(jié)合筆者自身教學(xué)經(jīng)歷，對(duì)常州大學(xué)新能源材料專業(yè)概論課程開(kāi)設(shè)的目的和意義及其教學(xué)改革與實(shí)踐進(jìn)行初步的探討。

二、新能源材料概論課程在專業(yè)培養(yǎng)體系中的地位

隨著新能源在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益攀升，新能源行業(yè)的人才需求也越來(lái)越多，培養(yǎng)新能源材料的本科層次的大批人才是十分必要和緊迫的。常州大學(xué)新能源材料專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體美全面發(fā)展，基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬，具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識(shí)，具有競(jìng)爭(zhēng)和團(tuán)隊(duì)精神，具有良好的外語(yǔ)運(yùn)用能力，能在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域、特別是在新能源材料加工制備、新能源材料利用等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)工藝工程設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等工作的高級(jí)專門(mén)人才。為達(dá)到這一專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，常州大學(xué)所構(gòu)建的課程體系中，新能源材料概論課程開(kāi)設(shè)在學(xué)科基礎(chǔ)課程之后，在專業(yè)核心課程之前，是該專業(yè)同學(xué)接觸專業(yè)方向內(nèi)容的第一門(mén)專業(yè)課程。新能源材料概論課是新能源材料專業(yè)學(xué)生的“專業(yè)啟蒙教育”課，該課程的開(kāi)設(shè)有助于學(xué)生對(duì)本專業(yè)有一個(gè)相對(duì)全面的了解，明確專業(yè)學(xué)習(xí)方向，有助于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)感情，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣。

三、新能源材料概論課教學(xué)實(shí)踐

新能源材料概論課程是為適應(yīng)新能源、新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展而開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)選修課程。其主要任務(wù)是對(duì)本專業(yè)做概括性介紹，幫助本專業(yè)學(xué)生形成對(duì)專業(yè)的初步了解和認(rèn)識(shí)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本文結(jié)合筆者講授的新能源材料概論課程的體會(huì)，初步探討了該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式的優(yōu)化和改革。

（一）結(jié)合科技前沿，合理選擇教學(xué)內(nèi)容

新能源材料概論課程是對(duì)該專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的專業(yè)“啟蒙”教育，共有32學(xué)時(shí)。具有內(nèi)容豐富、信息量大、關(guān)注學(xué)科前沿、課時(shí)少的特點(diǎn)。這就要求該課程的內(nèi)容不僅要具有系統(tǒng)性、概括性、科學(xué)性和先進(jìn)性，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣。因而，該課程教學(xué)內(nèi)容的選擇至關(guān)重要。由于新能源材料專業(yè)是新設(shè)專業(yè)，新能源材料概論的參考書(shū)相對(duì)較少，且內(nèi)容有待完善，其教學(xué)內(nèi)容大多完全由任課教師來(lái)選擇把握。在新能源材料概論的教學(xué)內(nèi)容選擇上，筆者首先從介紹能源著手，具體包括能源的定義與分類、世界能源結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀、中國(guó)能源現(xiàn)狀、全球能源危機(jī)等；然后引入新能源，主要包括新能源的概念、分類、特點(diǎn)等；接著介紹材料的基本知識(shí)，包括材料的概念、分類、組成、結(jié)構(gòu)、合成與加工、性能與應(yīng)用等；最后介紹新能源材料，主要講授新能源材料的概念、分類、特點(diǎn)及其應(yīng)用的相關(guān)理論知識(shí)，主要涉及：儲(chǔ)能材料、鋰離子電池材料、太陽(yáng)能電池材料、燃料電池材料、核能材料、生物質(zhì)能材料及風(fēng)能材料等。由于新能源材料是一門(mén)新興的并且還在不斷發(fā)展中的學(xué)科，每年都有大量的新的研究成果報(bào)道，因此在教學(xué)過(guò)程中必須注意教學(xué)內(nèi)容的前沿性。筆者不僅自己閱讀相關(guān)領(lǐng)域的最新的研究論文，將這些成果融入到課堂上；而且鼓勵(lì)學(xué)生閱讀文獻(xiàn)，通過(guò)文獻(xiàn)閱讀使學(xué)生跟蹤世界上最先進(jìn)的研究成果。講解知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)緊跟學(xué)科前沿，比如在講授燃料電池的隔膜材料時(shí)，不僅介紹市場(chǎng)上應(yīng)用最廣的美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的全氟磺酸系列質(zhì)子交換膜，還介紹當(dāng)下該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)基于離子液體的高溫質(zhì)子交換膜和堿性陰離子交換膜材料，不但增加了學(xué)生對(duì)該專業(yè)方向理論知識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)的了解，開(kāi)闊學(xué)生的視野，還大大激發(fā)了學(xué)生的科研興趣、專業(yè)熱情和創(chuàng)新意識(shí)，取得了良好的教學(xué)效果。

（二）改進(jìn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

筆者在教學(xué)中始終堅(jiān)持“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，一方面采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容精心準(zhǔn)備了圖文并茂的課件，使得學(xué)生對(duì)新能源、新材料獲得足夠的感官認(rèn)識(shí)；另一方面注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)講授實(shí)際案例來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解、激發(fā)對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。如筆者在介紹燃料電池相關(guān)知識(shí)時(shí)，通過(guò)對(duì)比市場(chǎng)上各種化學(xué)電源的優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生從對(duì)比中認(rèn)識(shí)到燃料電池的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)向?qū)W生介紹日本豐田公司上市的名為“未來(lái)”款的燃料電池汽車加深對(duì)燃料電池應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，學(xué)生更加深切地感受到了新型燃料電池材料研究的現(xiàn)實(shí)意義和市場(chǎng)價(jià)值。筆者認(rèn)為，理論學(xué)習(xí)固然重要，學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)也不容忽視，筆者在理論授課的同時(shí)，努力探索素質(zhì)教育、課程改革的新途徑，并創(chuàng)造性的以江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心為平臺(tái)，以校企合作為紐帶，構(gòu)建特色鮮明的創(chuàng)新課程教學(xué)體系，在課余時(shí)間讓本專業(yè)學(xué)生參與到筆者的研究課題當(dāng)中，在科學(xué)研究和實(shí)踐創(chuàng)新過(guò)程中，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。2014年，筆者指導(dǎo)本科生參與項(xiàng)目“高性能燃料電池聚合物電解質(zhì)膜的研制”，該項(xiàng)目結(jié)題時(shí)發(fā)表SCI論文兩篇，申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利1項(xiàng)。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中不但加深對(duì)理論知識(shí)的理解，還鍛煉了自己解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力，并取得一定的科研成果，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科研的價(jià)值，從而大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情和科研興趣。

（三）突破必修課傳統(tǒng)考核方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果

考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段，是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一。合理的考核方式不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)還能夠引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。目前常用的考核方式有閉卷和開(kāi)卷兩種形式。結(jié)合新能源材料概論課程內(nèi)容豐富、信息量大，關(guān)注學(xué)科前沿的特點(diǎn)，筆者采取平時(shí)成績(jī)、大作業(yè)成績(jī)和期末考試成績(jī)相結(jié)合的形式考察學(xué)生，并在各個(gè)考核環(huán)節(jié)中體現(xiàn)激勵(lì)機(jī)制。平時(shí)成績(jī)主要由學(xué)生課堂出勤情況、課堂提問(wèn)環(huán)節(jié)及平時(shí)作業(yè)等共同決定；大作業(yè)是完成一篇課程論文，即針對(duì)任一種新能源材料，談?wù)勛约簩?duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和分析能力。期末考試采用開(kāi)卷考試的形式，開(kāi)卷考試考查內(nèi)容靈活，避免了學(xué)生考前突擊，死記硬背的情況。從該課程的考核結(jié)果來(lái)看，這種平時(shí)成績(jī)、大作業(yè)成績(jī)和期末考試成績(jī)相結(jié)合的形式將考核內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合在一起，有助于督促學(xué)生對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行思考，還能保證試題的開(kāi)放性和靈活性，從而有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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