新能源材料與器件專業(yè)實驗課程探索

肖婷++倪世兵++譚新玉++向鵬++姜禮華

【摘要】新能源材料與器件本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需要，德智體美綜合素質(zhì)全面發(fā)展，具備堅實的材料、物理、化學(xué)、電子、機(jī)械等學(xué)科基礎(chǔ)，系統(tǒng)掌握新能源材料、新能源器件設(shè)計與制造工藝、測試技術(shù)與質(zhì)量評價、新能源系統(tǒng)與工程等方面的專業(yè)基本理論與基本技能的復(fù)合型人才。因此，與新能源材料、器件設(shè)計與制造工藝相關(guān)的實驗教學(xué)是該專業(yè)教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。本文作者根據(jù)近幾年在該專業(yè)的實驗教學(xué)經(jīng)驗及效果，對該專業(yè)實驗教學(xué)提出重點凝練幾個方向，按方向分模塊以及合理安排理論課時和實驗課時幾點建議。

【關(guān)鍵詞】新能源材料與器件 實驗課程 材料綜合實驗

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）15-0052-02

一、引言

新能源材料與器件本科專業(yè)是適應(yīng)我國新能源、新材料、新能源汽車、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要而設(shè)立的，是由材料、物理、化學(xué)、電子、機(jī)械等多學(xué)科交叉，以能量轉(zhuǎn)換與存儲材料及其器件設(shè)計、制備工程技術(shù)為培養(yǎng)特色的戰(zhàn)略性新興專業(yè)。該專業(yè)重點研究與開發(fā)新一代高性能綠色能源材料、技術(shù)和器件，發(fā)展新能源材料的學(xué)術(shù)研究方向。在培養(yǎng)該專業(yè)本科人才過程中，為使學(xué)生更深入地了解掌握與這些與新能源材料和器件相關(guān)的生產(chǎn)工藝流程以及實驗研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手與創(chuàng)新研究能力，三峽大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)在前幾年的教學(xué)實踐中不斷探索，總結(jié)經(jīng)驗，開設(shè)了《材料制備綜合實驗》和《材料性能綜合實驗》兩門實驗課程，分別從材料制備方法、器件組裝及性能測試方法兩個方向?qū)W(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)。然而在近兩年實踐教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)兩門課程分別開設(shè)仍然存在不足之處，主要體現(xiàn)在：材料制備和材料性能測試作為兩門獨立課程，學(xué)生能分別掌握材料制備相關(guān)的實驗方法和表征手段，以及器件組裝、性能測試的方法，但對于材料組分-結(jié)構(gòu)-性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的把握不夠全面，這對于學(xué)生研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不利的。因此，結(jié)合近幾年的實驗教學(xué)經(jīng)驗，將對這兩門課程進(jìn)行調(diào)整，整合為《材料綜合實驗》。在此，筆者也根據(jù)近幾年的教學(xué)實踐，對《材料綜合實驗》這門課程的安排提出以下幾點建議：

二、根據(jù)現(xiàn)階段社會發(fā)展需求，重點提煉幾個方向

新能源材料與器件專業(yè)以化學(xué)化工、跨能源科學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等大類學(xué)科為基礎(chǔ)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)新能源材料與器件基礎(chǔ)理論和實驗技能，掌握新能源材料組成、結(jié)構(gòu)、性能的測試技術(shù)與分析方法，了解新能源材料科學(xué)的發(fā)展方向，具備開發(fā)新能源材料、研究新工藝、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料專門人才[1]。目前，研究較多，相對成熟的新能源材料主要是太陽能電池材料、動力電池材料、燃料電池材料、超級電容器、儲氫材料、核能材料、生物質(zhì)能材料、風(fēng)能材料等等。其中，太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達(dá)國家正在把太陽能的開發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長期規(guī)劃，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為國際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)之后又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。我國光伏制造業(yè)規(guī)模和國內(nèi)光伏發(fā)電市場規(guī)模都處在世界前列，且仍然具有廣闊的前景，值得國內(nèi)企業(yè)和研究院進(jìn)一步開發(fā)研究。電池，作為新能源車的核心零部件，一直是制約其商業(yè)化的最大瓶頸。目前新能源車電池材料主要有鋰離子電池材料、燃料電池材料、超級電容器數(shù)種。國內(nèi)外動力電池廠家、研究機(jī)構(gòu)和汽車企業(yè)都在投入大量人力物力研究開發(fā)性能更優(yōu)、更穩(wěn)定的動力電池材料，國家層面上也一直給予了強(qiáng)勁的支持。2016年，與新能源汽車相關(guān)的儲能被列入“十三五”規(guī)劃百大工程項目正式進(jìn)入國家級發(fā)展規(guī)劃，并在2017年《能源發(fā)展十三五規(guī)劃》中被多次強(qiáng)調(diào)。可以預(yù)見，鋰離子電池、燃料電池、超級電容器、儲氫等儲能方式將為我國經(jīng)濟(jì)增長、綠色能源發(fā)展創(chuàng)造巨大價值。因此，我校新能源材料與器件專業(yè)根據(jù)目前社會需求，結(jié)合該專業(yè)教師科研方向特色和優(yōu)勢，將在《材料綜合實驗》課程中重點提煉幾個方向：太陽能電池、鋰離子電池、燃料電池、超級電容器以及儲氫材料。

三、按方向分模塊，整體布局，一條線貫穿

根據(jù)重點提煉的幾個方向，將具體實驗分成5個模塊：太陽能電池、鋰離子電池、燃料電池、超級電容器、儲氫材料。每個模塊選取一兩種代表性材料，按照材料制備、表征，性能測試以及器件組裝、器件性能這一條線完成整個模塊，一方面讓學(xué)生對器件形成的整個工藝流程有一定了解，另一方面也能了解到材料制備工藝與其組分、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以及最終對性能的影響，能夠從成分-結(jié)構(gòu)-性能這一角度出發(fā)，分析影響性能的關(guān)鍵因素，從而鍛煉學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新思維。同時，還要注意到模塊之間的區(qū)別與關(guān)聯(lián)性。比如，為了讓學(xué)生能了解掌握更多的材料制備方法，不同模塊的材料制備方法、表征手段應(yīng)當(dāng)避免重復(fù)，體現(xiàn)出差異性，使學(xué)生通過不同模塊的學(xué)習(xí)，整體上掌握材料制備的常規(guī)方法、表征手段以及性能測試方法。

四、合理安排理論教學(xué)課時與實驗課時

對于材料綜合實驗這門以實踐為主的課程，在教學(xué)過程中需輔以適當(dāng)?shù)睦碚撜n時，使學(xué)生對實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗方案、實驗過程中可能出現(xiàn)的問題以及處理方法、實驗中用到的試劑和器材有初步認(rèn)識。理論課時不應(yīng)該單獨開設(shè)，而應(yīng)該與實驗同時進(jìn)行，每次課堂上先介紹本次實驗相關(guān)的理論知識，緊接著動手做實驗，這樣有助于學(xué)生現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，通過理論學(xué)習(xí)對實驗有整體認(rèn)識，有疑問可以馬上提問；而通過進(jìn)一步實驗操作對整個實驗?zāi)康?、原理、方案有更深的理解，在實驗中中遇到問題也可以從理論知識角度出發(fā)進(jìn)行分析，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

五、結(jié)論

實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在新能源材料與器件人才培養(yǎng)方案中占有重要地位整個人才培養(yǎng)方案中占有重要地位。通過將實驗重點凝練幾個方向，按照方向分模塊，合理設(shè)置實驗課時，有利于使學(xué)生系統(tǒng)掌握新能源材料、新能源器件設(shè)計與制造工藝、測試技術(shù)與質(zhì)量評價、新能源系統(tǒng)與工程等方面的專業(yè)基本理論與基本技能，也將對于其他相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)提供可行的思路和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴翠英，毛衛(wèi)國，謝淑紅，馬增勝，潘勇.新能源材料與器件專業(yè)實驗教學(xué)體系探究[J].教學(xué)研究，2016，39，5，47-50.