新能源材料與器件專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探究

陳艷麗 段月琴 王達(dá)健 蔡鋒石 趙云峰

摘要：為了培養(yǎng)能夠從事與新能源材料及器件相關(guān)科學(xué)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、技術(shù)推廣與社會(huì)服務(wù)等工作的技術(shù)人才，天津理工大學(xué)依托既有的優(yōu)勢(shì)學(xué)科和先進(jìn)的科研平臺(tái)，結(jié)合京津冀地區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特色，明確了新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了新能源材料與器件專業(yè)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系，其中包括：優(yōu)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的課程內(nèi)容，并對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：新能源材料與器件；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新實(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（2019）15-0238-02

一、新能源材料與器件專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)背景

為適應(yīng)我國(guó)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(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，教育部自2010年7月批準(zhǔn)四十所院校開(kāi)設(shè)新能源材料與器件專業(yè)，包括中南大學(xué)、電子科技大學(xué)、四川大學(xué)、東南大學(xué)、華東理工大學(xué)等。新能源材料與器件專業(yè)實(shí)踐教學(xué)是保證新能源材料課程教學(xué)質(zhì)量的重要手段，也是突出教學(xué)特色、培養(yǎng)專業(yè)人才的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。目前，由于國(guó)內(nèi)新能源材料與器件專業(yè)的開(kāi)設(shè)時(shí)間不長(zhǎng)、經(jīng)驗(yàn)不足，該專業(yè)本科生實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式和培養(yǎng)體系還處于不斷探索和完善中。

天津市在京津冀協(xié)同發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，依據(jù)獨(dú)特的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，在綠色電池、風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源領(lǐng)域形成了較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。截至目前，本市擁有新能源企業(yè)百余家，初步形成了濱海高新區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、西青區(qū)、寶坻區(qū)和北辰區(qū)5個(gè)聚集趨勢(shì)明顯的科技園區(qū)。為了培養(yǎng)能夠從事新能源產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人才，天津理工大學(xué)依托既有的材料科學(xué)與工程學(xué)院和新能源材料與低碳技術(shù)研究院于2016年建立了新能源材料與器件專業(yè)。成立不久的新能源材料與低碳技術(shù)研究院圍繞產(chǎn)能、儲(chǔ)能和節(jié)能等關(guān)鍵材料與技術(shù)，開(kāi)展新能源材料與器件的研發(fā)與性能優(yōu)化，研究方向包括光電分解水制氫及二氧化碳還原催化材料、新型多孔金屬材料與儲(chǔ)能器件、吸附分離材料與技術(shù)等，現(xiàn)已建成天津市先進(jìn)多孔功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、天津理工大學(xué)電子顯微鏡中心、天津理工大學(xué)-FEI聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、公共測(cè)試平臺(tái)等多個(gè)科研平臺(tái)，擁有先進(jìn)的科研測(cè)試設(shè)備。

二、新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

新能源材料與器件專業(yè)是一個(gè)交叉性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的專業(yè)，教學(xué)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新能源技術(shù)與器件技術(shù)的應(yīng)用能力，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。天津理工大學(xué)建設(shè)規(guī)劃的新能源材料與器件專業(yè)依托既有的優(yōu)勢(shì)學(xué)科和先進(jìn)的科研平臺(tái)定位，需培養(yǎng)具備堅(jiān)實(shí)的材料、物理、化學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)新能源材料與技術(shù)前沿、儲(chǔ)能材料與器件、燃料電池材料與器件、太陽(yáng)能電池材料及組件、太陽(yáng)能光燃料技術(shù)、太陽(yáng)能光熱-熱電技術(shù)、半導(dǎo)體照明材料及器件等基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，掌握新能源材料與器件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造加工、新能源工程技術(shù)管理等工程基礎(chǔ)知識(shí)。

三、新能源材料與器件專業(yè)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系

目前，我校的新能源材料與器件專業(yè)實(shí)踐教學(xué)由專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)四大部分組成，其中專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括材料現(xiàn)代分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)、材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；專業(yè)實(shí)驗(yàn)包括新能源材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)包括新能源材料綜合實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)包括新能源材料創(chuàng)新課程、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)。

1.專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)新能源材料與器件專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)以材料現(xiàn)代分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)、材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主線的實(shí)驗(yàn)系列，幫助學(xué)生理解常用的新能源材料制備方法、性能表征測(cè)試方法的原理，熟悉常用的實(shí)驗(yàn)儀器及其使用方法，為后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)以及科學(xué)研究打好實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2.專業(yè)實(shí)驗(yàn)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)服務(wù)于后續(xù)的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇是依據(jù)本學(xué)科特點(diǎn)和自身優(yōu)勢(shì)，針對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料合成與制備等專業(yè)核心課程的知識(shí)點(diǎn)選定。目前，已開(kāi)設(shè)新能源材料制備、新能源材料性能測(cè)試等實(shí)驗(yàn)系列，幫助學(xué)生全面和系統(tǒng)地掌握多種新能源材料制備方法及結(jié)構(gòu)表征測(cè)試方法的原理和使用方法。

3.專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)。專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇，需要密切結(jié)合區(qū)域新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和本校既有的科研優(yōu)勢(shì)。天津理工大學(xué)為了服務(wù)于京津冀地區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，實(shí)現(xiàn)本科生專業(yè)與地方產(chǎn)業(yè)的有效對(duì)接，目前已經(jīng)在鋰離子電池、燃料電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池等器件的制備及性能研究上形成研究特色。因此，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇主要涉及新能源材料器件的制備方法及性能檢測(cè)。在儲(chǔ)備了物理化學(xué)和電化學(xué)基礎(chǔ)理論內(nèi)容的基礎(chǔ)上，采用電化學(xué)分析法進(jìn)行鋰離子電池、燃料電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池等器件的制備及性能研究。通過(guò)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)新能源材料的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，如何根椐實(shí)踐的需要來(lái)設(shè)計(jì)、合成特定功能的新能源器件。實(shí)驗(yàn)方法采用兩種方式，第一種方式是在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)合成、組裝、測(cè)試實(shí)驗(yàn)，第二種方式是對(duì)現(xiàn)有的新能源材料的質(zhì)量、性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)、檢測(cè)。

4.創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)。為進(jìn)一步提升新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)依托新能源材料與低碳技術(shù)研究院及先進(jìn)動(dòng)力電池與儲(chǔ)能技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心雙平臺(tái)實(shí)施創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃，課程包括：新能源材料創(chuàng)新課程、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)。其中新能源材料創(chuàng)新課程和課程設(shè)計(jì)主要有國(guó)家級(jí)和校級(jí)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目、各類科技競(jìng)賽及科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)院每年從大學(xué)二年級(jí)開(kāi)始選拔并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)本專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合自己的興趣和志向，選定創(chuàng)新性題目，學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，參與教師的課題進(jìn)行科研訓(xùn)練，在形成系統(tǒng)知識(shí)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，了解本專業(yè)方向最新科學(xué)研究成果。這種實(shí)踐教學(xué)模式能夠啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

生產(chǎn)實(shí)習(xí)是將學(xué)生在校所學(xué)理論知識(shí)和工廠生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合，幫助學(xué)生熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題，對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力有重要作用，是我校新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的重要實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)是培養(yǎng)具有實(shí)踐創(chuàng)新人才的重要保證，目前，本專業(yè)已有的校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地有：天津理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心、“先進(jìn)動(dòng)力電池與儲(chǔ)能技術(shù)”校級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心（共建）及與新能源材料相關(guān)的天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。為加強(qiáng)校企間的合作，按照學(xué)生校企多贏的思路，建設(shè)一批針對(duì)不同能力訓(xùn)練的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地和校企共建實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生創(chuàng)造接近生產(chǎn)實(shí)際和參與真正科研項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。目前已與天津力神電池股份有限公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所（天津電源研究所）、天津捷威動(dòng)力電池有限公司、天津巴莫科技股份有限公司、天津三安光電股份有限公司、天津英利新能源有限公司、中國(guó)（天津）職業(yè)技能公共實(shí)訓(xùn)中心等建立了實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地。

四、結(jié)語(yǔ)

為了培養(yǎng)出服務(wù)國(guó)家和京津冀地區(qū)的新能源材料與器件專業(yè)技術(shù)人才，天津理工大學(xué)根據(jù)該專業(yè)特點(diǎn)，圍繞學(xué)校發(fā)展定位和地域特色，明確了新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)，進(jìn)一步探討了新能源材料與器件專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，包括專業(yè)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，期望通過(guò)實(shí)踐教學(xué)體系的建立能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，全面提高教學(xué)質(zhì)量和畢業(yè)生的綜合素質(zhì)。

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