新能源科学与工程专业新能源材料课程的教学探索与实践
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摘 要：新能源材料是常州工学院为新能源科学与工程专业学生开设的一门专业限选课程，该课程具有内容丰富、信息量大、专业性强、课时少的特点。根据教学实践，对新能源材料课程的教学内容、方法和考核方式等方面进行了初步探讨，以期提高该课程的教学质量和效果。
关键词：教学内容；教学方法；考核方式
能源是现代社会赖以生存和发展的物质基础，是国民经济和社会发展的先决条件。所以，为了达到培养专业面宽、知识面广和工程能力强的应用型本科人才的目标，常州工学院新能源科学与工程专业在课程体系中开设了新能源材料课程，将其作为该专业的专业限选课程之一。本文根据自身教学实践，在新能源材料课程的教学内容优化、教学方法探索和考核方式改革等方面进行了初步探讨，以更好地提高该课程的教学质量和效果。
一、教学内容的优化和精选
教学内容的优化和精选是教学改革的关键，作为一门专业限选课程，新能源材料课程具有内容丰富、信息量大、专业性强、课时少的特点，课程内容以金属氢化物镍电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、新型储能材料、半导体照明发光材料等分为若干章节，考虑到内容的完整性，以最后一章简要介绍其他新能源材料，例如核能材料、非晶态金属磁性材料和超导材料等。新能源科学与工程专业属于新兴产业专业，涉及的学科领域广泛，属于交叉学科，涉及物理、化学、材料、冶金、电子、机械、能源与动力工程等多个学科。在实际的教学过程中，还应充分考虑到不要与新能源科学与工程专业已开设的其他新能源相关课程的知识点重复，教学内容必须有所侧重，要讲清课程中的要点和基础知识，以新能源材料“组成―结构―性能―制备技术―应用”为主线介绍新能源材料的有关知识，建立每章知识结构图，让学生清楚该门课程的知识体系结构。此外，加大国内外相关材料的最新进展和企业动态的讲授，注重教学内容和学科发展前沿、生产生活实际相结合，增强学生的专业自信。通过优选教学内容，使教学内容始终能反映本学科的专业特点和学术水平，加强学生对后续专业方向的把握。
二、教学方法的探索
1.启发式和互动式的教学方式
在课堂教学环节中，为了调动学生的积极性，活跃其思维，宜多采用启发式和互动式的教学方式，变填鸭式的教学方式为启发性、互动性的教学方式。例如，我们在介绍锂离子电池材料时，先介绍锂离子电池的原理，通常锂离子电池原理过程中会提到，在充电过程中，锂离子是从正极材料中脱出，通过电解质扩散到负极并嵌入到负极材料中，同时得到由外电路从正极流入的电子，放电过程正好相反。这样的原理解释有时会让学生认为锂离子的脱嵌过程只是一种物理变化，我们可以向学生抛出问题，锂离子电池也称为摇椅电池，充放电过程中，锂离子和电子是在正负极之间来回转移的，那么这种转移是物理变化还是化学变化呢？启迪学生锂离子和电子的转移应该是化学变化，那么化学反应对应的物质是什么？在充放电过程中这些物质会发生怎样的变化？这种变化为什么可逆？锂离子为什么能够在正负极之间移动？为什么电子只能从外部电路走？带着这样的疑问，学生会很自然地有兴趣去探寻锂离子电池中的材料。这种层层递进式的启发和互动式教学不但能够增加学生学习的兴趣，也可以培养学生独立思考、主动学习的能力。
2.传统教学手段与多媒体辅助教学相结合
多媒体技术以其图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现使课堂教学达到了全新的境界。在新能源材料的讲授中，材料的性能和应用学生容易理解，但对于材料的结构讲起来非常抽象。例如，太阳能电池通过板书或者一张图片很难让学生对材料的晶体结构有一个正确的认识，因此需要我们老师精心准备多媒体课件，通过三维结构图片让学生了解材料中各元素在晶体结构中的占位，让学生理解晶体结构和材料性能之间的关系，与新能源材料相关的物理化学过程。例如半导体发光材料中的能级跃迁过程，太阳能电池材料P型半导体、N型半导体的扩散制备，储氢材料的储氢过程，锂离子电池的充放电过程，燃料电池的原理过程等也可以通过动画实现物理化学过程的可视化，让学生对微观过程具有宏观的认识。对于新能源材料课程，由于信息量大、内容广，过多地依赖多媒体教学可能会让学生在短时间内难以消化，因此在教学中对于难度较大的基础理论部分和原理的学习，板书不可缺少，使学生能够有充分时间紧跟老师的思维去理解每一个知识点。
3.课堂教学与教师科研相结合
新能源材料中很多是当前科研的研究热点，目前我校教师进行的科研项目与太阳能电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、LED发光材料等相关，实验室拥有多种新能源材料与器件的实物展示，同时又配备一系列的材料制备与测试表征仪器，通过对相关实验室的参观便于学生更加立体地了解典型新能源当中关键材料的制备技术以及性能研究过程，加深学生对理论知识的了解。鼓励学有余力的同学加入教师的科研工作中，通过动手实验加深理解课堂中的理论教学内容。例如在进行锂离子电池材料的教学时，通过改性获得不同掺杂、结构、形貌的锂离子正极材料粉体，制备出锂离子电池，比较不同掺杂、结构、形貌的正极材料对电池电化学性能的影响规律，使学生能深刻理解锂离子电池正极材料的电化学反应机理，使得学生的潜能能够充分发挥，提高学习主动性，为毕业设计及更进一步的深造奠定基础。
4.教师讲授与学生报告相结合
将全班学生分为若干调研小组，每五个人为一组，选择与新能源材料课程内容相关的选题，就相关选题通过查找国内外科技文献调研总结目前不同新能源材料的前沿知识，形成调研报告，锻炼学生阅读科技文献的能力，提前为毕业设计的开展奠定基础。各小组通过文献的调研，形成系统的知识，将本组选题提炼做成PPT向全班同学作汇报，授课老师根据报告提出问题，该组同学进行即时答辩，考查学生对相关知识点的掌握情况。
三、课程考核方式的探索
新能源材料课程的覆盖面广、知识点多，应该采取灵活多样的考核办法。在成绩的评定方式上，我们设定了四项考核内容，第一部分是学生考勤、课堂互动表现和课堂笔记，通过此部分的考核，提高学生的听课注意力，锻炼学生提炼课程重点内容的能力；第二部分是根据每个小组的调研报告、PPT展示、答辩情况打分，锻炼学生的团队合作能力、口头表达能力和应变能力。为了达到锻炼每个学生的目的，第三部分考核内容为每位学生必须完成一篇不少于3000字的论文，论文题目自拟，任意选择一种新能源材料，内容涉及该新能源材料从材料到相关器件再到相关领域的应用等。第四部分是传统的期末考试，考试内容为课程讲授的基本内容，专业性强的理论部分强调定性了解，让学生对各种新能源材料有个整体的认识。
随着新能源工程领域的不断发展，新能源材料散发出强大的活力，新能源材料课程的开设紧密结合新能源科学与工程专业的发展趋势，有利于提升本专业学生的专业素养，为未来学生从事新能源相关工作奠定理论基础。根据新能源科学与工程专业特点，我们在新能源材料课程的教学过程中对课程内容、教学方法和考核方式等方面进行了初步探讨，在今后的教学实践中，我们还要更加深入地进行改革，不断优化课程内容，改进教学方法，提升教学艺术，使本课程的建设更加科学合理，更好地适应社会对新能源科学与工程专业人才的需求。
参考文献：
[1]安春爱，米晓云，柏朝晖.浅谈新能源材料与器件专业建设[J].长春教育学院学报，2012（28）：107-108.
[2]朱福兴，李慧娟，李莉.高校增设“学科与专业导论”课程的探索与展望[J].常熟理工学院学报，2011（12）：33-36.
[3]邱萍，彭玲.浅谈使用多媒体教学的利与弊[J].教育与职业，2008（08）：186-187.
注：本文受到“常州工学院教学改革项目”的资助（项目编号：A3-4403-14-010）。
・编辑 赵飞飞
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