喬芬

摘要：《新能源材料》作為一種多學(xué)科融合的綜合性課程，其教學(xué)模式就需要根據(jù)課程性質(zhì)、學(xué)生特點以及培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行改革，結(jié)合“三全育人”的目標(biāo)，《新能源材料》課程的改革勢在必行，本文在目前《新能源材料》課程的教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合《新能源材料》課程內(nèi)容特點，對要開展的教學(xué)方法進(jìn)行了探討，以期獲得《新能源材料》完善的教學(xué)育人課程新體系。

關(guān)鍵詞： 新能源材料 教學(xué)方式 課程改革 教學(xué)目標(biāo)

Abstract： <New Energy Materials>， as a multidisciplinary integration of comprehensive curriculum， its teaching mode requires to be reformed according to the nature of curriculum， students' characteristics and training objectives. Combined with the goal of "Three Complete Education"， the reform of <New Energy Materials> course is imperative. Based on the current teaching mode of <New Energy Materials> course and combined with the characteristics of "New Energy Materials" course content， this paper discussed the teaching methods to be carried out， in order to obtain a perfect teaching and educating curriculum system of <New Energy Materials>.

Key Words： New Energy Materials; Teaching methods; Course reform; Teaching goal

目前，在積極貫徹習(xí)近平主席倡導(dǎo)的“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)和新工科建設(shè)的背景下，如何把《新能源材料》課程的教學(xué)模式更好地服務(wù)于學(xué)生，成為亟待研究的課題。本文在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，以對比分析和實踐相結(jié)合的方法，圍繞如何培養(yǎng)“面向新工科需求的新能源專業(yè)創(chuàng)新型人才”目標(biāo)進(jìn)行研究。以《新能源材料》課程為研究對象，以符合新時期戰(zhàn)略需求的新工科專業(yè)人才需求為目標(biāo)，明確雙碳背景下《新能源材料》課程的教學(xué)模式定位。創(chuàng)建以新工科為導(dǎo)向的《新能源材料》課程的教學(xué)理念，制訂一套符合新時期新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)模式。

《新能源材料》是新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本課程主要為學(xué)生介紹新能源材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用，具體內(nèi)容則包括儲能材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料等，使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)而掌握不同種類新能源材料的制備、相關(guān)器件的工作原理及其應(yīng)用、以及培養(yǎng)合理開發(fā)和利用我國新能源的理念[1] 。作為工科的一門課程，講授《新能源材料》的教師也有

責(zé)任培養(yǎng)學(xué)生掌握工程倫理知識，學(xué)習(xí)大國工匠精益求精精神，達(dá)到激發(fā)學(xué)生專

研科學(xué)知識和研究使命擔(dān)當(dāng)?shù)呢?zé)任心，通過掌握新能源與社會發(fā)展的關(guān)系，讓學(xué)生具有能正確認(rèn)識能源利用對人類社會生活、環(huán)境所帶來影響的唯物觀點[2]。

為了深入執(zhí)行和落實“三全育人”和“立德樹人”的課程任務(wù)，我們把教學(xué)與實踐融合的理念貫穿于新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)體系，堅持以《新能源材料》課程為達(dá)標(biāo)，挖掘現(xiàn)有的教學(xué)資源和題材元素，全面推進(jìn)《新能源材料》課程建設(shè)，指導(dǎo)學(xué)生掌握自覺具有發(fā)展低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟的內(nèi)在理念，能夠以可持續(xù)發(fā)展與否為出發(fā)點，認(rèn)識能源新材料的生產(chǎn)及應(yīng)用的目標(biāo)，能夠?qū)δ茉磩恿︻I(lǐng)域復(fù)雜工程問題中所涉及到的物理現(xiàn)象、系統(tǒng)及設(shè)備性能進(jìn)行理論分析或?qū)嶒灉y試驗證[3]。本文將從《新能源材料》課程的特點出發(fā)，研究如何從課程內(nèi)容、教學(xué)方式及課外實踐融合等三個方面，建立課堂教學(xué)與實踐訓(xùn)練融合相結(jié)合的課程體系，以鍛煉新能源科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的理論知識和實踐能力，努力發(fā)揮好《新能源材料》課程的育人作用，提高高校新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 ?課程內(nèi)容設(shè)置

對于第一章節(jié)能源緒論的內(nèi)容講解中，向?qū)W生介紹能源利用的歷史演變，常規(guī)能源向新能源的過渡，通過介紹新能源與可再生能源的含義和分類，以及發(fā)展新能源與可再生能源的重大戰(zhàn)略意義。以馬克思主義中的分辨能力，讓學(xué)生正確認(rèn)識目前國家新能源研究的現(xiàn)狀，從能源的重要性、能源含義和分類，以及能源利用歷史出發(fā)，再到新能源與可再生能源的含義和分類介紹，重點講解目前發(fā)展新能源的重大戰(zhàn)略意義，最后通過分析國內(nèi)外新能源的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景，讓學(xué)生認(rèn)識到人類社會對目前能源的需求于面臨的挑戰(zhàn)，激發(fā)學(xué)生為國家科技事業(yè)貢獻(xiàn)自己力量的愛國熱情。本章的重點在于讓學(xué)生熟悉目前石油、煤炭、天然氣等化石能源的儲量及其在各國的占比、各國對新能源的重視程度，能源政策等，而難點則在于理解新能源的特點、新能源材料的種類和利用。通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握當(dāng)今能源利用、環(huán)境氣候現(xiàn)狀及所存在的問題，激發(fā)他們的愛國熱情和從事科學(xué)研究的意識。增強學(xué)生對我國能源和環(huán)境問題的迫切感，重點培養(yǎng)學(xué)術(shù)不畏困難的科學(xué)精神。讓學(xué)生理解新能源材料在國民經(jīng)濟中的地位以及本課程的性質(zhì)、作用，鼓勵學(xué)生為我國能源事業(yè)的發(fā)展而奮斗學(xué)習(xí)。

在第二章儲能材料的學(xué)習(xí)中，首先對儲能技術(shù)及其應(yīng)用、儲能原理、儲能材料的基本特性、及儲能材料的遴選原則進(jìn)行詳細(xì)講述，接著對顯熱儲能、潛熱儲能和化學(xué)反應(yīng)熱儲能的區(qū)分及應(yīng)用進(jìn)行分析;最后則對儲能技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、儲能技術(shù)的前景和挑戰(zhàn)、以及儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和展望。本章的學(xué)習(xí)難點在于讓學(xué)生掌握顯熱儲存和潛熱儲存的原理和有關(guān)材料，在理解化學(xué)能儲存和化學(xué)能儲存的原理的基礎(chǔ)上，掌握各種儲能技術(shù)特點。學(xué)習(xí)難點則在于掌握儲能原理與技術(shù)，把我國儲能技術(shù)和目前的需求相比較，激發(fā)學(xué)生探索儲能未知的知識。在這一章的教學(xué)中，我們將深挖課程素材，包括網(wǎng)上的科學(xué)熱點和課程教育資源，比如，只有小學(xué)學(xué)歷的農(nóng)民李廣朝，利用本地盛產(chǎn)果樹的資源優(yōu)勢，憑借多年的市場調(diào)研和刻苦專研，成為中國儲能類炭材料領(lǐng)域的“引領(lǐng)者”[4]。還有北京宇田相變儲能科技有限公司創(chuàng)始人，業(yè)界稱之為“相變儲能材料專家”、“行業(yè)領(lǐng)頭人”的杜兔平，從研究煤化工到研制金屬材料、無機材料及高溫蓄熱材料，從相變儲能材料專家到行業(yè)領(lǐng)頭人，致力研制低、中、高各溫度段的相變儲能材料，并以此為基礎(chǔ)，提供全方位的人體溫度熱管理、儲能供熱管理、環(huán)境熱管理、設(shè)備熱管理等整體解決方案。課堂上安排相應(yīng)的時間為學(xué)生講解著名科學(xué)家的鮮活事例，突出科學(xué)家為儲能材料的研究和開發(fā)所付出的辛勤勞動和奉獻(xiàn)精神，比如我國著名的科學(xué)家徐祖耀院士，在材料相變、形狀記憶材料和材料熱力學(xué)等領(lǐng)域開創(chuàng)國內(nèi)研究的先河，并獲得世界先進(jìn)水平的成果，為我國材料科學(xué)的發(fā)展和材料技術(shù)的進(jìn)步作出杰出的貢獻(xiàn)[5]。以上課程素材的介紹，除了激發(fā)學(xué)生的好奇心以外，還能培養(yǎng)學(xué)生對我國儲能產(chǎn)業(yè)的喜愛和為之奮斗的動力，保障儲能發(fā)展歷史知識與理論知識同步進(jìn)行。

在第三章鋰離子電池材料部分，除了讓學(xué)生熟悉目前石油、煤炭、天然氣等化石能源的儲量及其在各國的占比、各國對新能源的重視程度，能源政策等。介紹我國目前鋰離子電池的應(yīng)用現(xiàn)狀，讓學(xué)生感受到國家近些年科技的突飛猛進(jìn)，也讓學(xué)生產(chǎn)生對科技的熱愛。本章的課程內(nèi)容將圍繞鋰離子電池的發(fā)展歷史、鋰離子電池正負(fù)材料、鋰電池的隔膜材料及電解質(zhì)、鋰離子電池的優(yōu)缺點及其應(yīng)用等四大板塊分別進(jìn)行講述，介紹我國目前鋰離子電池的應(yīng)用現(xiàn)狀，讓學(xué)生感受到國家近些年科技的突飛猛進(jìn)，還能讓學(xué)生產(chǎn)生對科技的熱愛。本章內(nèi)容的教學(xué)重點在于讓學(xué)生理解和掌握鋰離子電池工作原理，教學(xué)難點則在于讓學(xué)生掌握鋰電池及正負(fù)材料的特點、種類和利用。通過線上自學(xué)、通過閱讀、上網(wǎng)查詢等方法對生活中我們對鋰離子電池應(yīng)用的實例分析，小組之間積極討論，增強對鋰離子電池材料相關(guān)知識的理解。通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握鋰離子電池的工作原理及其特點。理解鋰離子電池正負(fù)極材料，了解各種材料的作用機理及制備技術(shù)。

在第四章燃料電池的學(xué)習(xí)中，從概述堿性燃料電池材料開始，對它與普通干電池和蓄電池的區(qū)別進(jìn)行講解，通過對燃料電池的發(fā)展歷史進(jìn)行介紹，從燃料電池的工作原理、特征和關(guān)鍵材料等幾個方面出發(fā)，重點介紹質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池進(jìn)行對比和分析，進(jìn)而對不同燃料電池的應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)行展望。本章的學(xué)習(xí)重點在于讓學(xué)生熟悉和掌握堿性燃料電池、磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池材料的特點、類型和應(yīng)用，以及各種燃料電池材料的篩選原則，學(xué)習(xí)難點在于讓學(xué)生理解各種燃料電池的工作原理及應(yīng)用。課堂上將介紹我國燃料電池開拓者之一衣寶廉院士，他主要從事化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化研究，80年代利用燃料電池技術(shù)，實現(xiàn)空氣氧氮分離制備純氮氣，電解水制備超純氫。安排學(xué)生通過課外社會調(diào)查，資料查詢開展關(guān)于燃料電池的研究性學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識燃料電池對促進(jìn)社會進(jìn)步和提高人類生活質(zhì)量方面的重要影響。使學(xué)生掌握堿性燃料電池、磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池材料。理解質(zhì)子交換膜燃料電池材料的特點、類型和應(yīng)用。熟悉燃料電池的工作原理及各種燃料電池材料，難點在于理解各種燃料電池材料的種類和應(yīng)用。

在第五章太陽能電池的學(xué)習(xí)中，首先給學(xué)生介紹光伏效應(yīng)與太陽能電池的基礎(chǔ)知識，包括對太陽能概述、太陽能利用方式、太陽能電池的分類的講述。其次，對不同的太陽能電池材料及基礎(chǔ)應(yīng)用進(jìn)行講解，從太陽能電池的物理基礎(chǔ)進(jìn)行理論知識的展開，再到不同太陽能電池材料的發(fā)展歷程和它們的應(yīng)用進(jìn)行分析，重點對硅太陽能電池制備技術(shù)及其它與其它類型太陽能電池的區(qū)別進(jìn)行分析，以及光電轉(zhuǎn)換性能的對比，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點，介紹晶硅太陽能電池的制備，對硅材料的制備工藝和晶硅電池生長流程進(jìn)行視頻方式的介紹，使學(xué)生掌握太陽能電池基本概念，理解不同類型太陽能電池的工作原理和特性。通過理論知識講解，讓學(xué)生了解半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、載流子的運輸、光與半導(dǎo)體相互作用等物理問題。本章的學(xué)習(xí)重點是讓學(xué)生掌握掌握P-N結(jié)的形成過程、了解擴散運動、漂移運動、動態(tài)平衡、內(nèi)建電場、空間電荷區(qū)等專用名詞的含義，掌握半導(dǎo)體與光伏效應(yīng)的關(guān)系，轉(zhuǎn)換效率及其影響因素等內(nèi)容。學(xué)習(xí)難點在于讓學(xué)生通過理論知識的學(xué)習(xí)而掌握不同類型太陽能電池的工作原理。安排學(xué)生課后查詢與太陽能電池研究有關(guān)的資料文獻(xiàn)，來鞏固課上所學(xué)的不同類型太陽能電池的特點及應(yīng)用現(xiàn)狀。通過本章的教學(xué)，使學(xué)生掌握太陽能電池基本概念，理解不同類型太陽能電池的工作原理和特性。了解半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、載流子的運輸、光與半導(dǎo)體相互作用等物理問題。熟悉半導(dǎo)體與光伏效應(yīng)的關(guān)系，轉(zhuǎn)換效率及其影響因素。

2 ?教學(xué)方式

《新能源材料》課程中除了基本的工作原理以外，相關(guān)新能源材料以及器件的知識更新速度非?？欤缎履茉床牧稀方滩纳系闹R均已是傳統(tǒng)和成熟的基礎(chǔ)理論，但不能完全涵蓋新能源行業(yè)的當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢。所以，在《新能源材料》課程的教學(xué)方式上，教師將根據(jù)每章的教學(xué)內(nèi)容布置相應(yīng)的討論議題，讓學(xué)生通過課后查找相關(guān)論文及其它文獻(xiàn)資料，深入了解我國新能源材料行業(yè)的優(yōu)勢與特色、目前存在的問題、及將來面臨的挑戰(zhàn)與機遇等，認(rèn)真領(lǐng)會每章不同領(lǐng)域中著名科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度、毫厘必究的科學(xué)精神，從而樹立守正創(chuàng)新、科技強國的科學(xué)信念。

在《新能源材料》教學(xué)方式方面，將瞄準(zhǔn)新能源科學(xué)與工程專業(yè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿，面向經(jīng)濟社會發(fā)展需求，借鑒國內(nèi)外《新能源材料》課程成果，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，更新完善《新能源材料》的教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化《新能源材料》的教學(xué)方式，形成具有鮮明特色的《新能源材料》課程的核心討論群。以科學(xué)發(fā)展觀改革《新能源材料》課程的教學(xué)內(nèi)容，反映新能源科學(xué)與工程的學(xué)科進(jìn)展，結(jié)合新能源科學(xué)與工程專業(yè)的任務(wù)和業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建專業(yè)化的《新能源材料》教學(xué)方式。整個課程的教學(xué)也要把握主線，引導(dǎo)學(xué)生從各類新能源的具體概念及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，教師采用多媒體教學(xué)手段，深入找尋相應(yīng)的課程素材，配合課上基礎(chǔ)知識的講授及適當(dāng)?shù)乃伎碱}，在保證講課進(jìn)度的同時，也要注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛;通過分組研討式教學(xué)方式，讓學(xué)生在課堂之外更多地了解新能源材料領(lǐng)域研究現(xiàn)狀和未來，培養(yǎng)他們能以馬克思唯物主義觀點去分析問題并給出嚴(yán)謹(jǐn)結(jié)論的能力。

另外，積極建立《新能源材料》課程群的教學(xué)組，開展《新能源材料》課程教學(xué)方法的研究，探索適合《新能源材料》課程所包含的四個內(nèi)容模塊的教學(xué)模式，進(jìn)行《新能源材料》課程建設(shè)與教學(xué)研究與改革的研究，通過啟發(fā)式、討論式、參與式、案例式等教學(xué)方法在《新能源材料》課程教學(xué)中對比分析它們的應(yīng)用效果，也根據(jù)學(xué)生反饋的接受效果對教學(xué)方式進(jìn)行及時調(diào)整。

3 ?課外實踐

傳統(tǒng)的《新能源材料》課程的教學(xué)方式主要集中在教室，由于缺乏課外實踐，學(xué)生對于課堂上所學(xué)的內(nèi)容并沒有直觀的認(rèn)識。因此，學(xué)生很難全面掌握新能源材料所需的專業(yè)知識。尤其是在目前“雙減”政策的形勢下，學(xué)生不僅需要有新能源方面的專業(yè)知識，也要具有扎實的滿足“碳中和”和“碳排放“目標(biāo)的工科基礎(chǔ)。新能源科學(xué)與工程作為交叉性較強的專業(yè)，除了課堂上《新能源材料》的教學(xué)方式之外，還需讓學(xué)生在課外時間多多查閱新能源材料相關(guān)的參考文獻(xiàn)和工程實踐訓(xùn)練。借助學(xué)校儲量豐富的圖書館及多個數(shù)據(jù)庫，通過查閱和自行學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握課本以外的相關(guān)知識。

江蘇大學(xué)與國內(nèi)多家新能源企業(yè)有著長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，可供本專業(yè)的學(xué)生在此類新能源技術(shù)產(chǎn)教融合校外實踐基地進(jìn)行實踐學(xué)習(xí)。另外，學(xué)校大力推進(jìn)新能源產(chǎn)學(xué)研合作，比如，在太陽能電池應(yīng)用方面，與常州天合光能、無錫尚德、徐州協(xié)鑫、鹽城阿特斯等公司開展了廣泛的研發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)化等合作模式，以及合建了一批穩(wěn)定的光伏發(fā)電實踐工作站，另外，《新能源材料》課程包括化學(xué)在內(nèi)的多學(xué)科理論知識，同時修讀的學(xué)生需要掌握較寬的應(yīng)用知識以及一定的工程技術(shù)基礎(chǔ)，從而該課程的內(nèi)容設(shè)置根據(jù)新能源科學(xué)與工程的專業(yè)建設(shè)目標(biāo)，與本專業(yè)的實踐基地單位一起參與研究，合理確定《新能源材料》課程的理論教學(xué)與實踐教學(xué)的比例，形成結(jié)構(gòu)合理、特色鮮明的課程教學(xué)體系，推動企業(yè)與學(xué)校共同完成新能源科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)方案和《新能源材料》課程的教學(xué)體系建設(shè)，提高學(xué)生到企業(yè)實習(xí)的規(guī)范化和實踐教學(xué)的質(zhì)量[6]。

另外，通過創(chuàng)建《新能源材料》課程案例，及時更新《新能源材料》課程的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生知識、實踐技能與產(chǎn)業(yè)需求接軌，實施課程教學(xué)、校外實訓(xùn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目開發(fā)、參加競賽等多種模式，強化學(xué)生課程知識領(lǐng)悟能力和工程實踐能力培養(yǎng)，進(jìn)而提高學(xué)生的就業(yè)競爭能力和創(chuàng)新能力，為將來的就業(yè)和科學(xué)研究提供更好的知識儲備和前期基礎(chǔ)。

4 ?結(jié)語

《新能源材料》作為新能源科學(xué)與工程的專業(yè)基礎(chǔ)課程，由于其包含的課程內(nèi)容范圍廣泛，涉及儲能材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料及太陽能電池材料及相對應(yīng)的器件等四大模塊，所以在有限的課程講授時間里，把握好課程內(nèi)容、教學(xué)方式是非常重要的。另外，由于新能源處于快速發(fā)展的階段，所以課本的知識跟不上相關(guān)新能源材料的更新，所以在實際的教學(xué)過程中，就要根據(jù)當(dāng)前新能源行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及科研熱點進(jìn)行知識點的更新與替換，讓學(xué)生能及時學(xué)到相應(yīng)的新能源材料課程相關(guān)的知識體系。另外，為了學(xué)生更好地理解和消化課堂上所接收的知識點，學(xué)校增加了學(xué)生的課外實踐環(huán)節(jié)，讓老師把課堂理論知識講授和課程素材就教育目標(biāo)結(jié)合起來，為學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)和今后的科研打好堅實的知識基礎(chǔ)和扎實的工程訓(xùn)練能力。本文從課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方式和課外實踐三方面出發(fā)，分別探討了如何通過課程素材、實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)及競賽等措施的引入，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，繼而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實的理論知識基礎(chǔ)和實踐能力，從而做到提高新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標(biāo)。

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