西部高校新能源材料专业实践教学模式的研究与实践

2014-03-26陈慧媛杨桂军韦浩民

实验技术与管理 2014年7期

南辉，林红,2，王刚，陈慧媛，杨桂军，韦浩民

(1.青海大学机械工程学院，青海西宁 810016；2.清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084)

由于全球气候变迁、空气污染问题以及常规化石油能源的日益枯竭，新能源技术的开发与利用逐渐引起人们的高度关注。西部地区的新能源材料产业依托其独特的自然条件，具有巨大发展潜力。培养社会急需的与新能源材料相关的高技能实用人才，为地区乃至全国的经济建设服务是西部高校面临的重要任务。本文以我校新能源材料专业实践教学为例，分析了目前该专业的现状与存在的问题，并以此为基础，结合我校教学现状给出了以应用创新型人才为培养目标的新能源材料专业实践教学的改革方案。

1 新能源材料专业现状与存在的问题

1.1 专业现状

新能源材料产业是我国西部国民经济建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在区域经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。青海大学机械工程学院结合已有的学科基础和社会发展的用人需求,于2008年设立了新的专业——新能源材料专业。目前国内仅有武汉理工大学、西安交通大学等几所高校开设相关专业。该专业依托地区经济发展，要求学生在全面掌握材料科学基础理论和相关技术的基础上，进一步掌握材料制备与成型技术在风电、光电、能量转换和环境保护中的发展和应用。

1.2 存在问题

新能源材料专业的实践性非常强，与工程实际结合紧密[1-2]。但是，由于传统的教学模式比较强调理论教学的系统性与完整性，在课程设计上，理论课科目多，占的总学时也比较多，较少考虑学生实践能力的培养。近年来，虽然高校为了改变这种理论教学与实践相脱离的现象，逐步增强实践教学的环节以提高学生的工程应用能力，比如增加毕业设计、认识实习、生产实习、综合实验设计的课时，取得了一定成绩，但离培养学生实践能力的要求还存在差距，主要有以下2点：

(1) 毕业设计的实用性不强。目前新能源材料专业毕业设计题目多为理论设计，不需要动手操作，只要按照规定的步骤进行设计、计算就可以完成相关内容，同时由于扩招后学生人数的骤然增多，难以保证每一位学生毕业设计题目的实用性。

(2) 综合实验设计的质量不高。由于新能源材料专业实验室的建设对场地、设备、技术的要求比较高，且一次性投资数额大。综合实验设计题目多沿用材料科学与工程等专业的题目，而与新能源材料专业相关的能量转换测试与分析的题目较少，以致学生实践创新能力下降，学习积极性不高。

鉴于新能源材料专业实践环节的诸多不足，我们希望改变原有的实验教学体制，由原来的“师本教育”转变为“生本教育”，构建应用型实践教学体系。

2 新能源材料专业实验教学理念及体系构建

2.1 实验教学理念

新能源材料专业课程涉及光伏发电技术、热能动力工程、冶金、材料、机械、能源动力等许多学科领域，概念多、知识面广、工程应用性强。如果忽视新能源材料专业的实践教学，势必不能有效提高学生解决实际问题的能力，达不到培养学生实践能力和创新素质的目的。鉴于此，高校应以培养应用型人才为主，结合学校实际，以典型工程背景为条件，以贴近工程实际进行实践教学为手段，设置科技奖励学分，逐步激发学生的学习积极性，提高教学实践质量，同时培养学生的科技创新能力，提高学生的实践动手能力。

2.2 实验教学体系的构建

在实践教学体系构建过程中，应采取“五结合”做法，即实验教学与科学研究相结合、强化基础与提升能力相结合、传统方法与现代手段相结合、毕业设计与工程实际相结合、科技创新与学生实践相结合[3-5]。

(1) 构建多功能、多层次、开放型的新能源材料专业实验教学大平台。平台1(专业兴趣激发)的功能是唤醒学生对现代能源材料领域技术和装置的好奇心与专业兴趣，激发后续科学素质训练的原动力，为后续的专业基础和专业课程学习打下良好基础，比较经典的兴趣激发方式见表1；平台2(科学素质培养)的功能是设置科技奖励学分制度，利用完善的实验课程体系和先进的实验室条件，培养学生掌握专业实验的基本内容、基本方法和基本技能，将学生的课程设计、毕业设计、学位论文等，与科研项目相结合，从而提高学生发现、分析和解决问题的能力；平台3(科技创新实践)的功能是充分发挥现代大学生善于挑战和勇于创新的优点，利用高校已有的大学生“挑战杯”、 “工业设计大赛”，“电子设计大赛”等平台，鼓励学生积极参与各种创新实践活动，使学生在创新活动过程中直接充当主体，自组团队，最终实现学生创新意识、实践能力以及团队协作精神全面提高的培养目标。

表1 实验教学中教师激发学生专业兴趣的方式

(2) 建立新能源材料专业的实验教学数据库。随着数据库的建立，使实践教学由以教为主转变为以学为主，把各种素材和视频资料整合起来，实施大学生自主学习的实验教学模式。学生可以通过直观化、动态化的数据库学习实验的相关内容，掌握实验原理，这种模式的学习、思考和交流有助于学生对新能源材料专业实验内容的掌握，能起到事半功倍的教学效果。

(3) 注重培养方向与目标需求的紧密结合,不断更新实验教学内容。由于新能源领域高新技术的快速发展，特别是信息技术在该领域的广泛应用，我们在不断充实、改进原有实验内容和方法的同时，及时淘汰一些操作简单、内容陈旧的实验项目，精选出一些符合市场需求和技术发展方向的新的实验内容和实验方法，充实到实验教学体系中。通过进行具有时代气息并与生产实践、工程开发和科学研究密切相关的实验，开阔学生眼界，拓展思路，提高技能。

(4) 改变传统教学模式，建立流程式实验教学方式，进而构建统一、完整、综合、模块化的实验教学体系。以薄膜电池光阳极的制备为例，采用如图1所示的流程式教学来介绍。在教学上强调将传统技术与现代技术相结合、基础实验与创新实验相结合、硬件实验与软件模拟相结合、理论教学与实践教学相结合、课内学习与课外科技活动相结合。通过以多晶硅电池制备的实物教学、染料敏化太阳能电池多媒体光盘展播、风力发电模型综合演示实验、动力技术发展史讲座、光电转换材料专家讲座，辅之以“大学生‘挑战杯’作品展示长廊”等多种形式，激发学生学习的兴趣和激情。

图1 薄膜电池光阳极的制备流程式教学

(5) 建立符合高校自身特点的创新实践机制，努力把创新理念融入到实践教学全过程中。在完成正常的实践教学内容外,设置创新奖励学分制度，利用课余空闲时间，分层次、分项目地开展创新实践活动。根据设备、仪器、教师资源情况，以个人或小组形式在教师的指导下，充分发挥学生自己的创造性，独立完成实验方案的设计与实施、实验数据的测试与分析，提高学生参加实践活动的兴趣，培养学生的创新意识和综合能力，同时充分发掘学生的创新潜能，培养学生的团队意识、组织管理能力和综合实践能力。

3 新能源材料专业实验教学保障体系的搭建

3.1 紧密结合区域经济，打造高水平实践教学平台

西部高校主要为地区培养技术型应用人才，而西部地区产业结构有明显的地域性，因此实验室的建设和实践教学的开展要紧密结合当地产业特点，开设具有较强实用价值的实验内容，为学生今后就业打下一定基础[6]。

3.2 依托“科技服务企业”的平台，走产学研结合的可持续发展道路

西部高校地处边远，实验教学硬件建设资金投入有限，一些高档设备价格动辄百万元，学校只靠自身能力购置几乎不可能，此时要充分整合、利用社会资源，主动联系企业，借他山之石弥补设备资源不足的现状[7-9]。

通过“科技服务企业”的平台，将工程应用与工程育人相结合，构建开放式的实践教学体系。可聘用具有丰富工程实践经验的研究员、高级工程师参与实践教学，通过多种形式，用他们丰富的工程实践经验，使学生受益。同时，通过他们将实际工程问题作为案例引入实验教学内容，拓展实验教学的内涵与层次，用自己所学的知识解决现实问题，从而培养学生的科学探究与创新能力[10-11]。我校与青海省新能源研究所、青海亚洲硅业、青海盐湖集团、青海铝业等省内数十家大型企业建立了长期合作关系，不仅为学生的科技创新提供了优质资源和环境，而且为学生就业和今后发展提供了广阔空间。

3.3 重视基础实验模块的教学

目前，随着国家“中西部高校综合能力提升工程”项目的开展，高档先进设备也逐步进入西部高等学校，但是新能源材料专业实验教学的基础是各类基本技能训练，只有在掌握了如材料制备、材料成型与加工、能量转换、能源动力等基本技能后，学生才能更好地体会和掌握新能源材料实验教学的相关内容[12]。因此，高校在配备仪器设备时，不能一味追求大、新、全，而应该从实践教学基本规律入手，使有限的资金、场地，合理地发挥最大作用。