新能源材料与器件专业实验课程设置探讨

2014-05-02武元鹏

实验技术与管理 2014年4期

周莹，谢娟，张骞，武元鹏，庄稼

（西南石油大学材料科学与工程学院，四川成都 610500）

随着经济社会的快速发展，能源和环境问题成为关系国民经济可持续发展的突出问题，引起了国际社会的普遍关注，新能源材料与器件成为了关乎国家发展和安全的战略性问题［1－3］。为此，2010年，教育部批准在全国15所高校设置“新能源材料与器件”国家战略性新兴产业专业，我校以良好的能源学科建设和科学研究为依托，成功申报获批建设全国首批新能源材料与器件本科新专业。由于我国专门的新能源专业开设较晚，新能源材料与器件专业的建设正处于起步阶段，尚无现成经验可以借鉴［4］，虽然已分别于2011年和2012年在华东理工大学、西南石油大学、华北电力大学召开了3次全国新能源材料与器件专业建设研讨会，深入探讨了该专业的培养方案、课程设计、实验课程建设等，但是由于各高校尚未完整培养出新能源材料与器件专业的首届应届毕业生，在专业建设的实践过程中仍有许多值得研究和探讨的问题。本文结合西南石油大学3年来在新能源材料与器件专业建设方面的经验和积累，围绕实验课程设置进行探讨。

1 新能源材料与器件的课程体系

西南石油大学是新中国创建的第2所石油本科院校，建有油气藏地质及开发工程国家重点实验室，在石油天然气等传统能源领域优势突出、特色鲜明，在国家加快对新能源的开发和利用的背景下，结合国家和四川省中长期科技发展规划和能源战略，我校于2010年成立了新能源研究中心，并开始建设新能源材料与器件专业。我校高度重视新能源材料与器件专业及相关学科发展，大力支持该专业建设，并从全校2010级理工科学生中选拔了30名优秀学生作为新能源材料与器件专业的首批学生。经过3年的专业建设，已逐步完善了该专业的培养方案、课程设计、教学大纲等。课程体系设置突出厚基础、宽口径的思想，反映特色和适应国民经济社会发展需要等原则，重视工程实践和科学创新思维的培养［5］。

新能源材料与器件相对于传统的材料科学与工程一级学科目录下的材料类专业有其自身鲜明的特点，特别是如何处理和平衡材料与器件的关系成为课程体系设置的难点。我校在课程体系设置方面，注重夯实学生的化学、物理、材料基础，提出建设能量转换材料与器件，储能材料与器件2门核心课程，其中《能量转换材料与器件》已于今年被科学出版社作为“十二五”规划教材出版，具体的课程体系如图1所示。因此，我们在课程设置上并不突出和强调单一的材料和器件，而是以能量的转换和储存为核心，建设能量储存和能量转换课程模块。以能量储存模块为例，学生在学习材料物理化学、无机及分析化学、应用电化学等基础课程的基础上，以储能材料与器件为桥梁（见图1），在此基础上学生可根据自己的兴趣选择相应的侧重器件和工艺方面的选修课程，在工程实践过程中，巩固所修的专业知识。

图1 新能源材料与器件专业课程体系

2 新能源材料与器件实验课程的设置

根据已构建的专业课程体系，在实验课程设置上也是以能量的转换和储存为核心，在强调与材料科学相关的物理、化学知识的基础上［6］，注重提高学生在器件方面的设计和动手能力。围绕上述培养目标制定了具有专业特色的实践教学体系，包括专业基础实验、专业综合实验和工程实践3个层次［7－8］，见图2。

（1）专业基础实验。现阶段主要包括电化学和光电化学测试实验，一方面因为这是能量转换和储存的基础性实验，另一方面可有效衔接前期学过的应用电化学、半导体物理等课程，有助于在提高学生动手能力的同时，温习和巩固理论知识［9］。

（2）专业综合实验。主要是在专业基础实验的基础上，使学生对部分新能源材料的制备、表征以及器件的组装和性能测试有初步的了解和认识［10］，形成材料研究的意识和具备初步参与材料与器件研究的能力。目前专业综合实验设置了染料敏化太阳能电池组装与测试，锂电池电极材料的制备及性能表征，可见光光催化材料的制备及催化性能测试和薄膜太阳能电池的制备及性能4个模块（见图2）。这主要是在兼顾能量转换与储存、材料与器件的基础上，根据现有师资队伍的研究方向和内容选定的。这一方面有利于打破实验内容陈旧不能与最新研究成果衔接的问题［11］。以笔者学习工作过的瑞士苏黎世大学为例，为本科高年级学生开设的化学综合实验课，每年并无固定的实验内容，而是由各个研究课题组根据自身的研究进展，拟定相应的实验课题和内容，有利于激发学生的学习热情和创新思维。另一方面有利于将实验教学和科研资源进行有机的整合。我校在2000年就开设了针对本科生的开放实验基金，自2012年起，在企业的资助下，材料学院每年出资20万元用于设置本科生创新基金，因此，可以很好地将本科生开放实验融入到专业综合实验中［12］。目前已有本专业学生申报的项目得到国家级大学生创新创业训练计划资助，并在四川省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获奖。

图2 新能源材料与器件专业实践教学体系图

（3）工程实践。这一阶段主要通过课程设计和生产实习培养学生的工程实践能力，并已规划了“风－光转换一体”和“光伏器件生产”2个实训平台，通过实训平台促进校企合作实验基地的建设。此外，学生在经过专业基础实验，专业综合实验及开放基金的训练后，具备了查找资料的能力［13］，为毕业论文的选题、文献综述和实验方案设计做好了准备。如果能把专业实验、开放基金和毕业设计有机地结合起来，非常有利于学生进行系统的科学锻炼，培养学生的创新思维，增强学生文献调研、实验设计、实验操作及实验结果分析等综合实验能力。

3 存在的主要问题和建议

经过3年专业建设，发现在实验课程设置和建设上也存在一些问题：

（1）专业基础实验过于偏重于电化学。这主要是受现有的仪器设备所限，在后期的建设中将增加半导体物理性能相关的测试实验，并且建议在专业基础课程中，除了半导体物理外，还应当增设半导体工艺学，增强学生在器件设计和工艺方面的理论知识。

（2）实训平台尚未建立。由于专业建设时间短，规划的实训平台尚未能建立，在现有条件下，建议建设新能源材料与器件虚拟实验平台，可以打破实体实验资源局限，共享优质教学资源，有效降低教学设备成本［14］。

（3）实习基地建设困难。当前新能源行业面临很多挑战，特别是去年美国和欧洲对中国光伏企业征收高额的反倾销税以来，加剧了行业的困难，一批企业面临停产甚至倒闭的风险，这为建立合适的实习基地带来了很大困难。如果实习企业选择不当，将严重影响学生的学习热情和积极性。

4 结束语

为了培养出国家和地方急需的新能源材料与器件专业技术人才，西南石油大学依据学校发展定位和“十二五”规划加快了新能源相关专业及学科的建设，在3年的新专业建设中，围绕能量转换和储存初步建立了阶梯式的3层实验体系，加强学生工程实践，致力于培养学生的独立思考能力和创新意识，为国内开设同类专业的高校提供了可参考的实验课程设置体系。

（

）

［1］杜柯.新能源材料与器件新专业教学之浅见［J］.湖北函授大学学报，2011，24（8）：91－92.

［2］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（6）：107－108.

［3］李品将，法文君.《新能源材料与技术》课程教学实践与探索［J］.能源与环境，2011（3）：36－37.

［4］曾惠丹，杨云霞，赵崇军，等.新能源材料与器件专业实验教学探讨［J］.实验室研究与探索，2012，31（10）：109－111.

［5］谢娟，周莹，王虎.浅谈新能源材料与器件专业课程与教学资源建设［J］.科教文汇，2013（6）：78－79.

［6］晏井利，梅建平，王仕勤.材料科学与工程专业实验教学改革与实践［J］.实验技术与管理，2011，28（6）：259－261.

［7］林华，李庆，陈志谦.材料物理专业创新型人才培养实践教学体系的构建与实践［J］.西南师范大学学报：自然科学版，2013，38（3）：161－164.

［8］庞超明，秦鸿根，张亚梅，等.材料专业本科实验教学课程设置的思考［J］.实验技术与管理，2011，28（6）：271－275.

［9］蔡元兴，段培永，孙德明，等.提高专业实验教学质量的体会［J］.实验科学与技术，2013，11（1）：112－113.

［10］吴音，龚江宏，唐子龙.无机非金属材料实验教学的研究与探索［J］.实验技术与管理，2011，28（6）：257－258.