新能源材料与器件专业建设与人才培养模式探讨——以合肥工业大学为例

石　敏，　陈翌庆，　许育东

(合肥工业大学 a.材料科学与工程学院；b.教务部，合肥　230009)



新能源材料与器件专业建设与人才培养模式探讨
——以合肥工业大学为例

石敏a，陈翌庆b，许育东a

(合肥工业大学 a.材料科学与工程学院；b.教务部，合肥230009)

“新能源材料与器件”专业是国家为顺应新能源发展而新设置的本科专业。文章以合肥工业大学为例，论述了该专业人才培养中存在的问题，提出了制定具有特色的人才培养目标以及改革教学方法和教学手段、提高师资队伍的综合素质、建立和完善人才培养质量的评价体系等措施，以全面提高该专业学生的培养质量。

“新能源材料与器件”专业；人才培养目标；教学方法和教学手段；人才培养质量的评价体系

一、引　言

随着经济的迅速发展，中国对于能源的需求不断增长，而传统的煤、石油和天然气等化石能源因其储量有限，且产生温室效应和环境污染。为了减少环境污染和缓解能源危机，需要大力发展新能源产业。由于新能源材料在新能源产业中起着举足轻重的作用，发展新能源产业就需重点研究和应用新能源材料，就迫切需要大量“新能源材料与器件”专业的高级专业技术人才。而2010年以前，中国高校均没有设置“新能源材料与器件”专业，只有部分高校设置了相近的专业，如材料物理和功能材料专业，中国高校还没能系统地培养直接面向新能源材料研发和应用方面的高级专业技术人才，而随着新能源产业的迅猛发展，对“新能源材料与器件”专业人才需求量也在不断加大[1,2]。针对这种情况，教育部于2010年7月批准新设“新能源材料与器件”专业，目的是培养面向新能源材料应用的高级专业技术人才， 2010 年全国共有15所高校 (包括中南大学、电子科技大学、合肥工业大学等高校)获准设置该新专业，此后，国内又有多所高校获准设置该新专业，到目前为止，国内已有27所高校(包括北方民族大学、新余学院、厦门理工学院、三峡大学等高校)设置该专业。通过查阅文献，没有发现国外高校设置了“新能源材料与器件”专业，只有美国俄勒冈州技术学院设置了与“新能源材料与器件”专业相近的新能源专业，该专业设置的课程除了包括中国“新能源材料和器件”专业的主要课程内容外，还包括电力传输和电力控制方面的课程，培养的学生就业方向并不局限在新能源材料，还包括新能源工程应用。

到目前为止，国内各高校已对该专业人才培养进行了有益的探索，取得了一定的成果，但还存在以下不足:

第一，由于该专业设置时间较短，其专业基础薄弱，到目前为止，各高校还没有形成稳定的人才培养模式[3]。

第二，各高校的该专业专职教师主要来源于高校原有的“材料物理”专业或其它与“新能源材料与器件”相近的专业，大部分老师直接从高校毕业，虽然理论水平较高，但缺乏工程实践训练，在新能源材料应用方面存在明显的不足，教师在授课时往往只能纸上谈兵，无法提高学生对于新能源材料的实际应用能力，无法保证该专业学生的培养质量。

第三，各高校普遍重视基础理论知识的传授,但在将理论应用于实际的能力、学生动手能力和创新能力培养方面存在不足[4],使该专业毕业生的竞争力和创新能力较差。

第四，还没有形成对毕业生培养质量方面进行客观评价的机制。

第五，各高校在进行该专业人才培养时，没有完全体现高校自身的特色。

合肥工业大学是首批获准设置“新能源材料与器件”本科专业的高校之一。获批设置该专业后，该专业教师在材料物理专业(安徽省重点专业)建设的基础上，借鉴材料物理专业的特色方向(太阳能电池材料和光电子材料)人才培养的经验，申报了国家级特色专业，2011年，该校的“新能源材料与器件”专业获批国家级特色专业。文章结合合肥工业大学该专业建设中的所采取一些措施进行论述，以期为 “新能源材料与器件”专业人才的培养提供一些经验。

二、制定有特色的人才培养目标

合肥工业大学“新能源材料与器件”专业的特色为：适应新一代高性能绿色能源材料、技术和器件(如汽车、通讯、医疗等领域的动力电源)及其产业、市场发展的需要，培养从事新能源材料加工制备、新能源汽车、节能减排等领域的研发、制造生产、管理等高级工程技术人才。以“工程基础厚、工作作风实、创业能力强”的合肥工业大学人才培养特色和“新能源材料与器件”专业特色为指导，结合工程教育专业认证教育模式，以能力为导向制定培养目标，将“知识-能力-素质”的要求完整融入其中，确定了该校“新能源材料与器件专业”的人才培养目标，即培养适应国家战略新兴产业现代化建设需要，德智体美全面发展，基础扎实、知识面宽，具有创新、创业意识，具有竞争和团队精神，具有良好的外语运用能力，能在材料科学与工程领域，特别是在“新能源材料与器件”加工制备、新能源汽车、节能减排等领域从事科学研究、技术与产品开发、生产工艺工程设计、质量控制和生产经营管理等工作的、具有国际视野的高素质专业人才。

三、制定有特色的课程体系

在专业目标的基础上，考虑到新能源材料应用时要涉及材料、物理、化学，以及半导体材料、新型能量存储材料等方面的知识，设置了具有合肥工业大学专业特色的“新能源材料与器件”课程体系(“新能源材料与器件”专业课程体系模块结构图，见图1)。

首先，在设置课程体系时，突出物理和化学基础知识，设置了专业前导课程，分为材料物理课程体系和材料化学课程体系。设置材料物理课程体系主要目的是使学生能更深入地理解新能源材料的物理本质，相应设置了量子力学、理论力学、原子物理、统计物理等课程；设置材料化学课程体系主要目的是使学生能更深入地掌握新能源材料制备的化学原理，相应设置了无机化学、物理化学等课程。

第二，设置了专业基础课程，包括材料科学基础、固体物理、半导体物理、材料分析测试、电化学原理等课程。材料科学基础主要是让学生能认识材料的结构与性能间的关系。考虑新能源材料所涉及的半导体和太阳能电池等方面的理论基础，设置了“固体物理”、“半导体物理学”等特色课程，这两门课程为“太阳能电池原理与工艺”、“半导体器件与工艺”、“光电子材料”等课程提供理论基础。考虑到太阳能材料、锂离子电池、燃料电池等能量储存材料中涉及电化学方面的知识，设置了“电化学原理”课程。

第三，考虑到学生将来潜在的就业方向，开设了选修课程，包括几个不同的模块：一是太阳能电池材料和光电子材料方面，设置了“太阳能电池原理与工艺”、“半导体器件与工艺”、“光电子材料”，“LED封装及应用”等课程；二是锂离子材料和燃料电子材料方面，设置了“锂离子电池原理与工艺”、 “燃料电池原理与技术”课程；三是其它新能源材料方面，设置了“新能源器件工艺原理”、 “新能源汽车动力电池”、“核能材料概论”等课程。

图1　“新能源材料与器件”专业课程体系模块结构图

这些专业课程的设置，有利于学生系统地学习与新能源材料相关的基础理论和专业知识，使学生毕业后能从事半导体材料、光电子材料、太阳能材料、锂离子电池、燃料电池材料和其它新能源材料等的研究和应用工作。

四、改革理论教学和实践教学环节

1.改革教学内容

由于“新能源材料与器件”是一门新兴的还在不断发展中的学科, 每年都有大量的最新研究成果出现, 教学过程中必须注意教学内容的前沿性。为了提高学生跟踪科技前沿的能力和科技创新能力，该专业教师对授课内容进行改革，在课堂教学过程中，不断引入相关研究的前沿知识，尽量安排一定的学时介绍课程所涉及的新能源材料相关理论的研究概况和最新发展动态。例如，在讲解“材料科学基础”课程第二章晶体结构的准晶体材料时，教师在课堂上引用了参考资料1(见表1)，给学生介绍了准晶体材料的最新研究进展和主要应用。在讲解“材料科学基础”课程第四章相和相平衡中的平衡相图时，引用了参考资料2(见表1)，介绍了测定相图的原理及相图的最新测定方法；在讲解“太阳能电池原理与工艺”课程的全部内容，进行课程总结时，引用了参考资料3(见表1)，介绍了太阳能电池的最新研究进展；在讲解“燃料电池原理和工艺”课程第三章固体氧化物燃料电池时引用了参考资料4(见表1)，介绍了固体氧化物燃料电池的最新研究进展。此外，将教师的相关科研成果融入课程教学中，使授课内容与教师的科学研究工作紧密结合。同时，教学中所反馈的问题，又可以作为教师的科研课题，这样可以实现以科研促教学和以教学促科研的目的，获得教学与科研良性互动的效果。

表1　课程教学中引入的参考资料

2.改革教学方法、教学手段和成绩评定方式

该专业教师对教学方法在传统教学基础上进行相应的改进。改革的基本思路是加强对学生的创新意识和创新能力的培养。强调以学生为主体，发挥教师的启发和引导作用，在传授知识的同时，注重学生创新意识和创新能力的培养。改变传统的“课堂灌输式”的教学法，积极采用案例、研讨式的教学方法，部分教学内容安排由学生讲解，上课时由该学生就讲解的内容向其他学生直接提问，或同学之间互相提问，使学生由被动听课转变为主动参与课程的教学活动，从而提高了学生学习的积极性与主动性，同时有助于提高学生的分析问题、解决问题的能力。在学生讲课的过程中，教师也能及时了解学生的学习情况，以便有针对性地改进教学工作。讲课主要是讲重点、讲难点、讲基础理论在实际中的应用，讲思路、讲方法。引导学生独立思考，分析得出正确的结论，以培养学生自主学习、独立思维和创新能力；鼓励学生不要盲从，敢于对教材上的内容、教师的讲解，进行批判性的质疑，并且提出自己的观点，以培养学生的创新意识。

此外，在每章课程教学结束后，要求学生通过检索国内外最新的、与课程相关的文献，撰写专题报告，专题报告要综述与本章节内容相关的国内外相关的研究进展，这不仅使学生熟悉了文献资料的收集过程，而且可以了解与课程内容相关的国内外的研究情况，这不仅可以拓展学生的知识面，而且加深了对课堂所学知识的理解，为学生今后进一步深造和从事科研工作打下良好的基础。

积极利用现代化教学手段提高教学质量和教学效益。将先进的多媒体现代化教学手段引入教学中，在课件内添加动画，穿插教师的讲解，实现图、文、声、动画并茂的视听一体化教学，以避免教学的枯燥。对那些需要丰富空间想象力的课程内容(如晶体结构和位错等内容)，采用虚拟现实技术，使学生能对研究对象进行任意的移动和旋转，可从内部或外部观察研究对象的三维复杂结构，使学生在学习时感到既直观又富动感，以弥补传统教学方法的不足，这不仅提高了学生的学习积极性，也相应地提高了教学效果。此外，通过在课件中链接相关的知识，在课堂教学需要时直接引用，可使相关的知识相互呼应，扩展了学生的知识面，为培养学生的创新能力提供了坚实的基础。该专业教师还设计、开发了网络教学系统，包括网络教学、教学资源发布和下载、网上答疑、在线考试等。通过该网络教学系统，学生可随时在网上进行课程学习，且可对不懂的部分反复学习。通过网络教学系统，学生可及时了解自己的学习情况，以便及时地进行改进，教师也可以及时了解学生在课程学习中存在的问题，以便有针对性地改进教学工作。通过互联网辅助教学，一方面给学生提供了大量的教学资源，另一方面培养了自主学习能力、协作学习能力以及运用现代教育技术学习的能力。

此外，该专业教师还改革了学生成绩的评定方式，学生的最终成绩不再只由考试的卷面成绩决定，学生的最终成绩由考试卷面成绩、平时作业、课堂讨论、专题报告、出勤情况等，按一定的比例相加后确定，卷面考试成绩所占的比例低于50%。在考卷设计中尽量减少死记硬背的内容，而增加一些利用所学的知识进行综合分析的内容，该评价方式的目的是重点考核学生综合分析问题、解决问题的能力和综合能力，避免出现通过死记硬背而得到较好课程成绩的现象，以较客观和准确地评价课程的教学效果并提高学生学习的积极性和主动性。

3.改革实践教学环节，提高学生的动手能力和科技创新能力

实验教学无论是对“新能源材料与器件”专业学生基础理论的学习，还是创新能力的培养都具有举足轻重的作用。然而，传统教学模式是重基础理论教学而轻实验教学，即使安排实验，也主要是演示验证性实验，其内容主要是对理论知识的简单再现，实验很难起到提高学生实际应用能力和创新能力的作用。考虑到 “新能源材料与器件”专业人才培养的特点，该专业教师对实验教学进行了改革，适当增加实验学时占总学时的比例，减少并逐步取消单一验证性实验，而向综合性实验和自主设计性实验过渡。通过综合性实验，使学生将课程中学到的知识综合应用于实验中，主要锻炼的是学生融会贯通的能力。对于自主设计性实验，教师选择一些与课程相关的实验题目后，安排学生通过查阅相关的文献，在教师指导下提出实验方案，并完成实验。通过自主设计性实验教学，学生学习了基本的实验方法，并且在实验的过程中，通过收集和查阅资料、制定和实施实验方案、整理和分析实验结果等各个实践环节，不仅加深了对理论知识的感性认识，提高了进行科学研究的实验技能，培养了独立思考、分析问题及解决问题的能力，同时也提高了学生的动手能力和创新能力。

由于“新能源材料与器件”专业是与新能源材料实际应用密切相关的专业, 因此，认识实习和生产实习等实践教学环节对学生实际应用能力的提高，具有十分重要的意义。该专业教师已通过产学研合作，与合肥景坤新能源有限公司、合肥国轩高科动力能源有限公司等企业联合建立了稳定的校外实习基地，安排学生在这些实习基地完成认识实习、生产实习等实践教学环节，这不仅可实现实习基地的共享和有效利用，为学生的实践教学提供保障，而且可以加强教师和产学研合作单位间的联系，有利于教师为企业及时解决技术难题，提升教师的科研和教学水平。此外，还可实现学生的实习和就业的直接对接，有助于解决学生就业难的问题。为保障人才的培养质量，该校已建立了实习基地管理制度，通过引入适当的评估机制，定期对实习基地进行评估，从实习基地的指导教师配备情况、实习基地为学生提供的研究条件等方面对实习基地进行考核，对评估不合格的实习基地予以取消，以保证学生的实习基地的高效、稳定运作。

五、提高师资队伍的综合素质

为了提高“新能源材料与器件”专业师资队伍的综合素质，合肥工业大学采取了以下措施:

第一，制定鼓励或奖励措施，鼓励本校专职教师到企业生产一线参加、顶岗实践或全脱产培训，使他们能了解新能源材料生产的整个过程，以及生产过程中出现问题的解决办法，通过这种方式可显著提高教师的实际应用能力,使他们尽快成为“双师型”教师。

第二，聘请从事新能源材料研究的专家、学者作为专职或兼职教师，请他们定期来校做专题讲座或开设专业课程，以提高学生的实际应用能力和综合能力。

第三，鼓励本校的专职教师加强和兼职教师之间的交流，逐步提高本校教师在新能源材料应用方面的实际能力。

第四，建立课程组，课程组由该校该专业资深教授负责，由具有丰富教学经验和较强的实际操作能力的年长教师对年轻的教师进行传、帮、带，以提高年轻教师的教学水平和实际应用能力，从而提高课程的教学效果。

六、建立和完善人才培养质量的评价体系

“新能源材料与器件”专业人才的培养质量，目前主要由高校自身或教育主管部门来评价，这很难准确和客观地评价人才的培养质量，合肥工业大学已尝试建立用人单位、产学研合作单位、行业协会、学生及其家长、研究机构等利益相关方共同参与的新能源材料专业人才培养的质量评价体系，逐步实现完全由独立的“第三方”机构来评价人才培养的质量，将企业满意度、就业质量、毕业生就业率、学生获得专利、学生研究成果为企业带来的经济效益等作为衡量人才培养质量的重要指标，并对毕业后十年内甚至更长时间内学生的发展情况进行持续跟踪，使教师能及时了解“新能源材料与器件”专业人才培养过程中存在的问题，能及时进行有针对性的整改，以保证人才培养的质量得到不断的提升。

合肥工业大学“新能源材料与器件”专业，作为国家级特色专业，经过近年来的不断建设，专业建设已取得了一定的成果，该专业人才的培养质量也得到了明显的提高，该专业毕业生的综合能力已得到了用人单位的一致好评。但必须清醒地认识到“新能源材料与器件”专业作为近年来新设的专业，其人才的培养是一个系统工程，在人才培养方面如何体现本校的特色，如何能使毕业的学生更好地适应用人单位的要求，如何更准确地评价该专业人才的培养质量等方面，还有很多工作要做。相信通过该专业教师的不断努力，“新能源材料与器件”专业的人才培养质量将得到不断的提高，培养出的学生的社会认可度也将得到不断的提升。

[1]李阳, 姚若婷,古阳. 基于国际化与精品化视角的“新能源材料与器件”专业人才培养的探索与实践[J]. 科技风，2015，(5):233-234.

[2]李方刚. 三位一体,观念一新天地宽——新能源材料与器件专业[J].求学，2015,(1):31-32.

[3]肖婷,姜礼华,向鹏. 浅谈新能源材料与器件专业建设人才培养方案[J].课程教育研究，2014,(33):251-252.

[4]王秋实,冯雅辉,王桂强. 新能源材料与器件专业教育改革与探讨[J].人力资源管理，2015,(7):201-202.

[5]张君谈.准晶体材料的研究进展 [J].玻璃，2015,(3):27-29.

[6]李琴，罗洋，叶信宇，黄昕. 第一性原理计算在相图计算中的应用研究进展[J]. 有色金属科学与工程, 2015,(6): 37-46.

[7]张秀清, 李艳红, 张超. 太阳能电池研究进展[J]. 中国材料进展, 2014,(7):436-441.

[8]代安娜,许林峰,税安泽. 固体氧化物燃料电池的研究与进展[J]. 硅酸盐通报, 2015, 34(S):234-238.

(责任编辑蒋涛涌)

Construction of the Major of New Energy Materials and Devices and Talent Cultivation Mode:A Case Study of Hefei University of Technology

SHI Mina,CHEN Yiqingb,XU Yudonga

(a.School of Materials Science and Engineering; b.Department of Educational Administration, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The major of new energy materials and devices is a new undergraduate major in China complying with the development trend of new energy. Taking Hefei University of Technology as an example, the problems in the cultivation of students majoring in new energy materials and devices are discussed. And some measures to improve the cultivation quality in this respect are proposed including setting up the target of talent cultivation in light of the characteristics of Hefei University of Technology, reforming the teaching methods and means, improving the comprehensive quality of teachers, and establishing and improving the evaluation system of the talent cultivation quality.

major of new energy materials and devices; target of talent cultivation; teaching methods and means; talent cultivation quality evaluation system

2015-11-18

安徽省高等学校省级精品资源共享课程项目(2015gxk001)；安徽省高等学校省级教学研究项目(2013jyxm023)

石敏(1965-)，男,江苏无锡人,副教授,博士;

陈翌庆(1963-)，男,安徽合肥人，教授，博士。

G642

A

1008-3634(2016)04-0127-06