新能源科学与工程专业《新能源材料学》教学方法探索

关明杰

摘要：《新能源材料学》是新能源科学与工程专业必修课，是该专业学习的学生必须掌握的材料学方面的基础课程。该课程具有知识面广，专业领域强，知识点分散的特点，对教学和学生学习方法提出了较高要求。本文对该课程的教学内容规划、教学方法和考核方式等方面进行了教学方法的创新性探讨，提出了提升课程教学质量的教学方法。关键词：新能源材料学；课程内容；教学方法中图分类号：G642.4

文献标志码：A

文章编号：1674-9324（2018）20-0152-02 《新能源材料学》是新能源专业的专业基础课[1-2]，面向本专业或相关材料学专业的本科生介绍与新能源开发和利用技术及储能等技术所需的关键材料直接相关的材料学知识，包括新能源材料进展、新能源材料的主要内容，如锂电池材料技术、太阳能电池材料技术、燃料电池材料、生物质能材料等。这门课程涉及的专业领域非常广，内容分散，每一部分都可以自成体系，同时要从材料学角度出发，进行材料学研究的讲解，是新能源与材料学的交叉研究热点，从课程内容规划到课堂讲授，课后实验和最终考核一系列环节，对教学方法都提出了新的挑战。课程教学需要从教学方法上不断创新，才能提升教学效果。[2-3]本人结合自己从事《新能源材料学》教学的实践经验，探索提升本课程教学效果创新性的教学方法，以期进一步提高本门课程的教学效果。一、课程教学目的和要求本课程教学目的是通过本课程的学习，使学生全面系统地掌握国内外新能源材料领域研究进展及应用现状，了解新能源材料的主要内容，掌握新能源材料研究的基本理论及方法，熟悉并掌握电池材料的原理和关键能源材料性质，了解太阳能、核能及其他能源开发利用中所需的关键材料的制备及性质，从资源和能源高效转化与利用、环境保护等方面，思考和解决解决新能源材料的改进技术方案，对新能源材料的创新提供基础的知识的创新来源。教学要求是让学生了解新能源材料的内涵与主要内容，熟悉电池材料分类的关键指标、优缺点，掌握锂电池材料、太阳能电池材料、燃料电池材料利用原理、材料性能、制备工艺等；了解生物质能材料的形态转变方式，了解核能、风能等其他能源利用新技术开发中的核心材料进展及性能；掌握新能源材料学的材料创新思维的运用的主要方法。二、课程内容的合理规划《新能源材料学》的研究领域涉及内容非常广泛，涉及电化学、物理学、太阳能、核物理、天然产物化学，热解原理等，且每部分涉及学科理论自成体系，专业性强，知识点散，在教学时要针对本专业特色和学生的学习基础对教学内容进行合理规划。南京林业大学新能源科学与工程系以生物质能为主要方向，学生普遍缺乏电化学基础知识，因此在课程内容规划上对电池类材料的内容的比重就要详细一些，以夯实电化学材料和储能材料的基础，在太阳能材料及核能材料则课程内容则相对减少，而生物质材料这部分为了避免与前面生物质能源技术的相关课程基础重复，生物材料部分侧重于原材料的微观结构和化学方法论的能源化利用技术所需要的材料学基础，天然高分子化学的内容，但总体也占比不大。总体上南京林业大学新能源科学与工程专业的《新能源材料学》在电化学材料上的占比约50%，太阳能、核能、风能材料占比为31.25%，生物质能材料占比12.5%，前沿材料创新技术占6.25%，充分考虑了本校新能源科学与工程专业方向和学生的前期知识基础。三、教学方法研究1.多媒体互动式与传统教学相辅相成。随着多媒体技术在教学上的运用，教室里都配备了先进的多媒体设备，为教学提供了直观，动态的视频资料和演示文稿等教学手段，为《新能源材料学》的教学提供了运用先进的手段机会，同时教学时结合传统的板书和讲解提供了慢速记忆输入和整理的过程，直观快速的媒介传播和传统教学方式共同加深了学生对课程内容的理解和记忆。例如，对电化学的基本原理中，锂离子电池的反应原理，用动画演示离子和电子移动，离子在負极材料中的嵌入和脱除，更直观和动态，对电流的产生印象更深刻；同时，反应的方程式不但显示在图片上，还需要在黑板上将反应过程的方程式书写出来，展示给学生这一教学过程，以便引导学生们做笔记，并与动画或视频资料形成联想记忆，对锂离子电池的原理掌握就容易得多。而《新能源材料学》中有很多原理，尤其是材料的空间构形的差异，如锂电池材料中磷酸锂和磷酸铁锂在结构上的差异导致的材料电化学性能的差异，用口头讲和粉笔画的方式都无法形成图像记忆，学生很难想出材料的空间结构，也无法理解，老师说得再多也不如多媒体教学手段形象和直观。因此，根据课程内容大部分为新能源方向较为高端的材料技术，所以教学以多媒体手段为主，传统板书讲解为辅，形成多媒体互动式为主，与传统教学相辅相成的教学模式。2.课程教学与实验教学相结合。《新能源材料学》不仅涉及多种新能源的原理解析，更涉及其中关键材料的性能分析及制备工艺和改进方法。因此，材料学上的各种分析方法的运用非常重要，只有对材料性能的评价体系和方法掌握了才能了解材料，选用材料，改进和创新材料。为了加深对新能源关键材料的性能掌握，讲授《新能源学材料学》课程的同时，设置了《新能源材料学实验》这门课，以在基本了解和熟悉材料原理的前提下，进行材料性能的实际分析和动手操作。例如对锂电池材料，碱性电池材料中的正极材料、负极材料当讲课时讲到重点时，不但要求学生记住材料性质，还要求记住分析材料性质时会产生的多种现象的机理，在实验操作过程中产生现象和哪些原理有关，理论授课完成后立即进行电极材料的制备及电化性质的测量，使学生在实验时能及时回想起上课中材料的主要关键点，将课堂理论与实物和实验操作相结合，促进对新能源材料基本性能的掌握和运用。在《新能源材料学》教学时对涉及实验部分要的理论重点强调，如何进行实验验证，在教学中都有专门的提示标志，便于掌握授课和实验节奏，减少重复知识点的预习，记住重点和要点，提高学习效率。3.考核方式革新。《新能源材料学》采用平时成绩和终末考试成绩的综合评分制。该课各部分内容都自成体系，与其他部分相关性弱，因此，在每完成一部分内容后必须及时考核，检查课堂教学效果。最直接的方式是每部分结束后的最后一节课是口头总结汇报，在课堂回答这部分内容的知识要点和重点，及时把知识固化。因此，在平时成绩考核组成中不但有考勤、作业，还增强了阶段性的口头汇报，小测试，确保过程教学的时效性，以在最终的期末考试中达到全部通过的目标。这不但是对课程内容的学习，也是互动式面对面沟通的提升且有利于提高学生的口头表达能力。总体上，《新能源材料学》在考核方式上加强了学生的实际表达和理解，相对减少平时网络沟通或者机械式硬性考核，使学生将过多虚拟不见面的沟通变成面对面的沟通，提高面对面互动式交流的能力，加深对知识内容感性的记忆。因为学生对知识点记忆犹新，提问的水平也得到了提升，课堂气氛活跃度增加，学习积极性提高，最终考试和综合成绩都较好。总之，通过科学的设定课程教学的目的和要求，合理规划课程内容，不断创新教学方式，特别是课堂面对面口头交流汇报总结，实现了课程学习思维到创新的系统教学训练，加强实验与理论相结合，加强平时学习内容考核的时效性，提升学生主动思维创新能力，为新能源科学与工程后序能源技术的学习打下坚实的材料学基础，为新能源产业培养一批有能力，敢于创新的新能源材料专业人才，实现新能源产业的创新和可持续发展奠定了很好的课程教学基础。参考文献：[1]张霞，吴其胜，等.新能源材料[M].华东理工大学出版社，2012.[2]陈登宇.新能源科学与工程专业人才培养模式研究[J].科教文汇（下旬刊），2015，（1）：61-62.[3]万春锋.浅谈高校教师的教学方法与教学艺术[J].职业技术，2013，（149）：54-55.