超级电容器材料与技术课程教学探讨

李靖　黎阳　马董云　祝向荣

摘 要 超级电容材料与技术是针对材料科学与工程专业学生开设的一门专业选修课，具有较强的针对性和应用性。本文结合CDIO工程教育教学模式的特点，对该门课程的教学内容、教学方法、教学模式等进行探讨。

关键词 CDIO工程教育 超级电容器 电化学

中图分类号：TM53 文献标识码：A

0引言

超级电容器具有优良的充放电性能，是目前重要的“绿色”电化学储能器件，在便携式电子设备、新型电动交通工具和国防等众多领域具有广阔的应用价值，近年来受到科学研究人员的广泛重视。

我校材料科学与工程专业（新能源材料与器件方向）以CDIO工程教育模式作为本科生的教学培养模式，锻炼学生构思、设计、实现和运行的实际应用能力，注重培育学生的系统工程综合能力。《超级电容器材料与技术》课程是该专业的一门专业选修课，我们在近几年的教学过程中对该课程教学内容的选取、教学方法、教学模式等方面开展了相关的研究与探索，获得了一些教学心得。

1开设课程的重要性和可行性

完全学分制的材料科学与工程专业培养计划安排学生在修完通识课程、专业基础课和核心专业课学分后，从大三春季学期开设模块化课程群选择专业课。模块化的课程群分别对应新能源高效存储材料与器件、新型高效节能材料与器件和新能源高效转换材料与器件三个方向，学生在第6～7个学期中完成该课程群专业课的学习。《超级电容器材料与技术》课程安排在大四学期，在这之前已经完成《应用电化学》和《化学电源》的理论授课内容，学生对电化学的基本理论、电化学反应、电解过程、原电池反应等内容已经非常熟悉，同时也了解铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、金属-空气电池、燃料电池等一些化学电源的工作原理。学生在选择该模块时，已经对课程设置和课程内容有一定的了解，保证学生有针对性的选课，真正做到选择自己喜欢的方向进行选课，这也有利于大四春季学期毕业设计的开展。此外，本专业的教师一直遵循着科研教学并重的宗旨，教师们支持本科生进入自己实验室进行实验研究。本科生从大二春季学期开始跟着指导老师查阅能源材料领域学科前沿知识，从事科学实验研究。在此基础上，开设《超级电容器材料与技术》专业选修课程具有非常针对性的理论实践意义。

2精心选择教学内容

《超级电容器材料与技术》教材选择化学工业出版社出版的《超级电容器关键材料制备及应用》，课程主要任务是阐明超级电容器的基本概念和基本原理；系统介绍各种不同类型的电极材料的特点、结构、储能原理、性能参数、制备方法和器件制造工艺；介绍各种新型电极材料如碳纳米管、石墨烯、过渡金属氧化物、导电聚合物、纳米复合材料的研究进展，授课中引入较多的国内外科研实例进行讲解，显著提升学生的学习兴趣。上课过程中同时要强调超级电容器的安全、环保和綜合利用，增强学生的环保意识，培养学生的社会责任感。

3多种教学方式相结合

课堂教学是传授知识的主要途径，《超级电容器材料与技术》教学主要利用多媒体课件、板书、教学视频、启发式教学、讨论式教学等多种教学方式进行授课。多媒体课件和教学视频方便进行各类电极材料储能原理、器件制备技术、器件性能展示等的介绍，有利于激发学生学习的兴趣和思考，提高学生对超级电容器的深层次认识和了解。

超级电容器电极材料种类繁多，电极材料也是影响其性能和生产成本的关键因素。根据教学内容，把电极材料分成四部分：碳纳米材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料和纳米复合材料，要求学生根据自己的兴趣选择其中一种具体的材料进行查阅资料，独立完成课程报告，同时要把自己查阅的文献资料制作成PPT，在班级进行交流，回答同学和老师的提问。通过这些锻炼，既提升了学生的论文撰写能力、口头表达能力和语言组织能力，又达到全班同学相互学习的目的。这种授课模式激发了学生的学习兴趣。在教学活动中，还可以采用“讨论式”的教学方式用以活跃课堂气氛，让学生主动参与教师的教学中，多向学生提供发表观点的机会，提高学生学习的积极性和主动性。这些教学方法的综合使用，可以取得良好的教学效果。

4教学与科研互相促进

在该课程的教学中，教师要坚持“以科研促进教学，以科研提升教学质量”。超级电容器电极材料、器件制作技术等发展迅速，教师的知识结构和教学内容要及时更新，科研是取得最新知识技术的直接、快速途径。任课教师要根据自身的科学研究，不断的更新授课内容，在上课过程中及时引入超级电容器的新发展和新技术，加深学生对超级电容器制作技术、碳纳米材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等有更深刻的认识和了解。我们鼓励学生积极参与教师科研项目，在教学中讲授实验内容、技巧和方法，在实验中进行教学内容的传授，两者相辅相成互相促进。在教学过程中不仅要拓宽学生的知识面和视野，还要积极引导学生学习与本专业相关的应用研究。这不仅能培养学生发现问题和解决问题的能力，还能提升学生的创新能力和动手能力。

5结语

《超级电容器材料与技术》课程的教学一定要紧密联系科研前沿，要适应社会发展的需求。教师要经常阅读最新科研文献资料，把最新的研究成果引入课堂，向学生及时灌输最新科研成果，在提升科研水平的同时获得教学水平的加强。教师也需要不断地改革教学方法，总结教学经验，提升学生的学习积极性和创造性思维。

基金项目：课题：致谢：感谢上海第二工业大学《应用电化学》全英语课程建设、校级《化学电源》重点课程建设和2018校新开课程建设《超级电容器材料与技术》。

参考文献

[1] 魏颖.超级电容器关键材料制备及应用[M].化学工业出版社，2018.