基于创新能力培养下的《新能源材料与器件》课程教学探讨与总结

（上海工程技术大学材料工程学院 上海 201601）

日益减少的传统能源消耗和逐渐恶化的环境问题的日益突出，已对人类文明社会的发展造成了比较严重的威胁，因此开发新型绿色能源已经迫不及待。众所周知，解决传统能源危机与环境污染的关键核心是新能源材料与器件技术的突破，可通过新能源技术开发实现新能源材料的转化和利用。我国政府在2010年将“新能源材料与器件专业”确定为中长远战略性新兴产业相关专业之一。因此，为新能源领域培养具有创新能力的高新技术人才已经迫在眉睫。《新能源材料与器件》是材料物理与化学专业的核心课程之一，该课程的主要内容涵盖大学物理、大学化学、材料科学基础、半导体物理及器件等多学科知识交叉的综合课程。

考虑到我们学校-上海工程技术大学本科阶段的学习目前还没有设置新能源材料与器件专业，但为适应我国新能源的开发利用、新材料的性能和结构研究、节能环保及高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要，学院（系）的领导和老师们经过多次讨论和调研，结合到硕士生的学习特点等因素而设立《新能源材料与器件》这门课程，具有明显的工科特性。近年来，国内一些高校：华东理工大学、华北电力大学、东南大学、合肥工业大学、中南大学、电子科技大学等陆续开设了新能源相关的专业，目前该专业的建设还处于起步阶段而且其课程建设依然滞后。针对上海工程技术大学依然没有开设与其相关的本科专业的情况，并结合材料工程学院材料物理与化学系的专业性质、师资力量和硕士生生源等因素，目前系里开设了硕士生课程《新能源材料与器件》，而且将其作为必修课。故如何将这门课建设好是我们当下应该思考的问题。如何提高《新能源材料与器件》课程的教学效果，培养出在新能源材料与器件领域具有创新能力的研发技术人才显得尤为重要。基于此，作者根据自己在《新能源材料与器件》硕士课程的教学经验和探索，针对课程教学中存在的问题，通过对教材选取、课程内容编排、知识结构等总结出了切实可行的意见和方案。

1 课程授课探讨和总结

1.1 教材选取

新能源材料与器件是个新兴的专业，且《新能源材料与器件》是一门全新的课程，由于编者学科背景不一样致使目前经典而又权威的教材和参考书比较缺乏，不同的教材其主要内容、侧重点和涵盖面均不一样。然而令人可喜的是，近年来，随着各种新能源材料与技术的快速发展，有关于新能源材料的基本理论、制备方法、结构表征和性能测试等不同的方面已取得了显著的进步，一些新能源材料教材中也基本得到了更新，能够使最新的研究成果和进展及时地补充到教材内容中，例如我们选取的王新东主编，化学工业出版社出版的《新能源材料与器件》教材涵盖了近年来国内外一些高校和科研所重点研究的太阳能电池、超级电容器、锂离子电池和金属-空气电池等材料制备与器件技术等方面。该教材内容丰富，数据和理论新颖，结构严谨，书中有大量习题和思考题，并附有新文献，便于学生深入学习。

1.2 教学内容规划

截至目前，我国已经有十多所高校陆续开展了《新能源材料与器件》这门课程，经过统计，在目前已开设《新能源材料与器件》专业或者该门课程的高校中，一部分高校偏比较重于物理与器件，他们将新能源材料与器件专业开设在物理学院；一部分高校偏则重于化学与性能方面的讲述与研究，将该专业在化工学院开设；也有一部分高校比较偏重于材料，他们侧重于材料的制备与应用，于是他们将新能源材料与器件专业开设在材料学院。上海工程技术大学是集理工材与一体的综合性大学，因而《新能源材料与器件》这门课程开设在材料工程学院。需要提出的是，目前上海工程技术大学还未单独设立新能源材料与器件专业，考虑到材料工程学院材料物理与化学专业的老师（硕导）和硕士研究生主要研究与材料和器件相关的课题，但是他们的基础较为薄弱。因此，制定学生的培养计划时，就把《新能源材料与器件》这门课设置为专业必修课，32个课时。我们在制定相关理论课程基础体系时充分全面考虑了要把学生培养成能够具有系统掌握新能源材料、新能源器件设计及制造工艺的雄厚基础、强大能力和志向远大的高水平复合型人才。

新能源材料与器件是我校材料物理与化学系硕士生的核心课，而且该课程的内容与系里大部分老师及硕士生的科研密切相关。因此在选择教学内容时，我们应当合理安排内容的难易程度，本着由易如难，循序渐进的教学方式；对于本课程的绪论部分，我们可以讲目前全球的传统常规能源如石油和煤炭等所引起能源危机和所带来的环境污染入手，然后展开讲其世界能源结构、发展历史及现状，进而注重讲述中国的传统能源所面临的现状及问题，引出发展绿色、无污染的绿色可持续新能源的必要性和迫切性。在具体内容的安排和讲述方面上，我们所选用的教材主要包括新型燃料电池、新型锂离子电池、新型太阳能光伏电池（如钙钛矿电池、燃料敏化电池）、超级电容器（如石墨烯基超级电容器）和金属-空气电池等目前研究和应用最广泛的新能源材料体系。对于章节的讲述，我们应该重在对其基础理论知识、工作原理、发展现状及应用前景这几方面加以阐述。在让学生掌握这些基础理论知识的基础上，给学生布置一些关于新能源材料及技术的科研文献的查阅，使学生实时掌握最新的一些研究进展，进而拓宽学生的知识面。

1.3 教学形式多样化

对于硕士研究生的教学，课堂教学模式应灵活多样，不能只拘泥于一种“老师讲，学生听”的模式。以往老师使用PPT课件填鸭式式给学生灌溉相关知识，老师只管讲，完全没有互动，这样容易导致学生产生厌学情绪。对于硕士生教学，一定要把知识的原理和理论部分进行“敲黑板，划重点”的讲，因为这些理论方法通常适用于多种科研工作中，将会使他们直接在科研中受益。此外，在教学过程中一定要密切联系实际积极引入案例，通过使用丰富的最新研究成果案例来调动学生的学习兴趣，比如在讲到太阳能电池的制备工艺和工作原理时，考虑到一部分学生没有见到过电池片实物，所以在课堂上拿出实物以吸引学生的注意力并对其工艺、原理和使用等方面激发他们的好奇心，这样下来一节课的效果就非常好。再者，课堂教学一定要与科研密切相连。科研引入课堂，是培养学生创新能力非常行之有效的方法，尤其对于硕士生而言，他们每个同学都会有自己的研究课题，在研究过程中都会有一定的实验和理论。通过在课堂上同学们共享的创新科研成果来培养自己的科研兴趣，从而激发学生的科研潜能。

2 开设《新能源材料与器件》综合实验课

实践教学是培养具有新能源材料及器件设计与制造工艺的人才非常重要的环节。《新能源材料与器件》综合实验课程一般是在学生掌握《新能源材料与器件》基本理论知识的基础上开设的。实验的开展要本着充分利用学生所学的课本知识和院系里相关的设备资源的理念，比如我们院系里有结构和性能表征设备：拉曼光谱仪，X-射线衍射仪，紫外-可见光谱仪，傅里叶红外光谱仪、扫描电镜和透射电镜和电化学工作站等，所以可以给学生开展石墨烯基（进一步对其进行掺杂，复合等）超级电容器电极材料及器件的组装，并对其制备、结构和性能进行表征。通过这些动手实验，一方面可以让学生熟练掌握一些制备测试仪器的用法，另一方面也可以提高学生的设计能力、动手能力、分析、解决问题的能力和创新能力，以及学生的团结协作能力。另一方面，针对学校（学院）材料物理与化学专业的人才培养要求和特色，学院（系）整合目前的现有资源，在充分利用学院平台现有的制备测试设备仪器及现有实验课程体系中适当地增加开放性、创新性和设计性实验项目，重点强化培养学生的创新能力和实践动手能力。

3 考核机制改革创新

课程考核与成绩评定是教学过程中的一个重要环节，是检验教师教学效果，促使教师进一步完善改进教学，从而可以更好地达到教学相长效果的主要措施。在我国高校考核体系中，最终的考核成绩一般包含卷面成绩和平时成绩两部分，其分别占70%和30%.但考虑到新能源材料与器件这门课程的内容比较丰富，涵盖面又比较广，所以考核时通过采用多种形式对学生进行考核，主要包括平时成绩（课堂出勤情况、课堂提问表现等）、平时作业成绩、期中和期末卷面成绩。我们认为对于硕士研究生的考核，应当采取更灵活的方式和机制，题目不能仅仅局限于课堂上所讲或课本上的内容，而是需要学生多扩展课外阅读，并深入理解其内容才能作答；再者，可以以主观题的方式来考核，鉴于不同学生对不同知识点掌握的广度和深度不同，在题型及题目数量的考量上，可以设计多道问答题，让学生自由选择其中几道进行作答，有利于发挥学生各自学习特点。比如紧贴时代新能源发展的现状写论文，或者写新能源材料最近的研究进展，前景预测及评估等，加之平时的PPT报告讨论等多种形式综合的考核方式。

学生成绩评定是教学过程的重要环节。考试内容的设置上多采用开放式答案的题目，而这样促进学生自主学习，避免了考前突击、死记硬背的情况。考虑到学生学习的差异性和对比性

4 结语

随着全球传统能源如煤炭，石油，天然气等日益减少，导致目前传统能源已难于满足人们长期发展的需求。全球资源日益枯竭问题和环境问题成为现阶段阻碍人类发展的绊脚石.大力研究和发展新能源己成为我国在未来十几年内全面建成小康社会的十分紧迫任务。新能源材料及技术是开发新能源重要的基础。培养具有能够从事新能源研发与生产技术人才已成为高校和科研院所目前所面临的重要任务。《新能源材料与器件》课程是材料物理与化学专业的重要课程，通过该课程的学习，能够使学生掌握新能源材料与器件的基本理论和技术，最终成为具有创新意识和研发能力的高科技人才。