“碳中和”背景下新能源材料与器件专业建设探讨

王志涛 上官恩波 翟海法 王公轲 高圣博

摘要 在“碳中和”背景下，如何建设特色鲜明且优势突出的新能源材料与器件专业成为高校亟需破解的难题。河南师范大学新能源材料与器件专业秉承“以国家需求为依归，以产学研结合为途径，以改革创新为动力”的理念，通过深化专业综合改革，优化人才培养机制，提升专业内涵建设，在师资队伍建设、课程体系改革、实验平台建设、实验教学体系完善及实践基地建设等方面取得了积极成效。

关键词 新能源材料与器件；专业建设；人才培养；产教融合

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.014

新能源行业科技含量高，产业带动作用强，市场发展潜力巨大，大力发展新能源产业是实现我国“碳达峰”及“碳中和”目标的必由之路[1-2]。为培养国家和地方亟需的新能源行业技术人才，2010年7月教育部批准了一批高校设置与新能源、新材料产业密切相关的新能源材料与器件本科专业。2022年《国家自然科学基金“十四五”发展规划》正式发布，本次公布的115项“十四五”优先发展领域中，与新能源材料与器件专业高度相关的领域多达5项，包括“新材料与新结构的力学”“绿色合成方法与过程”“能源资源高效转化与利用的化学、化工基础”“新材料的化学创制”及“材料多功能集成与器件设计理论基础”，这为新时代新能源材料与器件专业的建设和发展指明了方向，提出了更高的要求。作为一个涉及化学、物理及材料科学等学科的工科类专业，确定适应当下发展要求的人才培养目标，构建与之相配套的人才培养模式和课程教育体系，是高等学校培养满足国家对“高、精、尖”人才的迫切需求，推动社会可持续健康发展的前提[3-4]。因此，如何将新能源材料与器件专业建设成为特色鲜明且优势突出的专业成为各大高校不断探索的课题。本文以河南师范大学（以下简称“我校”）新能源材料与器件专业的建设及发展为主体，学习并汲取其他高校该专业建设和发展的经验，探讨其在学生培养模式和培养体系等方面的改革。

1河南师范大学新能源材料与器件专业的特点及现状

2015年河南师范大学以化学化工学院为依托，开设新能源材料与器件本科专业。为进一步凸显材料科学学科优势，优化专业建设，学校抽调化学化工学院和物理学院部分骨干教师，于2018年正式组建材料科学与工程学院。此后，新能源材料与器件专业依托单位转至材料科学与工程学院。虽然该学院是一个新建的年轻学院，但是本专业所依托的材料科学学科实力雄厚。目前材料科学ESI学科已进入全球前5‰行列，这为新能源材料与器件专业的高质量建设与发展奠定了坚实的基础。专业调整后，材料科学与工程学院积极组织专家对新能源材料与器件专业发展进行“把脉问诊”，针对目前存在的一些突出问题进行探索研究。主要问题包括：①课程体系设置特色不鲜明，人才培养目标不明确，主干课程未充分结合学校特色与强势学科资源；②严重缺乏“双师型”人才，现任专任教师90%以上为高校毕业博士直接来校任教，缺乏实践教学经验；③材料类学科特色实验室建设不完善，缺乏用于综合实验教学的仪器设备；④实习基地数量有限且联系不够紧密，制约学生的生产实习、实践活动。针对当前学校该专业处于调整期的现状，探索专业特色化建设之路显得尤为迫切。

2河南师范大学新能源材料与器件专业的特色化建设

2.1明确人才培养目标

新能源材料与器件专业是面向新能源开发、新材料设计与制备及新能源器件设计与制造等领域而开设的本科专业。本专业以化学、物理等学科为基础，材料为主体，通过器件展现出材料的功能，表现出学科交叉性强的特点。因此，本专业注重基础理论与实际应用相结合，重点培养学生在新材料设计与制备、新能源器件设计与制造等方面的能力[5]。基于本专业特点而设置复合型、交叉型课程体系，夯实基础理论，着重培养学生应用基础理论进行“材料设计与合成”及“器件设计与优化”的能力，以期学生能够系统掌握材料制备与表征，理化性能测试，储能器件设计与优化，具备运用所学知识技能解决新能源材料与器件领域实际问题的能力。通过四年的培养，毕业生能够胜任新能源开发、新材料设计与制备及新能源器件设计与制造等方面的工作，成长为创新意识敏锐、理论基础扎实及实践能力突出的复合型人才。

2.2创新课程体系建设

依据“新工科”人才的培养定位，完善课程体系建设。本专业的学科交叉性强，在教学过程中难以做到面面俱到，应当去繁就简，有所侧重。首先，精简课程结构，例如将原培养方案中的“四大化学”，精简为以物理化学为主，并扩充该课程学时，达到夯实学科基础的目的。其次，优化主干课程类型，开设与材料合成及器件设计密切相关的专业课程，如储能材料与制备技术、半导体物理与器件、化学电源设计等。避免开设内容相近的课程，以免造成知识点重复及学时浪费。根据专业偏重实验科学的特点，探索CDIO工程教育模式与课程体系建设相融合。由任课教师选择某些与课程相关的实验题目，然后安排学生进行构思和设计，制订实验方案，最后完成实验内容。通过这种教学模式的优化，将学生被动学习的状态转变为主动学习，充分发挥每個学生的积极性。有利于提升学生对基础理论的认知水平，强化其从事科学研究的动手能力，特别有利于培养他们运用所学知识和技能解决综合性问题的能力[6]。

2.3加强“双师型”师资队伍建设

强大的师资队伍是实现人才培养目标的有力保障。目前，河南师范大学新能源材料与器件专业的教师全部是从“双一流”高校或重点科研院所获得博士学位后直接应聘到本校工作，具有理论基础好和学术能力强的优势。但是，他们普遍缺乏工程实践的经验，因此在教学过程中可能会造成教学内容与工业生产相互脱节的问题。此外，由于面临工作考核和职称评定的压力，大部分青年教师把精力集中在申报课题、发表论文、提升职称方面，对所担任的课堂教学工作，特别是实践教学环节投入不足，实验员队伍建设更是堪忧。这些因素影响了“双师型”教师队伍建设，更严重影响了本科工程教育的质量。针对上述问题，为培养“双师型”教师队伍，学校采取了以下措施：①注重引进复合型人才。在人才引进过程中，不能只关注人才的学历、职称，更应注重人才所具备的企业工作经历及相应的工作能力，逐步建立灵活的人才引进模式，在保证引进人才满足岗位基本条件的前提下，引进实践能力突出的专业技术人才。发挥复合型教师的“传帮带”作用，逐渐形成“双师型”教师队伍。②建立“双师型”教师队伍培养机制。搭建校企合作平台，明确培养目标，遴选骨干教师到对口企业进行“全链条”生产学习，教师在生产一线不断积累工程实践经验[7]。探索互惠互利的长效合作机制，鼓励教师与企业联合申报课题或项目，解决企业生产过程中的实际难题。

2.4打造先进的科研平台

先进的科研平台是本科教学和科学研究的重要支撑。为促进专业建设和学科发展，学院投入大量经费以完善本科教学和科研平台建设，购置了一批大型仪器设备，如原位电化学X射线衍射仪、热重分析仪、比表面积测试仪、总有机碳分析仪、高效液相色谱仪、接触角测量仪、微机控制万能试验机、微纳3D打印机、等离子体增强原子层沉积等，借助这些良好的科研基础条件，引导学生参与科研活动，培养学生的科研素养，为将来继续深造和走向工作岗位打下基础。针对该专业的人才培养要求，学院整合现有资源，在专业实验课程体系中适当、逐步地增加开放性、创新性和设计性实验项目的比重，强化培养学生的创新能力和实践动手能力。此外，學院积极申报并获批了河南省“先进电化学储能材料设计与循环利用工程技术研究中心”（简称“工程中心”）。依托工程中心的先进实验设施，搭建先进电化学储能材料设计与应用、新型电化学储能器件、电化学储能产业化技术、废旧电池材料高效资源化利用技术4个产学研相融合的基础实验平台。特别地，瞄准新能源市场的发展需求，着力打造“废旧储能材料高效资源化利用技术”的基础实验平台，建设本校新能源材料与器件专业的特色学科。

2.5探索产教融合模式

根据本专业偏重实验科学的特点，积极探索产教融合教学模式。由于该专业是与新能源材料应用密切相关的专业，因此学生进入相关企业进行短期培训或顶岗实习对提高其实践能力非常有益。学院已与河南科隆集团有限公司、河南超力新能源有限公司、河南恒明风云电源有限公司等企业建立了长期、密切、实质性的合作关系，凝聚了一批具有高学历、高职称、能力强、年龄结构合理、在科研和技术研发方面都过硬的电池材料、电池技术研发及产业化方面的专业人才，并积累和储备了一批具有良好市场前景的成果。此外，搭建“校企合作平台”有助于学生深入了解自己所学专业的就业前景，从而有利于学生实现精准就业。在此基础上，还需要加强校内实习基地的建设。目前本专业基于开放的专业实验室和学科平台，初步建立了太阳能电池的制备与测试实训基地、锂/钠离子软包电池生产线等，保证学生不出校门也能了解行业动态，熟悉生产环节和流程，为学生毕业后走向对口岗位奠定了坚实的基础。

2.6加快教学方式改革

加强教学方式改革，充分发挥教师的启发和引导作用，改变传统的“灌输式”教学方法。为充分发挥课堂效率，教师可采用“研讨式”教学方法，注重学生课前资料收集及课后知识总结，激发学生的学习主动性，提高其发现问题、分析问题及解决问题的能力[8]。避免过度依赖多媒体教学手段，注重传统板书的运用。例如，对电化学原理课程中Butler-Volmer方程的讲解，利用板书在黑板上进行推演则比PPT直接展示表现出更好的教学效果。针对拓展知识内容，则可以在多媒体课件中链接相关的知识点，在讲授核心内容时直接引用，从而扩展学生的知识面，达到深度理解和认识的效果。挖掘互联网在线教育资源，包括网络教学设计、课程资源发布和下载、在线答疑及考试等。通过线上资源整合，线下“研讨式”教学，使学生对知识能够达到“知其然，知其所以然”的程度。

3总结

在我国“双碳”目标的约束下，文章针对学校新能源材料与器件专业的学科特点和办学定位，从人才培养目标的制订、课程体系的建设、师资队伍的培养、科研平台的搭建、产教融合模式的探索及教学方式的改革等方面进行了初探。尽管已经取得了积极的成效，但在实践过程中不断出现新的挑战。比如，学科交叉方面，要求教师不能局限于“专才”而倾向于“通才”，这对合格教师队伍的建设提出了挑战。此外，教学方式的改革不仅增加了教师的备课任务量，也使得学生的学习任务较重。总之，为适应中国特色社会主义发展对新兴产业复合型人才的需求，我们将不断优化人才培养模式，持续完善课程体系建设，深化教育教学方式改革，强化人才质量管理体系，从而为国家培养出创新意识和实践能力皆强的高素质复合型人才。

基金项目：河南省本科高校精品在线开放课程立项建设名单“材料研究方法”（教高〔2021〕474号）；河南师范大学本科教育教学改革研究与实践项目“‘三位一体科学思维课程体系构筑与教学研究”（师大教〔2022〕13号）；河南师范大学高等教育教学改革研究与实践项目（YJS2021JG10）；河南师范大学研究生课程思政示范课程“现代材料分析测试技术”（YJS2022SZ07）。

参考文献

[1]赖力，张婧欣，孙煜，等.双碳背景下我国新能源产业竞争力关键点和创新发展研究[J].现代管理科学，2022（3）：51-57.

[2]黄震，谢晓敏，张庭婷.“双碳”背景下我国中长期能源需求预测与转型路径研究[J].中国工程科学，2022，24（6）：8-18.

[3]赵春霞，周静，顾少轩，等.基于OBE理念的新能源材料与器件专业实验教学探索与实践[J].高教学刊，2019（18）：83-85.

[4]陈新.新能源材料科学基础课程教学探讨[J].大学教育，2022（3）： 95-97.

[5]王前，佟富强，邹丽新，等.新能源材料与器件专业实验室建设的探索[J].教育现代化， 2018，5（32）： 120-121.

[6]王涛.基于CDIO理念的《物理化学》课程教学改革探索[J].广州化工， 2019， 47（17）： 205-207.

[7]张伟，张平，王桂强，等.新能源材料与器件专业“双师型”师资队伍建设思考[J].教育现代化， 2018， 5（33）： 272-273.

[8]董立军，王薇，吕东煜，等.以培养创新型人才为导向的基础分析化学实验教学改革的探索与应用[J].大学化学，2021，36（9）：71-76.