新能源材料课程教学改革探索

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[摘要]新能源技术和材料的高效利用及开发，将有力促进社会的发展和进步，同时对新能源材料类的人才培养提出更高要求。本文以新能源技术以及新能源材料为背景，论述了新能源材料课程教学过程中存在的问题及面临的挑战，探讨研究了课程的教学内容、教学模式的优化和改革，增加学生的学习兴趣，提升课程的教学质量和教学效果。

[关键词]新能源材料；教学改革；课程优化

科技的发展和社会的进步，加速了人类对能源的需求，而传统能源的消耗和枯竭制约了社会的快速发展和人们生活品质的提升。随着世界经济的快速发展和全球人口的不断增长，世界能源消耗剧增，人类社会的可持续发展受到严重威胁，而解决能源危机的关键是新能源技术和新能源材料的突破。新能源是区别于传统能源的创新技术基础上可以开发利用的可再生能源，常见的形式如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，是一种可循环利用、清洁、环保的能源形式。新能源技术对于一个国家的技术发展和能源水平至关重要，同时新材料技术的研发水平及产业化规模是衡量一个国家经济高速发展、科技进步和国防实力有效提升的重要标志[1]。如何高效地开发和利用新能源技术和材料，已成为当今世界科学家们所面对的重要挑战[2]。在这个新兴产业中对技术类人员的需求是非常迫切的，加大对新能源材料类的人才培养刻不容缓。在此背景下根据社会发展的需要产生了新能源材料的课程，该课程属于多学科的综合交叉学科，不仅有能源科学，还有材料科学、物理、数学、化学等学科的结合。当今社会，面对科学技术高速发展，新能源和新材料的不断涌现，知识信息爆炸性输出，需要学生快速掌握相关知识，如何科学高效地培养本专业的学生是该课程授课教师所面临的问题。新能源材料这们课程是随着新能源技术和产业发展而设置的专业选修课，为学生将来从事相关的能源材料工作、科研创新等方面提供坚实的专业基础。本课程在介绍国内外新能源材料开发、利用、研究的基础上，结合当今世界能源领域的研究发展现状，概述了新能源和新能源材料面临的主要任务和研究进展，阐述了各种新能源材料，如锂离子电池材料、太阳能电池材料、光电显示材料、储氢材料等材料技术的特点。并对新能源材料的工作原理、材料组成、制备方法、发展趋势等进行了详细讲述。通过新能源材料课程的特点与学科前沿发展的结合，激发学生对该课程的兴趣，深入了解和学习新能源材料技术的相关理论知识及发展状况，提高学生的综合素养。推动学生自主深入学习各类能源材料，引导其在新能源材料方向的发展。为了改进和提高该课程的教学质量及教学效果，本文结合作者讲授新能源材料课程的经验和体会，探讨了新能源材料课程的教学内容、教学模式的优化和改革。

1新能源材料课程教学过程存在的问题及面临的挑战

(1)对前期基础要求高。新能源材料涉及多学科内容，是一门综合性很强的课程。如果学生前期对相关的基础知识(如物理、数学、材料、化学等)学习或理解不深，那后面学习这门课程的时候有些知识点和理论概念理解起来就比较困难。例如电池材料中的“电解池”、“原电池”等概念，有的学生以前学习过，但是仍然弄不清楚它们的区别和工作原理。此外，具体讲解某一类新能源材料中还会涉及到一些复杂的专业术语、过程原理及公式，这都要求学生具有一定的前期基础知识。(2)授课模式单一。由于特定教材的局限和传统讲授式授课方式的单一，“灌输式”授课方式使得学生几乎是被动接受知识，课堂教学不生动，不能吸引学生的注意力，学生对讲授内容感到无趣，使得学习积极性不高，不能很好地达到教学效果和完成相应的教学目标。在国家大力发展新能源技术和相关材料的大环境下，前述这种传统教学模式有待整合和优化，同时增加和融合多种教学手段，以引导学生的自学和创新能力，提高教学质量，并为高速发展的新能源技术和新材料应用输出高素质创新型复合人才。(3)教学内容不能紧跟社会发展的时代前沿。日益增长的技术和生产水平不断促进新能源材料的快速发展，目前各国面对疫情，提出了各自的经济和社会发展计划，如欧盟为应对疫情的影响，通过的史上最大规模疫后振兴计划，其中将太阳能产业在经济复苏和能源转型中的作用更加突出，而我国作为全球太阳能的大国，这对中国的太阳能企业来说是巨大的发展机遇[3]。产业和技术的发展紧跟时代的需求，可以有侧重的增加相应内容的课时量。然而上课时使用的特定教材中讲授的内容比较滞后，不能紧跟时代的发展而传递最新的资讯和发展信息。(4)缺乏自主思考及实践过程。新能源材料是综合性较强的课程，要求学生掌握一定的基础知识和原理，同时还应具备思考设计和解决问题的能力。由于课时数的限制，同时受到实验场地、环境、设备等实验条件的限制，缺少相应的实践课程，无法完全真实进行实验设计和动手操作，不利于加深学生对相应知识的理解和培养学生解决问题的能力。

2新能源材料教学改革研究与探索

新能源材料课程是冶金工程专业研究生选修课，共32学时，本课程的教学目的是通过介绍当今能源利用的现状、存在问题以及解决办法，了解材料在新能源领域应用的现状及其所发挥的重要作用；激发学生对新能源材料的了解和兴趣，推动学生自主深入学习各类能源材料，引导其在新能源材料方向的发展。根据存在的问题具体提出以下关于新能源材料课程教学内容和教学方式的改革建议。2.1新能源材料前沿发展信息了解的基础上，穿插引入经典理论。知识信息爆炸，各种新知识非常多，但很多新材料的发展有相近的经典原理。理解了相应原理，学习和消化新的知识就会更容易、更高效。新能源材料的相关基础知识涉及多学科的知识，前期部分内容在其它课程中已经学习过，但是后期综合应用各学科知识点有一定难度。在讲解新能源材料发展及应用的同时穿插引入相应的经典理论知识，使学生理解的更为深入。例如讲解锂离子电池材料时，先讲解了它的发展历史背景，然后穿插引入什么是电解池，什么是原电池，通过电解CuCl2溶液装置的具体例子让学生明白电解池的工作过程及相应概念，通过铜锌原电池的具体例子让学生明白原电池的工作过程和相关术语，不断引导学生对电池理论中的一些基本概念如正极、负极、阳极、阴极等基本概念的理解。然后再讲电池的分类及应用等，进一步引出锂离子电池，并让学生掌握锂离子电池的工作原理，通过电池工作示意图及前面奠定的基础理论知识，使学生明白锂离子电池充电时，锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜嵌入到负极，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高，使负极处于富锂离子态，正极处于贫锂态；放电时，锂离子从负极脱嵌进入正极[4]。工作原理掌握了，锂离子电池的发展及应用、以及其它各种类型的锂离子电池就更容易理解。2.2教学内容的优化调整及重点与主次的合理取舍。新能源材料课程涉及的专业面比较宽广，学科交叉性强，内容丰富，教学内容涉及多个学科的综合知识点。而且涵盖的内容非常多，包括了新能源和新能源材料的背景和进展，以及具体的一些新能源材料种类，如分类包括了锂离子电池材料、储氢材料、光电显示材料、太阳能电池材料等新材料技术；同时对这些新材料的学习所需的相关专业基础比较多，如半导体物理、化学等相关知识。然而新能源材料课程只有32学时，在教学内容上，如果要把门类众多的各种新材料完整地讲解完，这很难做到，也不现实，这就要求在较短的时间内结合具体情况对教学内容进行合理的取舍[5]。如跟本学院相关性比较大的新材料内容可以多讲解，太阳能电池材料、光电显示材料等与本学院多个研究团队的研究方向接近，这样可以多讲解这方面的内容，包括该方向的前沿热点和发展方向等，为学生进入具体的实验过程打下基础，同时更容易实现理论与实践的结合。另外根据社会发展的时代前沿，多讲解一些最新的新能源材料的发明和应用，以及由于这种新能源材料的发明而对社会发展产生的积极意义，使学生开阔眼界并提高科研兴趣。2.3丰富教学方式。教学方法和手段要根据教学对象的变化进行实时的优化和调整，被动的填鸭式的教学方法满足不了学生的学习兴趣以及提升教学质量[6]。在强调学生综合能力的过程中，教学方式跟上发展的要求，与时俱进显得尤为重要。在具体教学过程中，除采用常规的课堂讲授方式外，将课堂互动、线下实践、视频及音频展示、研究报告、科研训练等教学手段有机结合，这种教学方式不仅能活跃课堂教学气氛，而且有利于培养学生的查阅文献、撰写学术报告及语言表达水平，从而提高学生综合素质，为学生后续发展奠定坚实的理论和实践基础。例如可以让学生根据自己的兴趣爱好，就某一种新能源材料进行文献资料或实验调研并进行归纳总结，总结形式可以包括PPT、视频材料、音频材料以及动画展示等，在课堂上以专题报告的形式进行展示，其他学生提建议和问题，该形式并作为课程考试成绩的一部分，通过提高学生的参与性，使学生在学习新能源材料的过程中，提高各个方面的综合能力。2.4引导并激发学生的积极性与创造性。鼓励学生采用灵活学习方式参与科研实践活动，以现有学生所在课题组的资源为平台，鼓励学生分组进入相关的科研团队，引导学生进行团队协作并进行方案设计，提高学生的实践动手能力，培养学生分析问题及将理论和实践相结合的能力。在具体实验中理解和实践新能源材料的研究和应用，通过多种方式的混合教学，为培养出优秀的创新型复合人才奠定理论和实践基础。比如根据班级情况可以分成不同小组，每个小组4~6人，每个人负责不同内容，充分发挥教师的积极引导作用，通过已学的基本知识和科研实践、以及文献资料的调研，来完成预计的科研研究项目或方案设计。同时鼓励学生积极参与老师的科研课题，在做科研课题的过程中进一步加深对相关知识的认知，为学生以后能够独立科研或参与科研活动奠定良好的实践基础[7]。

3结语

本文以新能源材料的人才培养为出发点，探讨研究了《新能源材料》课程的教学内容、教学模式的优化和改革，增加学生的学习兴趣，提升课程的教学质量和教学效果。教学改革是学校、老师及学生同时参与的综合性的系统工程，需要教育工作者不断的创新、探索和实践，积极尝试新的教学模式，丰富、改进和创新教学方法与手段，充分调动起学生学习的主动性和积极性，培养综合性高素质人才。

参考文献

[1]李进，刘丰，郭东磊，等．新能源材料课程教学改革的思考[J]．广州化工，2019，47(15)：186-187．

[2]林伯强．中国新能源发展战略思考[J]．中国地质大学学报(社会科学版)，2018，18(02)：76-83．

[3]中国半导体行业协会，新能源材料[J]．新材料产业，2020(04)：87-89．

[4]黄可龙．锂离子电池原理与关键技术[M]．北京：化学工业出版社，2008．

[5]李新利，李丽华，任凤章，等．新能源材料与技术课程的教改探索[J]．山东化工，2018，47(21)：156-158．

[6]韩延明．建设创新课堂提高教学质量[J]．临沂师范学院学报，2010，32(04)：1-9．

[7]赵立斌，张莉莉，邢楠，等．大学生创新训练、学术素养提升与创新型人才培养[J]．河北农业大学学报(社会科学版)，2019，21(06)：36-44

作者:陈杰 孙本双 徐建伟 单位:郑州大学河南省资源与材料工业技术研究院