西部高校新能源材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

南 輝，林 紅,2，王 剛，陳慧媛，楊桂軍，韋浩民

(1.青海大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，青海 西寧 810016；2.清華大學(xué) 材料科學(xué)與工程系新型陶瓷與精細(xì)工藝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

由于全球氣候變遷、空氣污染問題以及常規(guī)化石油能源的日益枯竭，新能源技術(shù)的開發(fā)與利用逐漸引起人們的高度關(guān)注。西部地區(qū)的新能源材料產(chǎn)業(yè)依托其獨(dú)特的自然條件，具有巨大發(fā)展?jié)摿ΑＥ囵B(yǎng)社會(huì)急需的與新能源材料相關(guān)的高技能實(shí)用人才，為地區(qū)乃至全國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)是西部高校面臨的重要任務(wù)。本文以我校新能源材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為例，分析了目前該專業(yè)的現(xiàn)狀與存在的問題，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合我校教學(xué)現(xiàn)狀給出了以應(yīng)用創(chuàng)新型人才為培養(yǎng)目標(biāo)的新能源材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革方案。

1 新能源材料專業(yè)現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 專業(yè)現(xiàn)狀

新能源材料產(chǎn)業(yè)是我國西部國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)和支柱型產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是涉及多個(gè)領(lǐng)域高新技術(shù)的集成產(chǎn)業(yè)，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展中一直起著極其重要的作用。青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院結(jié)合已有的學(xué)科基礎(chǔ)和社會(huì)發(fā)展的用人需求,于2008年設(shè)立了新的專業(yè)——新能源材料專業(yè)。目前國內(nèi)僅有武漢理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等幾所高校開設(shè)相關(guān)專業(yè)。該專業(yè)依托地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，要求學(xué)生在全面掌握材料科學(xué)基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握材料制備與成型技術(shù)在風(fēng)電、光電、能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境保護(hù)中的發(fā)展和應(yīng)用。

1.2 存在問題

新能源材料專業(yè)的實(shí)踐性非常強(qiáng)，與工程實(shí)際結(jié)合緊密[1-2]。但是，由于傳統(tǒng)的教學(xué)模式比較強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)的系統(tǒng)性與完整性，在課程設(shè)計(jì)上，理論課科目多，占的總學(xué)時(shí)也比較多，較少考慮學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。近年來，雖然高校為了改變這種理論教學(xué)與實(shí)踐相脫離的現(xiàn)象，逐步增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)以提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，比如增加畢業(yè)設(shè)計(jì)、認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的課時(shí)，取得了一定成績，但離培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的要求還存在差距，主要有以下2點(diǎn)：

(1) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)用性不強(qiáng)。目前新能源材料專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目多為理論設(shè)計(jì)，不需要?jiǎng)邮植僮鳎灰凑找?guī)定的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算就可以完成相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)由于擴(kuò)招后學(xué)生人數(shù)的驟然增多，難以保證每一位學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的實(shí)用性。

(2) 綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的質(zhì)量不高。由于新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)對場地、設(shè)備、技術(shù)的要求比較高，且一次性投資數(shù)額大。綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目多沿用材料科學(xué)與工程等專業(yè)的題目，而與新能源材料專業(yè)相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換測試與分析的題目較少，以致學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力下降，學(xué)習(xí)積極性不高。

鑒于新能源材料專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的諸多不足，我們希望改變原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制，由原來的“師本教育”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧窘逃保瑯?gòu)建應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)體系。

2 新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念及體系構(gòu)建

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

新能源材料專業(yè)課程涉及光伏發(fā)電技術(shù)、熱能動(dòng)力工程、冶金、材料、機(jī)械、能源動(dòng)力等許多學(xué)科領(lǐng)域，概念多、知識面廣、工程應(yīng)用性強(qiáng)。如果忽視新能源材料專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，勢必不能有效提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)的目的。鑒于此，高校應(yīng)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，結(jié)合學(xué)校實(shí)際，以典型工程背景為條件，以貼近工程實(shí)際進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)為手段，設(shè)置科技獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)分，逐步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)實(shí)踐質(zhì)量，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

在實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建過程中，應(yīng)采取“五結(jié)合”做法，即實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合、強(qiáng)化基礎(chǔ)與提升能力相結(jié)合、傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代手段相結(jié)合、畢業(yè)設(shè)計(jì)與工程實(shí)際相結(jié)合、科技創(chuàng)新與學(xué)生實(shí)踐相結(jié)合[3-5]。

(1) 構(gòu)建多功能、多層次、開放型的新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大平臺。平臺1(專業(yè)興趣激發(fā))的功能是喚醒學(xué)生對現(xiàn)代能源材料領(lǐng)域技術(shù)和裝置的好奇心與專業(yè)興趣，激發(fā)后續(xù)科學(xué)素質(zhì)訓(xùn)練的原動(dòng)力，為后續(xù)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)，比較經(jīng)典的興趣激發(fā)方式見表1；平臺2(科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng))的功能是設(shè)置科技獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)分制度，利用完善的實(shí)驗(yàn)課程體系和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室條件，培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容、基本方法和基本技能，將學(xué)生的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)位論文等，與科研項(xiàng)目相結(jié)合，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力；平臺3(科技創(chuàng)新實(shí)踐)的功能是充分發(fā)揮現(xiàn)代大學(xué)生善于挑戰(zhàn)和勇于創(chuàng)新的優(yōu)點(diǎn)，利用高校已有的大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”、 “工業(yè)設(shè)計(jì)大賽”，“電子設(shè)計(jì)大賽”等平臺，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各種創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生在創(chuàng)新活動(dòng)過程中直接充當(dāng)主體，自組團(tuán)隊(duì)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神全面提高的培養(yǎng)目標(biāo)。

表1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣的方式

(2) 建立新能源材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)庫。隨著數(shù)據(jù)庫的建立，使實(shí)踐教學(xué)由以教為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為主，把各種素材和視頻資料整合起來，實(shí)施大學(xué)生自主學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。學(xué)生可以通過直觀化、動(dòng)態(tài)化的數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容，掌握實(shí)驗(yàn)原理，這種模式的學(xué)習(xí)、思考和交流有助于學(xué)生對新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握，能起到事半功倍的教學(xué)效果。

(3) 注重培養(yǎng)方向與目標(biāo)需求的緊密結(jié)合,不斷更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。由于新能源領(lǐng)域高新技術(shù)的快速發(fā)展，特別是信息技術(shù)在該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我們在不斷充實(shí)、改進(jìn)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法的同時(shí)，及時(shí)淘汰一些操作簡單、內(nèi)容陳舊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，精選出一些符合市場需求和技術(shù)發(fā)展方向的新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法，充實(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中。通過進(jìn)行具有時(shí)代氣息并與生產(chǎn)實(shí)踐、工程開發(fā)和科學(xué)研究密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，開闊學(xué)生眼界，拓展思路，提高技能。

(4) 改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，建立流程式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，進(jìn)而構(gòu)建統(tǒng)一、完整、綜合、模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。以薄膜電池光陽極的制備為例，采用如圖1所示的流程式教學(xué)來介紹。在教學(xué)上強(qiáng)調(diào)將傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、硬件實(shí)驗(yàn)與軟件模擬相結(jié)合、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外科技活動(dòng)相結(jié)合。通過以多晶硅電池制備的實(shí)物教學(xué)、染料敏化太陽能電池多媒體光盤展播、風(fēng)力發(fā)電模型綜合演示實(shí)驗(yàn)、動(dòng)力技術(shù)發(fā)展史講座、光電轉(zhuǎn)換材料專家講座，輔之以“大學(xué)生‘挑戰(zhàn)杯’作品展示長廊”等多種形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和激情。

圖1 薄膜電池光陽極的制備流程式教學(xué)

(5) 建立符合高校自身特點(diǎn)的創(chuàng)新實(shí)踐機(jī)制，努力把創(chuàng)新理念融入到實(shí)踐教學(xué)全過程中。在完成正常的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容外,設(shè)置創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)分制度，利用課余空閑時(shí)間，分層次、分項(xiàng)目地開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。根據(jù)設(shè)備、儀器、教師資源情況，以個(gè)人或小組形式在教師的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生自己的創(chuàng)造性，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測試與分析，提高學(xué)生參加實(shí)踐活動(dòng)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合能力，同時(shí)充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、組織管理能力和綜合實(shí)踐能力。

3 新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)保障體系的搭建

3.1 緊密結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)，打造高水平實(shí)踐教學(xué)平臺

西部高校主要為地區(qū)培養(yǎng)技術(shù)型應(yīng)用人才，而西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有明顯的地域性，因此實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)的開展要緊密結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，開設(shè)具有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為學(xué)生今后就業(yè)打下一定基礎(chǔ)[6]。

3.2 依托“科技服務(wù)企業(yè)”的平臺，走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展道路

西部高校地處邊遠(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件建設(shè)資金投入有限，一些高檔設(shè)備價(jià)格動(dòng)輒百萬元，學(xué)校只靠自身能力購置幾乎不可能，此時(shí)要充分整合、利用社會(huì)資源，主動(dòng)聯(lián)系企業(yè)，借他山之石彌補(bǔ)設(shè)備資源不足的現(xiàn)狀[7-9]。

通過“科技服務(wù)企業(yè)”的平臺，將工程應(yīng)用與工程育人相結(jié)合，構(gòu)建開放式的實(shí)踐教學(xué)體系。可聘用具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的研究員、高級工程師參與實(shí)踐教學(xué)，通過多種形式，用他們豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生受益。同時(shí)，通過他們將實(shí)際工程問題作為案例引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵與層次，用自己所學(xué)的知識解決現(xiàn)實(shí)問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新能力[10-11]。我校與青海省新能源研究所、青海亞洲硅業(yè)、青海鹽湖集團(tuán)、青海鋁業(yè)等省內(nèi)數(shù)十家大型企業(yè)建立了長期合作關(guān)系，不僅為學(xué)生的科技創(chuàng)新提供了優(yōu)質(zhì)資源和環(huán)境，而且為學(xué)生就業(yè)和今后發(fā)展提供了廣闊空間。

3.3 重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的教學(xué)

目前，隨著國家“中西部高校綜合能力提升工程”項(xiàng)目的開展，高檔先進(jìn)設(shè)備也逐步進(jìn)入西部高等學(xué)校，但是新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)是各類基本技能訓(xùn)練，只有在掌握了如材料制備、材料成型與加工、能量轉(zhuǎn)換、能源動(dòng)力等基本技能后，學(xué)生才能更好地體會(huì)和掌握新能源材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容[12]。因此，高校在配備儀器設(shè)備時(shí)，不能一味追求大、新、全，而應(yīng)該從實(shí)踐教學(xué)基本規(guī)律入手，使有限的資金、場地，合理地發(fā)揮最大作用。

4 新體系的應(yīng)用效果

以應(yīng)用創(chuàng)新型人才為培養(yǎng)目標(biāo)的新能源材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系在我校應(yīng)用后，取得了明顯的效果，主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：

(1) 通過近幾年的實(shí)踐，我校新能源材料專業(yè)考取研究生和保研的學(xué)生中，70%以上參加過新教學(xué)體系的課程訓(xùn)練，同時(shí)由于新體系中涉及到企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐，使學(xué)生對于知識的理解和掌握變得更加容易，大大激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

(2) 在新體系中，企業(yè)專家通過參與實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)并進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，使學(xué)生在實(shí)踐過程中更貼近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生的“無縫就業(yè)”。

5 結(jié)束語

高校新能源材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與平臺的構(gòu)建是一個(gè)長期的、復(fù)雜的過程。結(jié)合高校自身的條件，從實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)置、儀器設(shè)備的合理配置以及軟件資源等多個(gè)方面加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)體系與平臺的建設(shè)，培養(yǎng)既有扎實(shí)的專業(yè)知識，又有較強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力的人才，必將更好地在地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)中發(fā)揮越來越大的作用。

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