儲能材料與制備技術課程建設的改革與實踐

【摘 要】儲能材料與制備技術是中國礦業大學物理專業的一門具有較強實踐背景的新能源課程。本文結合國內外儲能材料與制備技術教學現狀，在教學實踐的基礎上闡述了該課程知識體系的特點，分析了該課程在教學內容和教學方法方面存在的主要問題，提出了一些教學改革建議。通過對教學體系的進一步改革，不斷提高教學水平，加強對學生基礎知識的理解和綜合能力的培養，從而實現教學質量的穩步提高。

【關鍵詞】儲能材料與制備技術 課程建設 教學改革與實踐

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）01-0027-02

一 背景

能源是人類賴以生存和發展的基礎，是實現社會經濟可持續發展的重要物質保障。我國能源建設面臨人均能源相對不足，能源工業技術落后，環境污染日趨嚴重等問題。隨著工業化和城鎮化進程的加快，尤其是經濟高速發展，能源需求量大幅度增加，能源短缺問題日益凸顯。大力推動節能技術進步，加強節能監管和服務體系建設，提高能源有效利用率，開發利用新能源和可再生能源，是我國能源可持續發展的基本方向。“十二五”期間，我國已把新能源產業列入到了國家重點支持的七大領域之一，不但得到了國家政策支持，各地方也制定了很多優惠政策鼓勵企業發展新能源產業。中國礦業大學是能源與礦業領域的高層次人才培養和科研開發基地，“實現以能源資源領域為主的多學科協調發展，力爭建成特色鮮明、國際一流的高水平礦業大學”是我校的中長期發展戰略規劃目標。為了適應時代發展需求，抓住行業特色育人，培養高素質創新型人才，經過反復的調研和醞釀，借鑒眾多的國內外大學經驗，并結合學校《關于進一步深化教育教學改革，努力推進創新人才培養的若干意見》的指導意見，對我校理學院應用物理學專業、光信息科學與技術專業2008版培養方案作了調整，增設了“儲能材料與制備技術”這一門新課程（適用于2009級、2010級及2011級）；在2012版新培養方案中，該課程進一步改革調整為“雙語”教學課程。該課程的設置是在“以人為本，夯實基礎，強化實踐，注重創新，突出特色”的高等教育教學指導思路及學校《關于進一步深化教育教學改革，努力推進創新人才培養的若干意見》的指導意見下對應用物理學專業、光信息科學與技術專業創新型人才培養體系相關課程建設的一次改革；旨在培養既符合“高等教育人才培養目標”，又能夠體現中國礦業大學能源特色和物理學科優勢的且具有扎實的理科基礎、擁有國際視野的高素質創新型能源科學后備人才。

解決能源可持續發展的方法之一是開發新材料、新技術，最大限度地實現高效節能，促進低碳經濟的發展。能量轉換與儲存技術是一種正逐漸受到國內外越來越多的關注的新型節能技術。研究價值高、應用前景廣闊的新型儲能技術，已受到企業界和科學技術界的密切關注，成為國際能源界研究熱點之一。目前，各國均處于儲能產業應用的初級階段，我國與國際先進儲能技術水平的差別不大，加大儲能技術的研發力度有助于我國在未來的能源技術競爭中占據有利地位。本課程講述了能量儲存的基本原理，儲能材料的基本特性，介紹了電能、熱能、化學能和氣體水合物等儲存與應用技術，著重對一些如冰蓄冷空調技術、電能儲能技術、蓄

熱供暖技術、氣體水合物儲能技術和化學能儲存技術等成熟技術及其應用進行了論述。本課程涉及儲能技術在日常生活、建筑節能和新能源技術開發及交通等領域的主要研究與應用。

二 國內外及校內現狀

物理學是研究物質的基本結構、基本運動形式、相互作用和轉化規律的自然科學。其基本理論滲透于自然科學的各個領域，廣泛應用于生產技術，是其他自然科學和工程技術創新的源泉。物理學基礎理論知識是學習“儲能材料與制備技術”課程的重要基礎，然而國內外高等學校主要在能源、環境、化工或材料類等專業開設“儲能材料與制備技術”或類似課程。憑借物理理論知識的優勢研究新能源的應用是中國礦業大學理學院物理科學與技術系加強理論聯系實際，提高學生應用能力，拓展學生就業創業空間的一次探索。隨著經濟全球化趨勢日益加強、國際交往日益頻繁，許多物理類專業畢業生進入能源類外企就業；為了便于國際交流，了解國外動態，熟練掌握外語工具十分有必要。

中國礦業大學理學院物理科學與技術系有應用物理學和光信息科學與技術兩個本科專業。應用物理學專業是江蘇省特色專業，主要以力、熱、光、電、聲和近代物理等綜合物理測試技術與計算機信息技術密切結合的智能化測試技術和光電測試技術為專業方向。光信息科學與技術專業主要以光信息、光電子科學領域中的理論和應用技術為專業方向。通過本課程的學習能使學生了解能量轉換與儲存技術；探索新型節能技術的儲能材料以及相關制備技術；了解能量儲存的基本原理、熱力學基礎，儲能材料的性能要求、選配方法及熱物性測定；掌握電能、機械能、熱能、化學能和水合物儲能技術原理和技術特點，為以后進一步學習打下一定的基礎。由于我校缺少該課程的建設經驗，在教學內容、教材建設、與其他課程的內容銜接等教學體系建設方面都存在著一些問題需要解決。

三 教學建設與改革

1.多媒體課件和雙語教學

本課程具有內容多、涉及知識面廣、圖表多等特點。類似儲能水電站、制冰機、儲能焊機、壓縮空氣動力發電機、蓄熱式電采暖、燃料電池和新型能源汽車等的動態原理僅用語言很難講解清楚，學生也難以理解。多媒體可以借助圖像、視頻、音頻、動畫等元素將抽象內容具體化、形象化，將枯燥內容生動化、有趣化，開闊學生的視野，讓學生對其產生感性的認識。雙語教學即同時使用兩種語言講授本課程。對于應用物理學和光信息科學與技術專業的本科學生來說，外語是工具而不是目的。雙語教學的目的，是通過本課程系統的課內講授和課外學習，提高學生與物理專業有關的查閱外文資料能力和科技外語交流能力。大四學生的英語基礎相對較好，絕大多數都獲得了大學英語四級證書，在授課過程中學生基本上可適應雙語教學，所以容易取得預期的教學效果。雙語教材直接影響教學的質量和效果，因此我們將參考國內外著名的“儲能材料與制備技術”教科書，自行編寫適合本校學生的教材。此外，學校應加強雙語教學師資的培養以促進雙語教學的發展和保證雙語教學的質量。

2.優化教學內容

本課程內容涉及暖通、空調、建筑、熱工、化工、能源和環境保護等相關領域，可選取的教材版本較少、國內現有教材老化、遠離前沿，需及時更新教學內容。中國儲能網匯聚最新儲能科研及技術成果、示范項目及儲能業界經濟動態，但并沒有整理相關研究的教學書籍。如最近澳大利亞科學家用石墨烯制造出致密超級電容，其能量密度為現有超級電容的12倍，可廣泛應用于可再生能源存儲、便攜式電子設備以及電動汽車等領域，這些最新研究成果應及時傳授給學生。本課程內容涉及大量物理學基本原理和規律，強調物理學與技術的結合，然而現有教材側重從技術應用的角度展示物理學，并未從物理的角度全面深入地解釋說明。如高溫超導磁懸浮飛輪儲能技術涉及高溫超導材料、邁斯納效應、磁懸浮原理、轉動慣量和轉動動能等基礎物理知識，很少有教材詳細講解。本課程內容在儲能元件、儲能材料制備技術方面亦有待進一步補充和完善，尤其應增加綜合性、設計性實驗以及自主創新性實踐內容，培養學生的創新精神和實踐能力。

3.加強案例教學

案例教學作為溝通基礎理論與實踐之間的橋梁，在教學中被廣泛采用。教師可選擇在課堂穿插案例，也可以選擇在章節總結時分析案例。前者幫助學生消化和掌握所學理論知識，后者考查學生綜合運用本章基本理論知識。如在學習熱能儲存技術的應用時，可以市場上出現的儲能式冷熱兩用保溫餐具為案例進行分析討論，逐步分析出相變儲能材料在相變過程中都要吸收或放出相變潛熱的原理進行蓄熱。教師重點講述相變潛熱的基本原理，闡明物理基礎原理和應用之間的聯系。這樣既可以開闊學生的學習視野，豐富專業知識，也有利于培養學生獨立解決問題的能力，鞏固教學成果。

4.教學與科研結合

高校提供了教學與科研雙重任務的平臺，教學與科研相互滲透，教學為科研提供需要和基礎，科研又為教學質量的提高提供方向和保證。中國礦業大學為教師和學生創造了良好的學習環境和研究平臺，大力支持資助大學生實踐創新訓練計劃項目，使教師和學生在教與學中共同提高知識水平和研究能力。中國礦業大學理學院新生入學后學院為每一名本科生都配備了成長導師，為學生提供個性化和專業化指導。這些措施為教學和科研的結合提供了便利條件，使“研究為本的學習”成為可能。結合學?？蒲衅脚_和理學院物理專業優勢，大四學生完全可以開展儲能材料的數值模擬與設計和性能實驗測試。尤其要注重碳相關材料儲能機制研究，可以充分體現學校的辦學特色。

四 結束語

新型高效能量轉換與儲存是節約和利用有限能源的重要手段之一，在日常生活和工農業生產中日益發揮重要作用。雙語教學不僅可以獲取儲能相關知識，還可以進一步培養和提高學生運用外語的能力。結合中國礦業大學理學院物理科學與技術系學生實際情況對教學內容、教學方法和教學手段等進行改革，增強學生實踐與創新能力。在教學活動的同時開展科學研究，以科研成果支持教學改革，實現教學與科研的互動、相長。

參考文獻

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