《能源材料導(dǎo)論》課程教學(xué)實踐與探索

陶雪鈺++范賀良++朱亞波

摘 要：基于國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的需要，中國礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)（能源材料方向）于2010年被批準(zhǔn)為國家特色專業(yè)，《能源材料導(dǎo)論》是該特色專業(yè)的核心課程。該文在課程體系的構(gòu)建、多媒體建設(shè)、教學(xué)方法及考核方式等方面進(jìn)行了探討，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。

關(guān)鍵詞：能源材料 課程體系構(gòu)建 教學(xué)質(zhì)量 國家特色專業(yè)

中圖分類號：TD350.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（b）-0173-02

在近期召開的中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組會議上，國家主席習(xí)近平提出要推動能源四項“革命”，一是推動能源消費革命，抑制不合理能源消費。二是推動能源供給革命，建立多元供應(yīng)體系。三是推動能源技術(shù)革命，帶動產(chǎn)業(yè)升級。四是推動能源體制革命，打通能源發(fā)展快車道。針對此次的能源安全戰(zhàn)略，真正地體會到了中央的良苦用心和戰(zhàn)略考慮。

能源和材料是支撐當(dāng)今人類文明和保障社會發(fā)展的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著能源和環(huán)境問題的日益惡化，傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足人類社會的發(fā)展要求。學(xué)者們普遍認(rèn)為，解決能源危機(jī)的關(guān)鍵是能源材料尤其是新能源材料技術(shù)的突破。我國能源科學(xué)發(fā)展的指導(dǎo)思想是[1]：從支撐國家可持續(xù)發(fā)展的高度出發(fā)，緊密結(jié)合我國能源資源特點和需求，關(guān)注全球氣候變化，立足能源科學(xué)與能源技術(shù)的學(xué)科基礎(chǔ)，豐富和發(fā)展能源科學(xué)的內(nèi)涵，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與人才培養(yǎng)，構(gòu)筑面向未來的能源科學(xué)學(xué)科體系，形成布局合理的基礎(chǔ)研究隊伍，為我國社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的和諧發(fā)展提供能源科學(xué)技術(shù)的支撐。自《中化人民共和國可再生能源法》頒布以來，我國已初步確立了可再生能源的政策支持框架，并出臺了一系列配套政策和細(xì)則。這些政策出臺落實后，我國可再生能源取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各類可再生能源增長迅速。可再生能源有望在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會等方面發(fā)揮重大作用。

國外已有一些知名的院校開設(shè)了新能源的本科專業(yè)[2]，如2005年俄勒岡州科技學(xué)院在美國率先開辦了可再生能源四年大學(xué)本科學(xué)位課程；2006年，紐約州立大學(xué)canton分校開辦了四年制的可再生替代能源專業(yè)；2008年9月份，伊利諾斯州立大學(xué)建立四年制的可再生能源專業(yè)；著名的美國哈佛大學(xué)、日本東京大學(xué)、瑞典皇家工學(xué)院等都設(shè)有能源材料研究機(jī)構(gòu)。隨著全球能源結(jié)構(gòu)的變化，對于新能源方面的人才需求的不斷增加，世界各高校將會有更多的高校開辦相應(yīng)的專業(yè)。國內(nèi)尚缺乏專門的新能源的專業(yè)。為適應(yīng)時代的需要，為國家培養(yǎng)這一新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人才，教育部2010年7月批準(zhǔn)在浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、河海大學(xué)及中南大學(xué)等十一所高校設(shè)立新能源科學(xué)與工程專業(yè)，清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京有色金屬研究總院等在生物質(zhì)能與核材料、先進(jìn)電池材料、儲能材料方面已經(jīng)形成明顯優(yōu)勢。

通過以上分析，可以看到國內(nèi)外科研及教學(xué)機(jī)構(gòu)對新能源材料及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的重視程度。本課程《能源材料導(dǎo)論》作為中國礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程特色專業(yè)（能源材料方向）的核心課程，首先考慮不斷把新能源材料科研方面的最新成果與進(jìn)展引入到課堂，當(dāng)然教學(xué)中還要充分考慮學(xué)生本身已有的知識結(jié)構(gòu)和他們的接受能力。需要授課教師在內(nèi)容選擇上深入淺出、課件制作上簡單明了、講授語言上通俗易懂，同時通過自身不斷學(xué)習(xí)補(bǔ)充新知識，讓學(xué)生多了解新能源材料的最新研究動態(tài)，最終培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對能源材料及相關(guān)知識產(chǎn)生濃厚的興趣。

1 《能源材料導(dǎo)論》課程存在的主要問題

中國礦業(yè)大學(xué)作為一所以礦物能源為特色的教育部直屬重點建設(shè)高校，其中的地質(zhì)、巖土、勘探、礦物材料、礦業(yè)安全等專業(yè)領(lǐng)域與能源材料及相關(guān)技術(shù)都有著不可割舍的聯(lián)系。2010年，材料科學(xué)與工程專業(yè)（能源材料方向）被批準(zhǔn)為國家特色專業(yè)，《能源材料導(dǎo)論》是該特色專業(yè)的核心課程。此次新專業(yè)方向的設(shè)置，就是為了響應(yīng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對高素質(zhì)專業(yè)人才的需求。但是作為新開課程，還存在一些不足，主要問題可歸納為以下幾點。

（1）課程體系不夠完善成熟。由于本課程沒有相對成型且廣泛應(yīng)用的教材，所以在授課內(nèi)容上需要授課老師自行選擇教材，由此在開始階段，教材沒有完全涵蓋所有的新能源材料，造成在課件內(nèi)容上需要參考其他參考書，整合這些參考書的內(nèi)容，整理豐富完整的課程內(nèi)容。這就需要項目組成員在接下來的備課過程中繼續(xù)理順課程總體架構(gòu)，有目的地增添和刪減一些內(nèi)容，保證在授課過程中更加自然流暢。

（2）課件內(nèi)容還不夠豐富。對于本學(xué)院已有的太陽能電池材料和鋰離子電池材料，各種視頻資料和科研結(jié)果比較豐富；但對于其他新能源如氫能和風(fēng)能等方面的知識，現(xiàn)有的視頻及實物演示模型等仍顯不足，這就需要項目組成員搜集或購買相應(yīng)的教具和演示視頻，以利于學(xué)生更好地理解和掌握這方面的知識。

（3）如何培養(yǎng)學(xué)生對能源材料的興趣。改變以教師“教”為中心的灌輸式教學(xué)形式的傳統(tǒng)教學(xué)模式。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容，將問題教學(xué)法、案例法和示范法等多種教學(xué)方法，采用研討式教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生更多地加入到課堂教學(xué)中，引起學(xué)生主動的學(xué)習(xí)興趣或好奇心。另外，將課堂與實驗、實踐教學(xué)結(jié)合起來，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)能源材料的積極性。

2 教學(xué)實踐的主要措施

2.1 結(jié)合專業(yè)特點，合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

國內(nèi)外各大學(xué)都十分注重教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計[3]，作為能源材料方向的一門核心課程，教學(xué)中不能面面俱到，必須有所側(cè)重。圍繞能源材料這個核心內(nèi)容，本項目組計劃在項目進(jìn)行過程中結(jié)合本專業(yè)實際構(gòu)建符合國家新能源材料發(fā)展需要的知識體系。該課程擬從以下3方面構(gòu)建《能源材料導(dǎo)論》課的課程體系：（1）結(jié)合本專業(yè)的實際條件，本課程擬重點介紹太陽能電池材料和鋰離子電池材料的研究動向及研究進(jìn)展。充分利用該學(xué)院的實驗條件和科研力量[4]，使學(xué)生有更多的機(jī)會理解和掌握太陽能電池材料和鋰離子電池材料的制備及應(yīng)用的知識。（2）結(jié)合國家發(fā)展能源材料的戰(zhàn)略，對于極具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉慈鐨淠埽谡n程中也給予重點介紹，包括氫能的制備、氫能的儲存與輸運及氫能轉(zhuǎn)化與利用（燃料電池）領(lǐng)域[5]，為學(xué)生畢業(yè)以后從事研究或轉(zhuǎn)型提供必要的專業(yè)知識。（3）對于傳統(tǒng)能源材料如燃煤發(fā)電材料等作一般性介紹，適當(dāng)?shù)財U(kuò)充這些方面的內(nèi)容，構(gòu)成《能源材料導(dǎo)論》這門課程的完整內(nèi)容。并且在教學(xué)上要打破“一門課程一本教科書”的舊模式，實施一門課程多種教材及參考書的新模式[6-8]。同時為保證課程系統(tǒng)性和完整性，在通過與相關(guān)同行的研討與查閱大量相關(guān)教材、文獻(xiàn)，并在該課程授課的實踐基礎(chǔ)上，構(gòu)建該課程的完整課程體系。endprint

2.2 多媒體內(nèi)容體系建設(shè)

多媒體作為一種現(xiàn)代化教學(xué)手段，被廣泛引入各高校的教學(xué)當(dāng)中。精心準(zhǔn)備電子教案并制作多媒體課件，理論講授時，可以采用多媒體課件輔助教學(xué)。多媒體系統(tǒng)教學(xué)具有許多優(yōu)勢，如在課件中，通過新能源材料的視頻資料（太陽能電池的應(yīng)用、鋰離子電池及核能的開發(fā)等）、動畫等導(dǎo)入學(xué)習(xí)項目，通過圖片資源、動畫理解教學(xué)難點、重點（例如，在講授太陽能光伏發(fā)電原理時，很難單純用語言文字講清楚的內(nèi)容，采用多媒體課件的形式生動形象地展示從電子-空穴對形成到太陽能電池電壓建立的全過程），便于學(xué)生理解和掌握，大大激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮認(rèn)知主體的主觀能動性。搜集或購買關(guān)于氫能和風(fēng)能等利用的視頻或演示教具，使教學(xué)更具直觀性和互動性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.3 實施研討式教學(xué)

研討式教學(xué)是一種將教師研究性講授與學(xué)生研究性學(xué)習(xí)、課內(nèi)與課外、規(guī)定教材與廣泛查閱、教師指導(dǎo)與學(xué)生自學(xué)、討論有機(jī)結(jié)合的教學(xué)。研討式教學(xué)方式使課堂教學(xué)以學(xué)生為主角，最大程度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生通過課前自學(xué)，課上討論和課后實驗?zāi)芨到y(tǒng)、更深刻地掌握所學(xué)內(nèi)容，并會因為研討提出的交叉應(yīng)用問題激發(fā)拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。在這個過程中，老師扮演主持人和評論員的角色，發(fā)揮糾正誤區(qū)、揭示本質(zhì)、解答疑惑和引導(dǎo)思考的作用。研討式教學(xué)適用于50人以下的小班教學(xué)，否則無法有效地組織研討。《能源材料導(dǎo)論》課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的特色專業(yè)（能源材料方向），該專業(yè)方向有學(xué)生18人，在課程授課過程中，利于進(jìn)行研討式小班教學(xué)。

2.4 完善教學(xué)大綱

該專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需要，德智體美綜合素質(zhì)全面發(fā)展，具備堅實的材料、物理、化學(xué)、電子等學(xué)科基礎(chǔ)，系統(tǒng)掌握能源材料專業(yè)基本理論與基本技能的新型人才。畢業(yè)生適宜在能源、新材料、新能源汽車、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及電力、航天航空、信息、交通等領(lǐng)域從事研究、技術(shù)開發(fā)、工藝和器件設(shè)計及相關(guān)管理工作。目前教學(xué)大綱主要涉及鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、儲氫材料及核能材料等新能源材料及其應(yīng)用，也涵蓋了傳統(tǒng)能源材料如燃煤發(fā)電材料等。該項目擬在教學(xué)過程中，根據(jù)本專業(yè)實際和國家戰(zhàn)略發(fā)展需要即時修訂教學(xué)大綱，相應(yīng)增減知識內(nèi)容，不斷完善《能源材料導(dǎo)論》課程的教學(xué)大綱。

2.5 建立考核方式

作為教學(xué)活動的有機(jī)組成部分，課程考核是整個教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)之一。該課程采取了平時成績與期末成績相結(jié)合的考核方式。期末考試采用閉卷的方式。試題多以論述題為主，學(xué)生根據(jù)對問題的理解和認(rèn)識進(jìn)行解答，解答過程中學(xué)生可以充分發(fā)揮自身的創(chuàng)新意識，對當(dāng)今新能源材料領(lǐng)域的一些問題提出有參考價值的意見與思考。學(xué)生平時成績占總分?jǐn)?shù)的30%～40%，例如課后作業(yè)、資料查閱、出勤考查、回答問題的質(zhì)量、參與討論發(fā)言等。通過這樣的考試學(xué)生不僅掌握了該專業(yè)領(lǐng)域方面的知識，而且分析問題、解決問題的能力也得到提高。

3 結(jié)語

國家能源特色專業(yè)的設(shè)置是我國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的需要[2]，該專業(yè)開設(shè)《能源材料導(dǎo)論》課程，這也符合國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對新能源材料專業(yè)人才的需求。在該課程的教學(xué)實踐過程中，隨著新能源材料與技術(shù)的不斷發(fā)展，并不斷調(diào)整優(yōu)化該課程的課程體系，并不斷改進(jìn)教學(xué)方法，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果，探索出一條行之有效地適合“能源材料導(dǎo)論”課程教學(xué)的模式和教學(xué)方法。也希望通過這門課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠系統(tǒng)掌握新能源材料基礎(chǔ)知識，了解學(xué)科專業(yè)特點和學(xué)科前沿，擁有新能源材料制備及新能源系統(tǒng)工程等方面的專業(yè)技能，能在新能源產(chǎn)業(yè)中從事生產(chǎn)、設(shè)計、研發(fā)、教學(xué)、咨詢、管理和貿(mào)易的高級專門技術(shù)人才。

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