“碳中和”背景下新能源材料與器件專業建設探討

王志濤 上官恩波 翟海法 王公軻 高圣博

摘要 在“碳中和”背景下，如何建設特色鮮明且優勢突出的新能源材料與器件專業成為高校亟需破解的難題。河南師范大學新能源材料與器件專業秉承“以國家需求為依歸，以產學研結合為途徑，以改革創新為動力”的理念，通過深化專業綜合改革，優化人才培養機制，提升專業內涵建設，在師資隊伍建設、課程體系改革、實驗平臺建設、實驗教學體系完善及實踐基地建設等方面取得了積極成效。

關鍵詞 新能源材料與器件；專業建設；人才培養；產教融合

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.014

新能源行業科技含量高，產業帶動作用強，市場發展潛力巨大，大力發展新能源產業是實現我國“碳達峰”及“碳中和”目標的必由之路[1-2]。為培養國家和地方亟需的新能源行業技術人才，2010年7月教育部批準了一批高校設置與新能源、新材料產業密切相關的新能源材料與器件本科專業。2022年《國家自然科學基金“十四五”發展規劃》正式發布，本次公布的115項“十四五”優先發展領域中，與新能源材料與器件專業高度相關的領域多達5項，包括“新材料與新結構的力學”“綠色合成方法與過程”“能源資源高效轉化與利用的化學、化工基礎”“新材料的化學創制”及“材料多功能集成與器件設計理論基礎”，這為新時代新能源材料與器件專業的建設和發展指明了方向，提出了更高的要求。作為一個涉及化學、物理及材料科學等學科的工科類專業，確定適應當下發展要求的人才培養目標，構建與之相配套的人才培養模式和課程教育體系，是高等學校培養滿足國家對“高、精、尖”人才的迫切需求，推動社會可持續健康發展的前提[3-4]。因此，如何將新能源材料與器件專業建設成為特色鮮明且優勢突出的專業成為各大高校不斷探索的課題。本文以河南師范大學（以下簡稱“我校”）新能源材料與器件專業的建設及發展為主體，學習并汲取其他高校該專業建設和發展的經驗，探討其在學生培養模式和培養體系等方面的改革。

1河南師范大學新能源材料與器件專業的特點及現狀

2015年河南師范大學以化學化工學院為依托，開設新能源材料與器件本科專業。為進一步凸顯材料科學學科優勢，優化專業建設，學校抽調化學化工學院和物理學院部分骨干教師，于2018年正式組建材料科學與工程學院。此后，新能源材料與器件專業依托單位轉至材料科學與工程學院。雖然該學院是一個新建的年輕學院，但是本專業所依托的材料科學學科實力雄厚。目前材料科學ESI學科已進入全球前5‰行列，這為新能源材料與器件專業的高質量建設與發展奠定了堅實的基礎。專業調整后，材料科學與工程學院積極組織專家對新能源材料與器件專業發展進行“把脈問診”，針對目前存在的一些突出問題進行探索研究。主要問題包括：①課程體系設置特色不鮮明，人才培養目標不明確，主干課程未充分結合學校特色與強勢學科資源；②嚴重缺乏“雙師型”人才，現任專任教師90%以上為高校畢業博士直接來校任教，缺乏實踐教學經驗；③材料類學科特色實驗室建設不完善，缺乏用于綜合實驗教學的儀器設備；④實習基地數量有限且聯系不夠緊密，制約學生的生產實習、實踐活動。針對當前學校該專業處于調整期的現狀，探索專業特色化建設之路顯得尤為迫切。

2河南師范大學新能源材料與器件專業的特色化建設

2.1明確人才培養目標

新能源材料與器件專業是面向新能源開發、新材料設計與制備及新能源器件設計與制造等領域而開設的本科專業。本專業以化學、物理等學科為基礎，材料為主體，通過器件展現出材料的功能，表現出學科交叉性強的特點。因此，本專業注重基礎理論與實際應用相結合，重點培養學生在新材料設計與制備、新能源器件設計與制造等方面的能力[5]。基于本專業特點而設置復合型、交叉型課程體系，夯實基礎理論，著重培養學生應用基礎理論進行“材料設計與合成”及“器件設計與優化”的能力，以期學生能夠系統掌握材料制備與表征，理化性能測試，儲能器件設計與優化，具備運用所學知識技能解決新能源材料與器件領域實際問題的能力。通過四年的培養，畢業生能夠勝任新能源開發、新材料設計與制備及新能源器件設計與制造等方面的工作，成長為創新意識敏銳、理論基礎扎實及實踐能力突出的復合型人才。

2.2創新課程體系建設

依據“新工科”人才的培養定位，完善課程體系建設。本專業的學科交叉性強，在教學過程中難以做到面面俱到，應當去繁就簡，有所側重。首先，精簡課程結構，例如將原培養方案中的“四大化學”，精簡為以物理化學為主，并擴充該課程學時，達到夯實學科基礎的目的。其次，優化主干課程類型，開設與材料合成及器件設計密切相關的專業課程，如儲能材料與制備技術、半導體物理與器件、化學電源設計等。避免開設內容相近的課程，以免造成知識點重復及學時浪費。根據專業偏重實驗科學的特點，探索CDIO工程教育模式與課程體系建設相融合。由任課教師選擇某些與課程相關的實驗題目，然后安排學生進行構思和設計，制訂實驗方案，最后完成實驗內容。通過這種教學模式的優化，將學生被動學習的狀態轉變為主動學習，充分發揮每個學生的積極性。有利于提升學生對基礎理論的認知水平，強化其從事科學研究的動手能力，特別有利于培養他們運用所學知識和技能解決綜合性問題的能力[6]。

2.3加強“雙師型”師資隊伍建設

強大的師資隊伍是實現人才培養目標的有力保障。目前，河南師范大學新能源材料與器件專業的教師全部是從“雙一流”高校或重點科研院所獲得博士學位后直接應聘到本校工作，具有理論基礎好和學術能力強的優勢。但是，他們普遍缺乏工程實踐的經驗，因此在教學過程中可能會造成教學內容與工業生產相互脫節的問題。此外，由于面臨工作考核和職稱評定的壓力，大部分青年教師把精力集中在申報課題、發表論文、提升職稱方面，對所擔任的課堂教學工作，特別是實踐教學環節投入不足，實驗員隊伍建設更是堪憂。這些因素影響了“雙師型”教師隊伍建設，更嚴重影響了本科工程教育的質量。針對上述問題，為培養“雙師型”教師隊伍，學校采取了以下措施：①注重引進復合型人才。在人才引進過程中，不能只關注人才的學歷、職稱，更應注重人才所具備的企業工作經歷及相應的工作能力，逐步建立靈活的人才引進模式，在保證引進人才滿足崗位基本條件的前提下，引進實踐能力突出的專業技術人才。發揮復合型教師的“傳幫帶”作用，逐漸形成“雙師型”教師隊伍。②建立“雙師型”教師隊伍培養機制。搭建校企合作平臺，明確培養目標，遴選骨干教師到對口企業進行“全鏈條”生產學習，教師在生產一線不斷積累工程實踐經驗[7]。探索互惠互利的長效合作機制，鼓勵教師與企業聯合申報課題或項目，解決企業生產過程中的實際難題。

2.4打造先進的科研平臺

先進的科研平臺是本科教學和科學研究的重要支撐。為促進專業建設和學科發展，學院投入大量經費以完善本科教學和科研平臺建設，購置了一批大型儀器設備，如原位電化學X射線衍射儀、熱重分析儀、比表面積測試儀、總有機碳分析儀、高效液相色譜儀、接觸角測量儀、微機控制萬能試驗機、微納3D打印機、等離子體增強原子層沉積等，借助這些良好的科研基礎條件，引導學生參與科研活動，培養學生的科研素養，為將來繼續深造和走向工作崗位打下基礎。針對該專業的人才培養要求，學院整合現有資源，在專業實驗課程體系中適當、逐步地增加開放性、創新性和設計性實驗項目的比重，強化培養學生的創新能力和實踐動手能力。此外，學院積極申報并獲批了河南省“先進電化學儲能材料設計與循環利用工程技術研究中心”（簡稱“工程中心”）。依托工程中心的先進實驗設施，搭建先進電化學儲能材料設計與應用、新型電化學儲能器件、電化學儲能產業化技術、廢舊電池材料高效資源化利用技術4個產學研相融合的基礎實驗平臺。特別地，瞄準新能源市場的發展需求，著力打造“廢舊儲能材料高效資源化利用技術”的基礎實驗平臺，建設本校新能源材料與器件專業的特色學科。

2.5探索產教融合模式

根據本專業偏重實驗科學的特點，積極探索產教融合教學模式。由于該專業是與新能源材料應用密切相關的專業，因此學生進入相關企業進行短期培訓或頂崗實習對提高其實踐能力非常有益。學院已與河南科隆集團有限公司、河南超力新能源有限公司、河南恒明風云電源有限公司等企業建立了長期、密切、實質性的合作關系，凝聚了一批具有高學歷、高職稱、能力強、年齡結構合理、在科研和技術研發方面都過硬的電池材料、電池技術研發及產業化方面的專業人才，并積累和儲備了一批具有良好市場前景的成果。此外，搭建“校企合作平臺”有助于學生深入了解自己所學專業的就業前景，從而有利于學生實現精準就業。在此基礎上，還需要加強校內實習基地的建設。目前本專業基于開放的專業實驗室和學科平臺，初步建立了太陽能電池的制備與測試實訓基地、鋰/鈉離子軟包電池生產線等，保證學生不出校門也能了解行業動態，熟悉生產環節和流程，為學生畢業后走向對口崗位奠定了堅實的基礎。

2.6加快教學方式改革

加強教學方式改革，充分發揮教師的啟發和引導作用，改變傳統的“灌輸式”教學方法。為充分發揮課堂效率，教師可采用“研討式”教學方法，注重學生課前資料收集及課后知識總結，激發學生的學習主動性，提高其發現問題、分析問題及解決問題的能力[8]。避免過度依賴多媒體教學手段，注重傳統板書的運用。例如，對電化學原理課程中Butler-Volmer方程的講解，利用板書在黑板上進行推演則比PPT直接展示表現出更好的教學效果。針對拓展知識內容，則可以在多媒體課件中鏈接相關的知識點，在講授核心內容時直接引用，從而擴展學生的知識面，達到深度理解和認識的效果。挖掘互聯網在線教育資源，包括網絡教學設計、課程資源發布和下載、在線答疑及考試等。通過線上資源整合，線下“研討式”教學，使學生對知識能夠達到“知其然，知其所以然”的程度。

3總結

在我國“雙碳”目標的約束下，文章針對學校新能源材料與器件專業的學科特點和辦學定位，從人才培養目標的制訂、課程體系的建設、師資隊伍的培養、科研平臺的搭建、產教融合模式的探索及教學方式的改革等方面進行了初探。盡管已經取得了積極的成效，但在實踐過程中不斷出現新的挑戰。比如，學科交叉方面，要求教師不能局限于“專才”而傾向于“通才”，這對合格教師隊伍的建設提出了挑戰。此外，教學方式的改革不僅增加了教師的備課任務量，也使得學生的學習任務較重。總之，為適應中國特色社會主義發展對新興產業復合型人才的需求，我們將不斷優化人才培養模式，持續完善課程體系建設，深化教育教學方式改革，強化人才質量管理體系，從而為國家培養出創新意識和實踐能力皆強的高素質復合型人才。

基金項目：河南省本科高校精品在線開放課程立項建設名單“材料研究方法”（教高〔2021〕474號）；河南師范大學本科教育教學改革研究與實踐項目“‘三位一體科學思維課程體系構筑與教學研究”（師大教〔2022〕13號）；河南師范大學高等教育教學改革研究與實踐項目（YJS2021JG10）；河南師范大學研究生課程思政示范課程“現代材料分析測試技術”（YJS2022SZ07）。

參考文獻

[1]賴力，張婧欣，孫煜，等.雙碳背景下我國新能源產業競爭力關鍵點和創新發展研究[J].現代管理科學，2022（3）：51-57.

[2]黃震，謝曉敏，張庭婷.“雙碳”背景下我國中長期能源需求預測與轉型路徑研究[J].中國工程科學，2022，24（6）：8-18.

[3]趙春霞，周靜，顧少軒，等.基于OBE理念的新能源材料與器件專業實驗教學探索與實踐[J].高教學刊，2019（18）：83-85.

[4]陳新.新能源材料科學基礎課程教學探討[J].大學教育，2022（3）： 95-97.

[5]王前，佟富強，鄒麗新，等.新能源材料與器件專業實驗室建設的探索[J].教育現代化， 2018，5（32）： 120-121.

[6]王濤.基于CDIO理念的《物理化學》課程教學改革探索[J].廣州化工， 2019， 47（17）： 205-207.

[7]張偉，張平，王桂強，等.新能源材料與器件專業“雙師型”師資隊伍建設思考[J].教育現代化， 2018， 5（33）： 272-273.

[8]董立軍，王薇，呂東煜，等.以培養創新型人才為導向的基礎分析化學實驗教學改革的探索與應用[J].大學化學，2021，36（9）：71-76.