導(dǎo)語：新能源材料課程教學(xué)改革探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]新能源技術(shù)和材料的高效利用及開發(fā)，將有力促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，同時(shí)對(duì)新能源材料類的人才培養(yǎng)提出更高要求。本文以新能源技術(shù)以及新能源材料為背景，論述了新能源材料課程教學(xué)過程中存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)，探討研究了課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的優(yōu)化和改革，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]新能源材料；教學(xué)改革；課程優(yōu)化

科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，加速了人類對(duì)能源的需求，而傳統(tǒng)能源的消耗和枯竭制約了社會(huì)的快速發(fā)展和人們生活品質(zhì)的提升。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和全球人口的不斷增長，世界能源消耗劇增，人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅，而解決能源危機(jī)的關(guān)鍵是新能源技術(shù)和新能源材料的突破。新能源是區(qū)別于傳統(tǒng)能源的創(chuàng)新技術(shù)基礎(chǔ)上可以開發(fā)利用的可再生能源，常見的形式如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等，是一種可循環(huán)利用、清潔、環(huán)保的能源形式。新能源技術(shù)對(duì)于一個(gè)國家的技術(shù)發(fā)展和能源水平至關(guān)重要，同時(shí)新材料技術(shù)的研發(fā)水平及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模是衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、科技進(jìn)步和國防實(shí)力有效提升的重要標(biāo)志[1]。如何高效地開發(fā)和利用新能源技術(shù)和材料，已成為當(dāng)今世界科學(xué)家們所面對(duì)的重要挑戰(zhàn)[2]。在這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)中對(duì)技術(shù)類人員的需求是非常迫切的，加大對(duì)新能源材料類的人才培養(yǎng)刻不容緩。在此背景下根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需要產(chǎn)生了新能源材料的課程，該課程屬于多學(xué)科的綜合交叉學(xué)科，不僅有能源科學(xué)，還有材料科學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科的結(jié)合。當(dāng)今社會(huì)，面對(duì)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，新能源和新材料的不斷涌現(xiàn)，知識(shí)信息爆炸性輸出，需要學(xué)生快速掌握相關(guān)知識(shí)，如何科學(xué)高效地培養(yǎng)本專業(yè)的學(xué)生是該課程授課教師所面臨的問題。新能源材料這們課程是隨著新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展而設(shè)置的專業(yè)選修課，為學(xué)生將來從事相關(guān)的能源材料工作、科研創(chuàng)新等方面提供堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。本課程在介紹國內(nèi)外新能源材料開發(fā)、利用、研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今世界能源領(lǐng)域的研究發(fā)展現(xiàn)狀，概述了新能源和新能源材料面臨的主要任務(wù)和研究進(jìn)展，闡述了各種新能源材料，如鋰離子電池材料、太陽能電池材料、光電顯示材料、儲(chǔ)氫材料等材料技術(shù)的特點(diǎn)。并對(duì)新能源材料的工作原理、材料組成、制備方法、發(fā)展趨勢等進(jìn)行了詳細(xì)講述。通過新能源材料課程的特點(diǎn)與學(xué)科前沿發(fā)展的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的興趣，深入了解和學(xué)習(xí)新能源材料技術(shù)的相關(guān)理論知識(shí)及發(fā)展?fàn)顩r，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。推動(dòng)學(xué)生自主深入學(xué)習(xí)各類能源材料，引導(dǎo)其在新能源材料方向的發(fā)展。為了改進(jìn)和提高該課程的教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)效果，本文結(jié)合作者講授新能源材料課程的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，探討了新能源材料課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的優(yōu)化和改革。

1新能源材料課程教學(xué)過程存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)

(1)對(duì)前期基礎(chǔ)要求高。新能源材料涉及多學(xué)科內(nèi)容，是一門綜合性很強(qiáng)的課程。如果學(xué)生前期對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)(如物理、數(shù)學(xué)、材料、化學(xué)等)學(xué)習(xí)或理解不深，那后面學(xué)習(xí)這門課程的時(shí)候有些知識(shí)點(diǎn)和理論概念理解起來就比較困難。例如電池材料中的“電解池”、“原電池”等概念，有的學(xué)生以前學(xué)習(xí)過，但是仍然弄不清楚它們的區(qū)別和工作原理。此外，具體講解某一類新能源材料中還會(huì)涉及到一些復(fù)雜的專業(yè)術(shù)語、過程原理及公式，這都要求學(xué)生具有一定的前期基礎(chǔ)知識(shí)。(2)授課模式單一。由于特定教材的局限和傳統(tǒng)講授式授課方式的單一，“灌輸式”授課方式使得學(xué)生幾乎是被動(dòng)接受知識(shí)，課堂教學(xué)不生動(dòng)，不能吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容感到無趣，使得學(xué)習(xí)積極性不高，不能很好地達(dá)到教學(xué)效果和完成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。在國家大力發(fā)展新能源技術(shù)和相關(guān)材料的大環(huán)境下，前述這種傳統(tǒng)教學(xué)模式有待整合和優(yōu)化，同時(shí)增加和融合多種教學(xué)手段，以引導(dǎo)學(xué)生的自學(xué)和創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量，并為高速發(fā)展的新能源技術(shù)和新材料應(yīng)用輸出高素質(zhì)創(chuàng)新型復(fù)合人才。(3)教學(xué)內(nèi)容不能緊跟社會(huì)發(fā)展的時(shí)代前沿。日益增長的技術(shù)和生產(chǎn)水平不斷促進(jìn)新能源材料的快速發(fā)展，目前各國面對(duì)疫情，提出了各自的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃，如歐盟為應(yīng)對(duì)疫情的影響，通過的史上最大規(guī)模疫后振興計(jì)劃，其中將太陽能產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和能源轉(zhuǎn)型中的作用更加突出，而我國作為全球太陽能的大國，這對(duì)中國的太陽能企業(yè)來說是巨大的發(fā)展機(jī)遇[3]。產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展緊跟時(shí)代的需求，可以有側(cè)重的增加相應(yīng)內(nèi)容的課時(shí)量。然而上課時(shí)使用的特定教材中講授的內(nèi)容比較滯后，不能緊跟時(shí)代的發(fā)展而傳遞最新的資訊和發(fā)展信息。(4)缺乏自主思考及實(shí)踐過程。新能源材料是綜合性較強(qiáng)的課程，要求學(xué)生掌握一定的基礎(chǔ)知識(shí)和原理，同時(shí)還應(yīng)具備思考設(shè)計(jì)和解決問題的能力。由于課時(shí)數(shù)的限制，同時(shí)受到實(shí)驗(yàn)場地、環(huán)境、設(shè)備等實(shí)驗(yàn)條件的限制，缺少相應(yīng)的實(shí)踐課程，無法完全真實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手操作，不利于加深學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的理解和培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

2新能源材料教學(xué)改革研究與探索

新能源材料課程是冶金工程專業(yè)研究生選修課，共32學(xué)時(shí)，本課程的教學(xué)目的是通過介紹當(dāng)今能源利用的現(xiàn)狀、存在問題以及解決辦法，了解材料在新能源領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀及其所發(fā)揮的重要作用；激發(fā)學(xué)生對(duì)新能源材料的了解和興趣，推動(dòng)學(xué)生自主深入學(xué)習(xí)各類能源材料，引導(dǎo)其在新能源材料方向的發(fā)展。根據(jù)存在的問題具體提出以下關(guān)于新能源材料課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革建議。2.1新能源材料前沿發(fā)展信息了解的基礎(chǔ)上，穿插引入經(jīng)典理論。知識(shí)信息爆炸，各種新知識(shí)非常多，但很多新材料的發(fā)展有相近的經(jīng)典原理。理解了相應(yīng)原理，學(xué)習(xí)和消化新的知識(shí)就會(huì)更容易、更高效。新能源材料的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)涉及多學(xué)科的知識(shí)，前期部分內(nèi)容在其它課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過，但是后期綜合應(yīng)用各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)有一定難度。在講解新能源材料發(fā)展及應(yīng)用的同時(shí)穿插引入相應(yīng)的經(jīng)典理論知識(shí)，使學(xué)生理解的更為深入。例如講解鋰離子電池材料時(shí)，先講解了它的發(fā)展歷史背景，然后穿插引入什么是電解池，什么是原電池，通過電解CuCl2溶液裝置的具體例子讓學(xué)生明白電解池的工作過程及相應(yīng)概念，通過銅鋅原電池的具體例子讓學(xué)生明白原電池的工作過程和相關(guān)術(shù)語，不斷引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電池理論中的一些基本概念如正極、負(fù)極、陽極、陰極等基本概念的理解。然后再講電池的分類及應(yīng)用等，進(jìn)一步引出鋰離子電池，并讓學(xué)生掌握鋰離子電池的工作原理，通過電池工作示意圖及前面奠定的基礎(chǔ)理論知識(shí)，使學(xué)生明白鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜嵌入到負(fù)極，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高，使負(fù)極處于富鋰離子態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫嵌進(jìn)入正極[4]。工作原理掌握了，鋰離子電池的發(fā)展及應(yīng)用、以及其它各種類型的鋰離子電池就更容易理解。2.2教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化調(diào)整及重點(diǎn)與主次的合理取舍。新能源材料課程涉及的專業(yè)面比較寬廣，學(xué)科交叉性強(qiáng)，內(nèi)容豐富，教學(xué)內(nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科的綜合知識(shí)點(diǎn)。而且涵蓋的內(nèi)容非常多，包括了新能源和新能源材料的背景和進(jìn)展，以及具體的一些新能源材料種類，如分類包括了鋰離子電池材料、儲(chǔ)氫材料、光電顯示材料、太陽能電池材料等新材料技術(shù)；同時(shí)對(duì)這些新材料的學(xué)習(xí)所需的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)比較多，如半導(dǎo)體物理、化學(xué)等相關(guān)知識(shí)。然而新能源材料課程只有32學(xué)時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容上，如果要把門類眾多的各種新材料完整地講解完，這很難做到，也不現(xiàn)實(shí)，這就要求在較短的時(shí)間內(nèi)結(jié)合具體情況對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的取舍[5]。如跟本學(xué)院相關(guān)性比較大的新材料內(nèi)容可以多講解，太陽能電池材料、光電顯示材料等與本學(xué)院多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的研究方向接近，這樣可以多講解這方面的內(nèi)容，包括該方向的前沿?zé)狳c(diǎn)和發(fā)展方向等，為學(xué)生進(jìn)入具體的實(shí)驗(yàn)過程打下基礎(chǔ)，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。另外根據(jù)社會(huì)發(fā)展的時(shí)代前沿，多講解一些最新的新能源材料的發(fā)明和應(yīng)用，以及由于這種新能源材料的發(fā)明而對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生的積極意義，使學(xué)生開闊眼界并提高科研興趣。2.3豐富教學(xué)方式。教學(xué)方法和手段要根據(jù)教學(xué)對(duì)象的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化和調(diào)整，被動(dòng)的填鴨式的教學(xué)方法滿足不了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及提升教學(xué)質(zhì)量[6]。在強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力的過程中，教學(xué)方式跟上發(fā)展的要求，與時(shí)俱進(jìn)顯得尤為重要。在具體教學(xué)過程中，除采用常規(guī)的課堂講授方式外，將課堂互動(dòng)、線下實(shí)踐、視頻及音頻展示、研究報(bào)告、科研訓(xùn)練等教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，這種教學(xué)方式不僅能活躍課堂教學(xué)氣氛，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的查閱文獻(xiàn)、撰寫學(xué)術(shù)報(bào)告及語言表達(dá)水平，從而提高學(xué)生綜合素質(zhì)，為學(xué)生后續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。例如可以讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好，就某一種新能源材料進(jìn)行文獻(xiàn)資料或?qū)嶒?yàn)調(diào)研并進(jìn)行歸納總結(jié)，總結(jié)形式可以包括PPT、視頻材料、音頻材料以及動(dòng)畫展示等，在課堂上以專題報(bào)告的形式進(jìn)行展示，其他學(xué)生提建議和問題，該形式并作為課程考試成績的一部分，通過提高學(xué)生的參與性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新能源材料的過程中，提高各個(gè)方面的綜合能力。2.4引導(dǎo)并激發(fā)學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性。鼓勵(lì)學(xué)生采用靈活學(xué)習(xí)方式參與科研實(shí)踐活動(dòng)，以現(xiàn)有學(xué)生所在課題組的資源為平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生分組進(jìn)入相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作并進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題及將理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力。在具體實(shí)驗(yàn)中理解和實(shí)踐新能源材料的研究和應(yīng)用，通過多種方式的混合教學(xué)，為培養(yǎng)出優(yōu)秀的創(chuàng)新型復(fù)合人才奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。比如根據(jù)班級(jí)情況可以分成不同小組，每個(gè)小組4~6人，每個(gè)人負(fù)責(zé)不同內(nèi)容，充分發(fā)揮教師的積極引導(dǎo)作用，通過已學(xué)的基本知識(shí)和科研實(shí)踐、以及文獻(xiàn)資料的調(diào)研，來完成預(yù)計(jì)的科研研究項(xiàng)目或方案設(shè)計(jì)。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與老師的科研課題，在做科研課題的過程中進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知，為學(xué)生以后能夠獨(dú)立科研或參與科研活動(dòng)奠定良好的實(shí)踐基礎(chǔ)[7]。

3結(jié)語

本文以新能源材料的人才培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，探討研究了《新能源材料》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的優(yōu)化和改革，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。教學(xué)改革是學(xué)校、老師及學(xué)生同時(shí)參與的綜合性的系統(tǒng)工程，需要教育工作者不斷的創(chuàng)新、探索和實(shí)踐，積極嘗試新的教學(xué)模式，豐富、改進(jìn)和創(chuàng)新教學(xué)方法與手段，充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)綜合性高素質(zhì)人才。

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作者:陳杰 孫本雙 徐建偉 單位:鄭州大學(xué)河南省資源與材料工業(yè)技術(shù)研究院