新能源技术是21 世纪世界经济发展中最具有决定性影响的技术领域之一。近年来我国新能源技术和产业取得了令人瞩目的成绩。但与之不相适应的是新能源、新能源材料相关专业人才的缺乏。新能源材料与器件专业是适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新型产业发展需要而设立的新增专业。该专业是教育部2010 年7月教育部批准设置的高等学校战略性新兴产业相关的本科新专业, 是由材料、机械、电子、物理、化学等多学科交叉, 以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新型专业。到目前为止我国已有几十所院校开设了新能源材料与器件专业。高校如何确定相当的人才培养目标, 建立与之适应的培养模式、课程体系以及实践教学体系, 是培养满足国家规高素质专门人才迫切需求, 推动经济社会又快又好发展的前提1。
郑州轻工业学院电化学工程专业创办于1985年, 以化学电源、电镀、表面处理为主要研究方向, 是继哈尔滨工业大学和天津大学之后全国第三个工科本科电化学专业, 同时也是河南省唯一的本科电化学专业, 具有较强的师资和实验条件。为了适应国家产业结构调整和科学技术发展战略需要, 郑州轻工业学院在现有的电化学工程的基础上设立新能源材料与器件本科专业。该专业从2015 年开始招生, 因学科建设处于起步阶段, 专业课程体系与结构处于探索之中, 需要在实践中不断优化与总结。
1 明确培养目标
郑州轻工业学院电化学工程专业主要开展化学电源、电解、电镀、金属腐蚀与防护等领域的研究, 培养的学生具备电化学工程方面的基本理论、专业知识和实践技能, 能在能源、化工、表面处理等领域从事科学研究、技术开发、生产经营管理、质量分析与测试等工作的应用型高级工程技术人才。在此基础上成立的新能源材料与器件专业拓宽和优化了原有的研究领域, 以化学电源、太阳能电池、新能源材料为主要专业方向, 设定了培养目标:培养适合我国新能源、新材料、新能源汽车等国家战略性新兴产业发展需要, 同时具有较强的外语和计算机应用能力, 具备化学电源、新能源材料、新能源器件的设计、制造、应用以及材料表面加工与改性工艺设计能力的高素质复合型人才。学生毕业后能自主的发挥自己的专业特长, 可在化学能源、表面处理、太阳能及储能材料等新能源材料领域从事新产品、新技术及新工艺的研究、技术开发及相关管理工作。学生也可以选择进一步深造, 攻读材料学、化学工程、新能源相关技术及交叉学科的研究生。
2 构建合理课程体系
新能源材料与器件专业是一门新兴的交叉学科, 涉及物理学、化学、材料科学、能源技术等多学科基础, 涵盖动力电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、超级电容器材料、生物质能材料、核能材料、风能材料等。知识体系强调数理基础, 理化结合, 材料、器件、系统的结合。课程设置应充分体现“厚基础、宽口径”的培养模式, 教学体系主要分为理论教学和实践教学。新能源材料与器件专业相对于郑州轻工业学院传统的电化学工程专业有其自身鲜明的特点, 特别是如何处理和平衡材料与器件关系成为课程体系设置的难点。因此, 在培养方案中需要打破传统的专业界限, 合理搭配专业基础课、专业必修课和专业任选课的总学时、开设时间和时长2。专业任选课可适量增加学科门类, 突出课程重点, 以利于学生对不同学科门类的融会贯通。目前我校按照本科人文社会科学基础、公共基础、学科基础、专业课程和集中实践教学五个技能教育层面设置课程。
人文社科基础课程:主要包括中国近代史纲要、思想道德修养与法律基础、马克思主义基本原理、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、形势与政策、军事理论、大学生就业指导和大学生健康教育等课程。
公共基础课程:主要包括大学英语、高等数学、线性代数与空间解析几何、概率与数理统计、大学物理、物理实验、计算机应用基础、VB程序设计技术等课程, 使学生掌握必要的数学和物理基础。
专业基础课程:主要包括机械设计基础、无机化学、有机化学、物理化学、化工原理、理论电化学、材料科学基础、固体物理学、电子电工技术、工程材料与热处理、画法几何与工程制图、仪器分析等课程, 使学生掌握化学类、物理类和材料类的基础知识。
专业课程:依据化学电源、太阳能电池和新能源材料三个方向开设了电化学测量、新能源材料与器件导论、化学电源、太阳能电池系统设计等专业课程, 同时开设了与之相关的专业选修课, 意在开拓学生的知识面, 增加学生对专业知识的了解。
集中实践教学:包括实验教学和实践教学两大主要环节, 增加了实验教学的比重, 同时化学类、物理类和材料类专业课程均配有相应的实验课程, 意在增加学生的动手能力和创新性。实践教学方面, 除了原有的课程设计、生产实习、认识实习外, 还开设了素质教育, 创新、创业教育平台。
3 改革现有教学手段
新能源材料与器件专业涉及专业课程范围宽且庞杂, 并且有些课程较为抽象, 学生首次接触常会遇到知识过于抽象不便于理解的问题, 因此的传统的教学模式已不再适应当前培养高素质新能源材料与器件人才的需要, 必须对传统教学模式进行改进。例如可将现代化教学手段应用于新能源材料与器件专业课程3。针对一些抽象知识, 利用多媒体数字化资源像动画、图片等可进一步加深学生对知识点的理解和掌握, 可明显提高课堂教学效果。例如, 化学电源中各种电池的工作原理, 如锂离子二次电池工作原理, 锂离子充电时Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极, 负极处于富锂态, 正极处于贫锂态, 同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极, 保证负极电荷平衡。放电时Li+从负极脱嵌, 经过电解质嵌入正极, 正极处于富锂态, 同时电子从负极经外电路到正极提供电流。若将该原理做成动画, 将有助于学生对该原理更直观、轻松的理解和掌握, 能更进一步的培养学生的学习兴趣。另外, 利用网络为辅助手段的教学, 可增强师生间相互联系, 及时反馈教学效果, 扩展学生的学习空间。因课堂教学时间有限, 学生学习程度参差不齐, 教师可通过网络手段如邮件、QQ、微信等将教学资料提供给学生, 同时又可以对学生在学习过程中存在的问题进行及时答疑。学生可通过网络对所学知识进行扩充, 增强学生自主学习能力, 扩大知识面, 提高学习效果。例如, 学生从课本上学习到了各种储能器件的基本机构和原理, 可通过网络资源直观认识到其生产过程和应用领域。如锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等在新能源汽车中的应用。通过该方法的学习, 可以使学生及时了解最新科技动态, 提高创造性思维, 充分发挥好学生的主体地位。总之, 在新能源材料与器件专业课程教学中引入现代化教学方法充分发挥学生主体地位, 对培养综合性高素质人才具有重要意义。
4 结语
新能源材料与器件作为一门新兴、高新技术专业, 在21 世纪将越来越受到关注, 发展的速度也必将越来越快。为了培养出国家和地方急需的新能源材料与器件专业技术人才, 实现该专业人才培养目标, 郑州轻工业学院将根据其专业特点, 以传统优势专业电化学工程为依托, 探索新能源材料与器件专业的课程教学体系, 形成科学的人才培养方案, 从而有效地保证人才培养质量, 为社会培养高素质综合型新能源材料与器件专业人才。
摘要：新能源材料与器件的发展与技术水平不仅在国民经济和科技发展中具有重要战略地位, 而且对国家安全具有重要影响力。本文依据郑州轻工业学院材料与化学工程学院电化学工程的教学经验, 从新能源材料与器件专业培养目标出发, 对新能源材料与器件专业的课程教学进行了探讨。
关键词：新能源材料与器件专业,教学模式,实践教学
参考文献
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