日益减少的传统能源消耗和逐渐恶化的环境问题的日益突出,已对人类文明社会的发展造成了比较严重的威胁,因此开发新型绿色能源已经迫不及待。众所周知,解决传统能源危机与环境污染的关键核心是新能源材料与器件技术的突破,可通过新能源技术开发实现新能源材料的转化和利用。我国政府在2010年将“新能源材料与器件专业”确定为中长远战略性新兴产业相关专业之一。因此,为新能源领域培养具有创新能力的高新技术人才已经迫在眉睫。《新能源材料与器件》是材料物理与化学专业的核心课程之一,该课程的主要内容涵盖大学物理、大学化学、材料科学基础、半导体物理及器件等多学科知识交叉的综合课程。
考虑到我们学校-上海工程技术大学本科阶段的学习目前还没有设置新能源材料与器件专业,但为适应我国新能源的开发利用、新材料的性能和结构研究、节能环保及高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要,学院(系)的领导和老师们经过多次讨论和调研,结合到硕士生的学习特点等因素而设立《新能源材料与器件》这门课程,具有明显的工科特性。近年来,国内一些高校:华东理工大学、华北电力大学、东南大学、合肥工业大学、中南大学、电子科技大学等陆续开设了新能源相关的专业,目前该专业的建设还处于起步阶段而且其课程建设依然滞后。针对上海工程技术大学依然没有开设与其相关的本科专业的情况,并结合材料工程学院材料物理与化学系的专业性质、师资力量和硕士生生源等因素,目前系里开设了硕士生课程《新能源材料与器件》,而且将其作为必修课。故如何将这门课建设好是我们当下应该思考的问题。如何提高《新能源材料与器件》课程的教学效果,培养出在新能源材料与器件领域具有创新能力的研发技术人才显得尤为重要。基于此,作者根据自己在《新能源材料与器件》硕士课程的教学经验和探索,针对课程教学中存在的问题,通过对教材选取、课程内容编排、知识结构等总结出了切实可行的意见和方案。
1 课程授课探讨和总结
1.1 教材选取
新能源材料与器件是个新兴的专业,且《新能源材料与器件》是一门全新的课程,由于编者学科背景不一样致使目前经典而又权威的教材和参考书比较缺乏,不同的教材其主要内容、侧重点和涵盖面均不一样。然而令人可喜的是,近年来,随着各种新能源材料与技术的快速发展,有关于新能源材料的基本理论、制备方法、结构表征和性能测试等不同的方面已取得了显著的进步,一些新能源材料教材中也基本得到了更新,能够使最新的研究成果和进展及时地补充到教材内容中,例如我们选取的王新东主编,化学工业出版社出版的《新能源材料与器件》教材涵盖了近年来国内外一些高校和科研所重点研究的太阳能电池、超级电容器、锂离子电池和金属-空气电池等材料制备与器件技术等方面。该教材内容丰富,数据和理论新颖,结构严谨,书中有大量习题和思考题,并附有新文献,便于学生深入学习。
1.2 教学内容规划
截至目前,我国已经有十多所高校陆续开展了《新能源材料与器件》这门课程,经过统计,在目前已开设《新能源材料与器件》专业或者该门课程的高校中,一部分高校偏比较重于物理与器件,他们将新能源材料与器件专业开设在物理学院;一部分高校偏则重于化学与性能方面的讲述与研究,将该专业在化工学院开设;也有一部分高校比较偏重于材料,他们侧重于材料的制备与应用,于是他们将新能源材料与器件专业开设在材料学院。上海工程技术大学是集理工材与一体的综合性大学,因而《新能源材料与器件》这门课程开设在材料工程学院。需要提出的是,目前上海工程技术大学还未单独设立新能源材料与器件专业,考虑到材料工程学院材料物理与化学专业的老师(硕导)和硕士研究生主要研究与材料和器件相关的课题,但是他们的基础较为薄弱。因此,制定学生的培养计划时,就把《新能源材料与器件》这门课设置为专业必修课,32个课时。我们在制定相关理论课程基础体系时充分全面考虑了要把学生培养成能够具有系统掌握新能源材料、新能源器件设计及制造工艺的雄厚基础、强大能力和志向远大的高水平复合型人才。
新能源材料与器件是我校材料物理与化学系硕士生的核心课,而且该课程的内容与系里大部分老师及硕士生的科研密切相关。因此在选择教学内容时,我们应当合理安排内容的难易程度,本着由易如难,循序渐进的教学方式;对于本课程的绪论部分,我们可以讲目前全球的传统常规能源如石油和煤炭等所引起能源危机和所带来的环境污染入手,然后展开讲其世界能源结构、发展历史及现状,进而注重讲述中国的传统能源所面临的现状及问题,引出发展绿色、无污染的绿色可持续新能源的必要性和迫切性。在具体内容的安排和讲述方面上,我们所选用的教材主要包括新型燃料电池、新型锂离子电池、新型太阳能光伏电池(如钙钛矿电池、燃料敏化电池)、超级电容器(如石墨烯基超级电容器)和金属-空气电池等目前研究和应用最广泛的新能源材料体系。对于章节的讲述,我们应该重在对其基础理论知识、工作原理、发展现状及应用前景这几方面加以阐述。在让学生掌握这些基础理论知识的基础上,给学生布置一些关于新能源材料及技术的科研文献的查阅,使学生实时掌握最新的一些研究进展,进而拓宽学生的知识面。
文章来源:《电子元器件与信息技术》 网址: http://www.dzyqjyxxjs.cn/qikandaodu/2021/0120/714.html
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