高海麗，張 勇，羅河偉

(鄭州輕工業(yè)大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

新能源材料與器件是實(shí)現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)換、利用以及發(fā)展新能源技術(shù)的關(guān)鍵。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才需求增加，所以教育部2010年設(shè)立新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)。

2015年，我校在原有電化學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)上申報(bào)了新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)，并成功獲批，當(dāng)年正式招生。新能源器件是為我校新能源材料與器件本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)系定必選課。在本專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案課程體系中，新能源器件處于重要地位。該課程開(kāi)設(shè)的目的在于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)電化學(xué)理論、材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、新能源材料和化學(xué)電源工藝等知識(shí)后，系統(tǒng)學(xué)習(xí)和了解燃料電池、超級(jí)電容器、鉛碳電池等新能源器件的原理、結(jié)構(gòu)、組成和性能等知識(shí)。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解國(guó)內(nèi)外新能源器件的發(fā)展趨勢(shì)，拓寬專(zhuān)業(yè)知識(shí)面，加深對(duì)新能源器件的研究、開(kāi)發(fā)與利用的了解。由于是新開(kāi)設(shè)的課程，教學(xué)內(nèi)容是經(jīng)過(guò)本專(zhuān)業(yè)教研室教師的充分研討后確定的，筆者也花了大量的時(shí)間去搜集資料和準(zhǔn)備教學(xué)材料。結(jié)合兩年新能源器件的教學(xué)實(shí)踐，就本門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容、教材和如何提高教學(xué)質(zhì)量談幾點(diǎn)體會(huì)。

4.4 依托各類(lèi)教學(xué)科研平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的科研熱情

依托國(guó)家和省部級(jí)教學(xué)科研平臺(tái)，鼓勵(lì)和支持學(xué)生參加科技創(chuàng)新和學(xué)科競(jìng)賽訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。近3年來(lái)，湖南科技大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生獲省級(jí)和校級(jí)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等各類(lèi)項(xiàng)目21項(xiàng)，共接受環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生參與項(xiàng)目研究100余人，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)，學(xué)生參與發(fā)表論文20余篇。鼓勵(lì)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生大學(xué)生挑戰(zhàn)杯科技競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生節(jié)能減排實(shí)踐競(jìng)賽等各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽訓(xùn)練，獲得省級(jí)以上學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng)，使其實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)與能力得到明顯提高。

4.5 進(jìn)一步明確環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的定位，發(fā)揮特色優(yōu)勢(shì)

我校結(jié)合“思政進(jìn)課堂”，堅(jiān)持立德樹(shù)人，德育優(yōu)先，培養(yǎng)具有一定的人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和自然科學(xué)知識(shí)的全方位發(fā)展的人才。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，已具備本科、碩士人才培養(yǎng)平臺(tái)，所屬工程學(xué)科2019年進(jìn)入全球ESI前1%排名。本專(zhuān)業(yè)發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研教相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，面向環(huán)境領(lǐng)域的重大需求，不斷提升辦學(xué)質(zhì)量，已建設(shè)成為較大影響力的環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)基地。

1 新能源器件的教學(xué)內(nèi)容

通過(guò)大量資料的搜集，筆者發(fā)現(xiàn)基于新能源材料與器件這個(gè)專(zhuān)業(yè)，國(guó)內(nèi)高校普遍開(kāi)設(shè)的有新能源材料與器件導(dǎo)論、新能源材料與器件概論、新能源材料與器件等課程。而我校新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)是在本專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)基礎(chǔ)上并結(jié)合專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)和科技發(fā)展前言，分別開(kāi)設(shè)了新能源材料和新能源器件兩門(mén)課。新能源材料重點(diǎn)講授太陽(yáng)能電池材料、金屬負(fù)極材料、金屬氧化物/氫氧化物正極材料和碳材料的特點(diǎn)和制備技術(shù)，而新能源器件重點(diǎn)講授燃料電池、超級(jí)電容器、鉛碳電池等新能源器件的原理、結(jié)構(gòu)、組成和性能等。

根據(jù)我校新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)2015級(jí)培養(yǎng)方案，新能源器件于大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)。學(xué)生在新能源器件這門(mén)課之前已經(jīng)在化學(xué)電源工藝學(xué)和新型化學(xué)電源這兩門(mén)課程里學(xué)習(xí)過(guò)鉛酸電池、鎳氫電池、鉻鎳電池、鋰離子電池、一次鋰電池等化學(xué)電源的工作原理、電池結(jié)構(gòu)、電極制備和電池組裝工藝等知識(shí)，所以新能源器件這門(mén)課不會(huì)再講授這些內(nèi)容，而是要講一些新的化學(xué)電源、能量轉(zhuǎn)換和能量?jī)?chǔ)存技術(shù)。

2 教學(xué)方法

2.1 明確課程重要性和考核方式

我校專(zhuān)業(yè)的新能源器件這門(mén)課是系定選修課，是考查課，不用參加學(xué)校組織的統(tǒng)一考試，所以學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不是很大。

在第一節(jié)課，我們重點(diǎn)介紹了本門(mén)課的重要性，尤其是對(duì)于打算考研究生的學(xué)生，對(duì)他們來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)燃料電池和超級(jí)電容器更重要，因?yàn)檫@兩個(gè)方向的課題都是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)，可能他們以后的碩士研究生課題會(huì)涉及這兩個(gè)方向。這樣一來(lái)，大部分學(xué)生都特別重視這門(mén)課，上課認(rèn)真聽(tīng)講并做筆記。對(duì)于一些不考研的學(xué)生，為了提高他們上課的積極性，從考核方式上加以要求。雖然這門(mén)課是考查課，仍然使用考試的方式進(jìn)行結(jié)課，在最后一節(jié)課給學(xué)生發(fā)試題進(jìn)行考試。末考成績(jī)占80%，平時(shí)成績(jī)占20%，而平時(shí)成績(jī)主要由出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績(jī)、隨機(jī)小測(cè)驗(yàn)成績(jī)構(gòu)成。這種考核方式，讓學(xué)生不敢掉以輕心。

2.2 PPT動(dòng)畫(huà)、實(shí)物展示及專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)輔助理論教學(xué)

講授時(shí)采用PPT課件結(jié)合板書(shū)的方式進(jìn)行。除了在PPT設(shè)計(jì)、制作、配色、字體等方面下功夫外，還做了一些配圖和動(dòng)畫(huà)，讓學(xué)生更容易理解結(jié)構(gòu)和機(jī)理性的知識(shí)。如在講解質(zhì)子交換膜燃料電池和雙電層電容器的工作原理時(shí)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示，更生動(dòng)形象，加深學(xué)生的理解。有時(shí)還會(huì)拿實(shí)物進(jìn)教室，在課堂講解時(shí)給學(xué)生展示，如在講解氣體擴(kuò)散層時(shí)，為了讓學(xué)生更清楚地知道什么是碳紙，筆者從實(shí)驗(yàn)室裁了一片碳紙，在課堂上給學(xué)生展示，學(xué)生通過(guò)觀(guān)察和觸摸對(duì)碳紙有了更加清晰、直觀(guān)的理解。

除此以外，新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)Ⅰ、電化學(xué)工程技能進(jìn)階實(shí)驗(yàn)中，都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助新能源器件這門(mén)課的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生在理論課學(xué)習(xí)后，通過(guò)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)際操作及數(shù)據(jù)處理，加深理解。如專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中的實(shí)驗(yàn)二(燃料電池催化劑的制備)、實(shí)驗(yàn)七(對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)及性能檢測(cè))，電化學(xué)工程技能進(jìn)階實(shí)驗(yàn)二(兩相多孔電極的成型及電化學(xué)性能測(cè)定)。

2.3 課堂上吸引學(xué)生興趣

盡量用一些熱點(diǎn)話(huà)題引起學(xué)生的興趣。燃料電池對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)新的概念，所以上課時(shí)從目前的熱點(diǎn)電動(dòng)車(chē)出發(fā)，引出燃料電池，先介紹燃料電池的定義。接著以H2-O2燃料電池為例，采用PPT放映動(dòng)畫(huà)的方式形象講解了其工作原理。因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)電源工藝學(xué)這門(mén)課，知道化學(xué)電源可以產(chǎn)生電能；學(xué)生也知道熱機(jī)發(fā)電的原理。所以為了讓學(xué)生加深理解，重點(diǎn)講解了燃料電池與熱機(jī)發(fā)電、燃料電池與一般電池的區(qū)別，以便加深學(xué)生理解燃料電池的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。接著講解了燃料電池的發(fā)展歷史和分類(lèi)，讓學(xué)生了解燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域。講解中，舉例阿波羅登月使用的是堿性燃料電池，吸引學(xué)生興趣。

3 總結(jié)

新能源器件是新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)系定必選課，里面涉及講解的內(nèi)容比較多，知識(shí)面較廣，各高校要根據(jù)自己的培養(yǎng)目標(biāo)和專(zhuān)業(yè)特色，制定適合自己的教學(xué)大綱，在教學(xué)內(nèi)容上要結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色和科技發(fā)展前言，并運(yùn)用先進(jìn)教學(xué)手段提高教學(xué)效果。