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1、能源材料导论课程教学实践与探索 摘 要：基于国家能源发展战略的需要，中国矿业大学材料科学与工程专业（能源材料方向）于2010年被批准为国家特色专业，能源材料导论是该特色专业的核心课程。该文在课程体系的构建、多媒体建设、教学方法及考核方式等方面进行了探讨，以提高该课程的教学质量和效果。 在近期召开的中央财经领导小组会议上，国家主席习近平提出要推动能源四项“革命”，一是推动能源消费革命，抑制不合理能源消费。二是推动能源供给革命，建立多元供应体系。三是推动能源技术革命，带动产业升级。四是推动能源体制革命，打通能源发展快车道。针对此次的能源安全战略，真正地体会到了中央的良苦用心和战略考虑。 能源和材料
2、是支撑当今人类文明和保障社会发展的最重要的物质基础，随着能源和环境问题的日益恶化，传统能源结构已经难以满足人类社会的发展要求。学者们普遍认为，解决能源危机的关键是能源材料尤其是新能源材料技术的突破。我国能源科学发展的指导思想是1：从支撑国家可持续发展的高度出发，紧密结合我国能源资源特点和需求，关注全球气候变化，立足能源科学与能源技术的学科基础，丰富和发展能源科学的内涵，加强基础研究与人才培养，构筑面向未来的能源科学学科体系，形成布局合理的基础研究队伍，为我国社会、经济、环境的和谐发展提供能源科学技术的支撑。自中化人民共和国可再生能源法颁布以来，我国已初步确立了可再生能源的政策支持框架，并出台了
3、一系列配套政策和细则。这些政策出台落实后，我国可再生能源取得了突飞猛进的发展，各类可再生能源增长迅速。可再生能源有望在优化能源结构、改善生态环境、建设资源节约型和环境友好型社会等方面发挥重大作用。 国外已有一些知名的院校开设了新能源的本科专业2，如2005年俄勒冈州科技学院在美国率先开办了可再生能源四年大学本科学位课程；2006年，纽约州立大学canton分校开办了四年制的可再生替代能源专业；2008年9月份，伊利诺斯州立大学建立四年制的可再生能源专业；著名的美国哈佛大学、日本东京大学、瑞典皇家工学院等都设有能源材料研究机构。随着全球能源结构的变化，对于新能源方面的人才需求的不断增加，世界各高
4、校将会有更多的高校开办相应的专业。国内尚缺乏专门的新能源的专业。为适应时代的需要，为国家培养这一新兴产业的专业人才，教育部2010年7月批准在浙江大学、华中科技大学、西安交通大学、河海大学及中南大学等十一所高校设立新能源科学与工程专业，清华大学、北京大学、北京有色金属研究总院等在生物质能与核材料、先进电池材料、储能材料方面已经形成明显优势。 通过以上分析，可以看到国内外科研及教学机构对新能源材料及相关科学技术的重视程度。本课程能源材料导论作为中国矿业大学材料科学与工程特色专业（能源材料方向）的核心课程，首先考虑不断把新能源材料科研方面的最新成果与进展引入到课堂，当然教学中还要充分考虑学生本身已
5、有的知识结构和他们的接受能力。需要授课教师在内容选择上深入浅出、课件制作上简单明了、讲授语言上通俗易懂，同时通过自身不断学习补充新知识，让学生多了解新能源材料的最新研究动态，最终培养学生学习的积极性，对能源材料及相关知识产生浓厚的兴趣。 1 能源材料导论课程存在的主要问题 中国矿业大学作为一所以矿物能源为特色的教育部直属重点建设高校，其中的地质、岩土、勘探、矿物材料、矿业安全等专业领域与能源材料及相关技术都有着不可割舍的联系。2010年，材料科学与工程专业（能源材料方向）被批准为国家特色专业，能源材料导论是该特色专业的核心课程。此次新专业方向的设置，就是为了响应国家战略性新兴产业发展对高素质专
6、业人才的需求。但是作为新开课程，还存在一些不足，主要问题可归纳为以下几点。 （1）课程体系不够完善成熟。由于本课程没有相对成型且广泛应用的教材，所以在授课内容上需要授课老师自行选择教材，由此在开始阶段，教材没有完全涵盖所有的新能源材料，造成在课件内容上需要参考其他参考书，整合这些参考书的内容，整理丰富完整的课程内容。这就需要项目组成员在接下来的备课过程中继续理顺课程总体架构，有目的地增添和删减一些内容，保证在授课过程中更加自然流畅。 （2）课件内容还不够丰富。对于本学院已有的太阳能电池材料和锂离子电池材料，各种视频资料和科研结果比较丰富；但对于其他新能源如氢能和风能等方面的知识，现有的视频及实
7、物演示模型等仍显不足，这就需要项目组成员搜集或购买相应的教具和演示视频，以利于学生更好地理解和掌握这方面的知识。 （3）如何培养学生对能源材料的兴趣。改变以教师“教”为中心的灌输式教学形式的传统教学模式。根据教学目标、教学内容，将问题教学法、案例法和示范法等多种教学方法，采用研讨式教学方式，引导学生自己去发现，让学生更多地加入到课堂教学中，引起学生主动的学习兴趣或好奇心。另外，将课堂与实验、实践教学结合起来，调动学生学习能源材料的积极性。 2 教学实践的主要措施 2.1 结合专业特点，合理优化教学内容 国内外各大学都十分注重教学内容的设计3，作为能源材料方向的一门核心课程，教学中不能面面俱到，
8、必须有所侧重。围绕能源材料这个核心内容，本项目组计划在项目进行过程中结合本专业实际构建符合国家新能源材料发展需要的知识体系。该课程拟从以下3方面构建能源材料导论课的课程体系：（1）结合本专业的实际条件，本课程拟重点介绍太阳能电池材料和锂离子电池材料的研究动向及研究进展。充分利用该学院的实验条件和科研力量4，使学生有更多的机会理解和掌握太阳能电池材料和锂离子电池材料的制备及应用的知识。（2）结合国家发展能源材料的战略，对于极具发展潜力的能源如氢能，在课程中也给予重点介绍，包括氢能的制备、氢能的储存与输运及氢能转化与利用（燃料电池）领域5，为学生毕业以后从事研究或转型提供必要的专业知识。（3）对于
9、传统能源材料如燃煤发电材料等作一般性介绍，适当地扩充这些方面的内容，构成能源材料导论这门课程的完整内容。并且在教学上要打破“一门课程一本教科书”的旧模式，实施一门课程多种教材及参考书的新模式6-8。同时为保证课程系统性和完整性，在通过与相关同行的研讨与查阅大量相关教材、文献，并在该课程授课的实践基础上，构建该课程的完整课程体系。 2.2 多媒体内容体系建设 多媒体作为一种现代化教学手段，被广泛引入各高校的教学当中。精心准备电子教案并制作多媒体课件，理论讲授时，可以采用多媒体课件辅助教学。多媒体系统教学具有许多优势，如在课件中，通过新能源材料的视频资料（太阳能电池的应用、锂离子电池及核能的开发等
10、）、动画等导入学习项目，通过图片资源、动画理解教学难点、重点（例如，在讲授太阳能光伏发电原理时，很难单纯用语言文字讲清楚的内容，采用多媒体课件的形式生动形象地展示从电子-空穴对形成到太阳能电池电压建立的全过程），便于学生理解和掌握，大大激发了学习兴趣，发挥认知主体的主观能动性。搜集或购买关于氢能和风能等利用的视频或演示教具，使教学更具直观性和互动性，提高学生学习兴趣。 2.3 实施研讨式教学 研讨式教学是一种将教师研究性讲授与学生研究性学习、课内与课外、规定教材与广泛查阅、教师指导与学生自学、讨论有机结合的教学。研讨式教学方式使课堂教学以学生为主角，最大程度地发挥学生的主观能动性，学生通过课前
11、自学，课上讨论和课后实验能更系统、更深刻地掌握所学内容，并会因为研讨提出的交叉应用问题激发拓展学生学习的热情。在这个过程中，老师扮演主持人和评论员的角色，发挥纠正误区、揭示本质、解答疑惑和引导思考的作用。研讨式教学适用于50人以下的小班教学，否则无法有效地组织研讨。能源材料导论课程是材料科学与工程专业的特色专业（能源材料方向），该专业方向有学生18人，在课程授课过程中，利于进行研讨式小班教学。 2.4 完善教学大纲 该专业培养适应国家战略性新兴产业需要，德智体美综合素质全面发展，具备坚实的材料、物理、化学、电子等学科基础，系统掌握能源材料专业基本理论与基本技能的新型人才。毕业生适宜在能源、新材
12、料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业领域以及电力、航天航空、信息、交通等领域从事研究、技术开发、工艺和器件设计及相关管理工作。目前教学大纲主要涉及锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、储氢材料及核能材料等新能源材料及其应用，也涵盖了传统能源材料如燃煤发电材料等。该项目拟在教学过程中，根据本专业实际和国家战略发展需要即时修订教学大纲，相应增减知识内容，不断完善能源材料导论课程的教学大纲。 2.5 建立考核方式 作为教学活动的有机组成部分，课程考核是整个教学过程的重要环节之一。该课程采取了平时成绩与期末成绩相结合的考核方式。期末考试采用闭卷的方式。试题多以论述题为主，
13、学生根据对问题的理解和认识进行解答，解答过程中学生可以充分发挥自身的创新意识，对当今新能源材料领域的一些问题提出有参考价值的意见与思考。学生平时成绩占总分数的30%40%，例如课后作业、资料查阅、出勤考查、回答问题的质量、参与讨论发言等。通过这样的考试学生不仅掌握了该专业领域方面的知识，而且分析问题、解决问题的能力也得到提高。 3 结语 国家能源特色专业的设置是我国经济社会可持续发展的需要2，该专业开设能源材料导论课程，这也符合国家战略性新兴产业发展对新能源材料专业人才的需求。在该课程的教学实践过程中，随着新能源材料与技术的不断发展，并不断调整优化该课程的课程体系，并不断改进教学方法，以期达到更好的教学效果，探索出一条行之有效地适合“能源材料导论”课程教学的模式和教学方法。也希望通过这门课程的学习，使同学们能够系统掌握新能源材料基础知识，了解学科专业特点和学科前沿，拥有新能源材料制备及新能源系统工程等方面的专业技能，能在新能源产业中从事生产、设计、研发、教学、咨询、管理和贸易的高级专门技术人才。