新能源材料与器件专业实验课程探索

肖婷 倪世兵 谭新玉 向鹏 姜礼华

【摘要】新能源材料与器件本科专业的培养目标是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、机械等学科基础，系统掌握新能源材料、新能源器件设计与制造工艺、测试技术与质量评价、新能源系统与工程等方面的专业基本理论与基本技能的复合型人才。因此，与新能源材料、器件设计与制造工艺相关的实验教学是该专业教学中必不可少的环节。本文作者根据近几年在该专业的实验教学经验及效果，对该专业实验教学提出重点凝练几个方向，按方向分模块以及合理安排理论课时和实验课时几点建议。

【关键词】新能源材料与器件 实验课程 材料综合实验

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）15-0052-02

一、引言

新能源材料与器件本科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兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，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兴专业。该专业重点研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件，发展新能源材料的学术研究方向。在培养该专业本科人才过程中，为使学生更深入地了解掌握与这些与新能源材料和器件相关的生产工艺流程以及实验研究方法，培养学生的实践动手与创新研究能力，三峡大学新能源材料与器件专业在前几年的教学实践中不断探索，总结经验，开设了《材料制备综合实验》和《材料性能综合实验》两门实验课程，分别从材料制备方法、器件组装及性能测试方法两个方向对学生进行培养。然而在近两年实践教学中，发现两门课程分别开设仍然存在不足之处，主要体现在：材料制备和材料性能测试作为两门独立课程，学生能分别掌握材料制备相关的实验方法和表征手段，以及器件组装、性能测试的方法，但对于材料组分-结构-性能之间的内在关联的把握不够全面，这对于学生研究能力和创新能力的培养是不利的。因此，结合近几年的实验教学经验，将对这两门课程进行调整，整合为《材料综合实验》。在此，笔者也根据近几年的教学实践，对《材料综合实验》这门课程的安排提出以下几点建议：

二、根据现阶段社会發展需求，重点提炼几个方向

新能源材料与器件专业以化学化工、跨能源科学、材料学、化学、物理学等大类学科为基础，系统学习新能源材料与器件基础理论和实验技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法，了解新能源材料科学的发展方向，具备开发新能源材料、研究新工艺、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料专门人才[1]。目前，研究较多，相对成熟的新能源材料主要是太阳能电池材料、动力电池材料、燃料电池材料、超级电容器、储氢材料、核能材料、生物质能材料、风能材料等等。其中，太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。我国光伏制造业规模和国内光伏发电市场规模都处在世界前列，且仍然具有广阔的前景，值得国内企业和研究院进一步开发研究。电池，作为新能源车的核心零部件，一直是制约其商业化的最大瓶颈。目前新能源车电池材料主要有锂离子电池材料、燃料电池材料、超级电容器数种。国内外动力电池厂家、研究机构和汽车企业都在投入大量人力物力研究开发性能更优、更稳定的动力电池材料，国家层面上也一直给予了强劲的支持。2016年，与新能源汽车相关的储能被列入“十三五”规划百大工程项目正式进入国家级发展规划，并在2017年《能源发展十三五规划》中被多次强调。可以预见，锂离子电池、燃料电池、超级电容器、储氢等储能方式将为我国经济增长、绿色能源发展创造巨大价值。因此，我校新能源材料与器件专业根据目前社会需求，结合该专业教师科研方向特色和优势，将在《材料综合实验》课程中重点提炼几个方向：太阳能电池、锂离子电池、燃料电池、超级电容器以及储氢材料。

三、按方向分模块，整体布局，一条线贯穿

根据重点提炼的几个方向，将具体实验分成5个模块：太阳能电池、锂离子电池、燃料电池、超级电容器、储氢材料。每个模块选取一两种代表性材料，按照材料制备、表征，性能测试以及器件组装、器件性能这一条线完成整个模块，一方面让学生对器件形成的整个工艺流程有一定了解，另一方面也能了解到材料制备工艺与其组分、结构之间的关系，以及最终对性能的影响，能够从成分-结构-性能这一角度出发，分析影响性能的关键因素，从而锻炼学生的科研素质和创新思维。同时，还要注意到模块之间的区别与关联性。比如，为了让学生能了解掌握更多的材料制备方法，不同模块的材料制备方法、表征手段应当避免重复，体现出差异性，使学生通过不同模块的学习，整体上掌握材料制备的常规方法、表征手段以及性能测试方法。

四、合理安排理论教学课时与实验课时

对于材料综合实验这门以实践为主的课程，在教学过程中需辅以适当的理论课时，使学生对实验目的、实验原理、实验方案、实验过程中可能出现的问题以及处理方法、实验中用到的试剂和器材有初步认识。理论课时不应该单独开设，而应该与实验同时进行，每次课堂上先介绍本次实验相关的理论知识，紧接着动手做实验，这样有助于学生现学现用，通过理论学习对实验有整体认识，有疑问可以马上提问；而通过进一步实验操作对整个实验目的、原理、方案有更深的理解，在实验中中遇到问题也可以从理论知识角度出发进行分析，有助于培养学生分析问题、解决问题的能力。

五、结论

实验教学环节在新能源材料与器件人才培养方案中占有重要地位整个人才培养方案中占有重要地位。通过将实验重点凝练几个方向，按照方向分模块，合理设置实验课时，有利于使学生系统掌握新能源材料、新能源器件设计与制造工艺、测试技术与质量评价、新能源系统与工程等方面的专业基本理论与基本技能，也将对于其他相关专业的实验教学提供可行的思路和借鉴。

参考文献：

[1]戴翠英，毛卫国，谢淑红，马增胜，潘勇.新能源材料与器件专业实验教学体系探究[J].教学研究，2016，39，5，47-50.