以工程能力为导向的CDIO二级项目超级电容器教学探索

李靖　黎阳　马董云　吴子华　祝向荣　徐海萍

摘 要：本文以我校材料科学与工程专业培养计划和CDIO教学大纲为依据，设计和建立CDIO二级项目的教学模式、教学内容和教学流程，体现以CDIO所代表的构思-设计-实现-运作的教学主线。

关键词：二级项目；超级电容器；CDIO；工程能力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.202

1 引言

CDIO工程教育是當前国际工程教育改革的新成果，国内已有比较多的高等院校相关专业以CDIO作为核心模式培养学生。我校材料科学与工程专业（新能源材料与器件方向）以CDIO工程教育模式作为本科培养模式，锻炼学生对项目的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的能力，注重培养学生的工程系统综合能力。

二级项目主要是通过材料产品设计的综合课程设计，培养学生对知识和技能的综合运用能力[1]，二级项目的运行直接关系到CDIO实践教学课程的教学情况。本文主要以二级项目超级电容器为例，探讨CDIO工程教育模式下的二级项目的教学模式、教学内容、教学方法、教学理论与实践结合、考核办法等，在此基础上探讨如何进一步提高实践教学水平。

2 组建专业课程群，理论教学与实践教学相结合

本专业在保持材料科学与工程专业教育的基础上，进一步强化在电化学储能、光伏太阳能材料及其器件等方面的特色发展，突出学生在新能源产业电化学储能和光伏太阳能利用领域的实践技能训练。本专业开设的二级项目课程包括化学电池系统、超级电容器、太阳能发电系统、和LED节能灯，四个二级项目共同组成一个实践类课程群（一个教学团队），全面带动实践教学工作的规范化和教学质量的提高。

在该专业的其他课程设置中，《应用电化学》（专业基础课，32学时）与《化学电源》（专业课，48学时）2门理论课程，与实践课程《二级项目化学电池系统》（72学时）、《二级项目超级电容器》（72学时）和《电池工程基本制造技能训练》（72学时）组成一个核心课程群。《应用电化学》提供电化学基础理论知识，《化学电源》课程主要包括化学电源的基本原理、电池特点、电池材料、电池装配工艺、电化学性能测试等内容。《应用电化学》与《化学电源》在课程群中起到理论支撑的作用，《二级项目超级电容器》、《二级项目化学电池系统》和《电池工程基本制造技能训练》主要锻炼学生动手操作能力。该课程群的主要目的是以理论课程的知识和技能解决与课程群相关的工程实践中的具体问题，使得理论教学与工程实践紧密结合、相互支撑，训练学生的专业能力、沟通能力、团队精神与领导能力。

在实践教学中要突出专业特色，注重理论与实践的有机结合，同时把二级项目中的一部分理论内容调整到《化学电源》中进行讲解，实践课程注重提升学生实际动手能力、团队合作能力和解决分析问题的能力。在实践教学过程中要不断的拓宽学生的知识面和视野，进一步引导学生学习与本专业相关的应用基础研究。

3 选取合适的教学内容

教学中加强学科前沿知识的介绍，在完成大纲要求的教学内容的同时，结合讲授内容，采取随堂讲授或开设专题讲座的形式，介绍学科最新最前沿的知识。明确课程教学内容在整个教学计划中的地位及其与相关课程或知识点之间的关系。归纳总结本课题组相关科研成果，选择适合用于学生二级项目的超级电容器电极材料的制备方法。在此基础上，进一步调研近3年国内外发表的关于超级电容器的文献资料，通过分析总结，遴选出容易制备且性能优异的超级电容器电极材料制备方法和器件组装技术，例如过渡金属氧化物材料、导电聚苯胺材料、导电聚吡咯材料、碳纳米材料等及其相应器件的制作。

4 改进教学模式

二级项目实践教学，鼓励学生充分利用图书馆资源和网络资源，了解本学科的发展动态，掌握基础知识应用的实例，进一步激发他们的学习积极性和主动性。在教学过程中提出5～6种不同的超级电容器电极材料，鼓励学生自主查阅文献，设计电极材料的合成路线。通过与指导老师提出的合成路线进行分析对比，找出较适合的路线制备方法和器件组装技术。例如，目前具有优异的循环寿命的超级电容器材料是碳材料，其中，石墨烯是性能最优异的碳电极材料，我们会在二级项目的实践教学中引入石墨烯电极材料的制备、表征及性能测试内容。作为商业超级电容器应用最多的碳材料是活性炭，CDIO工程教育核心是培养应用型人才，商业应用的电极材料也是二级项目实践教学的主要内容之一。石墨烯、活性炭与导电聚合物、金属氧化物复合电极材料的制备、表征和性能测试也是该二级项目实践教学的内容之一。二级项目的实践教学内容不仅会把最新的前沿科技成果引入课堂教学，也会把目前企业实际应用的产品作为典型案例植入课堂教学，真正做到理论联系实际，培养学生的动手操作能力和理论分析实际问题的能力。

5 考核标准

二级项目实践教学突出CDIO工程实践教育，注重创新能力、实践能力的培养。教学安排要求3～4位学生一个小组，从电极材料的设计、合成到材料的表征独立完成，将合成的材料组装成电池，完成电池的性能测试。根据CDIO标准，设计考核指标，主要考核学生的专业能力（包括知识与技能的创新能力）、沟通能力、团队合作能力与责任感，根据其权重，设计各部分的分数值。

6 结语

二级项目课程的教学一定要适应社会发展的需求，教师要不断地改进教学内容，总结教学经验，改革教学方法，提高学生的学习积极性，注重提升学生的工程实践和创新能力。

参考文献：

[1]顾佩华，沈民奋，陆小华（译）.重新认识工程教育-国际CDIO培养模式与方法[M].高等教育出版社.