新能源器件专业选修课的教学研究与探索

高海丽，张 勇，罗河伟

(郑州轻工业大学 材料与化学工程学院，河南 郑州 450001)

新能源材料与器件是实现新能源的转换、利用以及发展新能源技术的关键。随着新能源产业的快速发展，国家对相关专业人才需求增加，所以教育部2010年设立新能源材料与器件专业。

2015年，我校在原有电化学专业基础上申报了新能源材料与器件专业，并成功获批，当年正式招生。新能源器件是为我校新能源材料与器件本科专业学生开设的一门系定必选课。在本专业的培养方案课程体系中，新能源器件处于重要地位。该课程开设的目的在于学生学习过电化学理论、材料科学基础知识、新能源材料和化学电源工艺等知识后，系统学习和了解燃料电池、超级电容器、铅碳电池等新能源器件的原理、结构、组成和性能等知识。通过本课程学习，学生可以了解国内外新能源器件的发展趋势，拓宽专业知识面，加深对新能源器件的研究、开发与利用的了解。由于是新开设的课程，教学内容是经过本专业教研室教师的充分研讨后确定的，笔者也花了大量的时间去搜集资料和准备教学材料。结合两年新能源器件的教学实践，就本门课程的教学内容、教材和如何提高教学质量谈几点体会。

4.4 依托各类教学科研平台，激发学生的科研热情

依托国家和省部级教学科研平台，鼓励和支持学生参加科技创新和学科竞赛训练，增强学生的科研创新能力。近3年来，湖南科技大学环境工程专业学生获省级和校级大学生研究性学习和创新性实验计划等各类项目21项，共接受环境工程专业学生参与项目研究100余人，申请发明专利6项，学生参与发表论文20余篇。鼓励环境工程专业学生大学生挑战杯科技竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、大学生节能减排实践竞赛等各类学科竞赛训练，获得省级以上学科竞赛奖励20余项，使其实践能力、创新意识与能力得到明显提高。

4.5 进一步明确环境工程专业的定位，发挥特色优势

我校结合“思政进课堂”，坚持立德树人，德育优先，培养具有一定的人文社会科学素养和自然科学知识的全方位发展的人才。经过近20年的发展，已具备本科、硕士人才培养平台，所属工程学科2019年进入全球ESI前1%排名。本专业发挥产学研教相结合的优势，面向环境领域的重大需求，不断提升办学质量，已建设成为较大影响力的环境工程专业人才培养基地。

1 新能源器件的教学内容

通过大量资料的搜集，笔者发现基于新能源材料与器件这个专业，国内高校普遍开设的有新能源材料与器件导论、新能源材料与器件概论、新能源材料与器件等课程。而我校新能源材料与器件专业是在本专业的培养目标基础上并结合专业优势和科技发展前言，分别开设了新能源材料和新能源器件两门课。新能源材料重点讲授太阳能电池材料、金属负极材料、金属氧化物/氢氧化物正极材料和碳材料的特点和制备技术，而新能源器件重点讲授燃料电池、超级电容器、铅碳电池等新能源器件的原理、结构、组成和性能等。

根据我校新能源材料与器件专业2015级培养方案，新能源器件于大四上学期开设。学生在新能源器件这门课之前已经在化学电源工艺学和新型化学电源这两门课程里学习过铅酸电池、镍氢电池、铬镍电池、锂离子电池、一次锂电池等化学电源的工作原理、电池结构、电极制备和电池组装工艺等知识，所以新能源器件这门课不会再讲授这些内容，而是要讲一些新的化学电源、能量转换和能量储存技术。

2 教学方法

2.1 明确课程重要性和考核方式

我校专业的新能源器件这门课是系定选修课，是考查课，不用参加学校组织的统一考试，所以学生的学习积极性不是很大。

在第一节课，我们重点介绍了本门课的重要性，尤其是对于打算考研究生的学生，对他们来说，学习燃料电池和超级电容器更重要，因为这两个方向的课题都是现在的研究热点，可能他们以后的硕士研究生课题会涉及这两个方向。这样一来，大部分学生都特别重视这门课，上课认真听讲并做笔记。对于一些不考研的学生，为了提高他们上课的积极性，从考核方式上加以要求。虽然这门课是考查课，仍然使用考试的方式进行结课，在最后一节课给学生发试题进行考试。末考成绩占80%，平时成绩占20%，而平时成绩主要由出勤、课堂表现、作业成绩、随机小测验成绩构成。这种考核方式，让学生不敢掉以轻心。

2.2 PPT动画、实物展示及专业实验辅助理论教学

讲授时采用PPT课件结合板书的方式进行。除了在PPT设计、制作、配色、字体等方面下功夫外，还做了一些配图和动画，让学生更容易理解结构和机理性的知识。如在讲解质子交换膜燃料电池和双电层电容器的工作原理时，通过动画演示，更生动形象，加深学生的理解。有时还会拿实物进教室，在课堂讲解时给学生展示，如在讲解气体扩散层时，为了让学生更清楚地知道什么是碳纸，笔者从实验室裁了一片碳纸，在课堂上给学生展示，学生通过观察和触摸对碳纸有了更加清晰、直观的理解。

除此以外，新能源材料与器件专业开设的专业实验Ⅰ、电化学工程技能进阶实验中，都有相应的实验来辅助新能源器件这门课的学习，可以让学生在理论课学习后，通过相应实验的设计和实际操作及数据处理，加深理解。如专业实验Ⅰ中的实验二(燃料电池催化剂的制备)、实验七(对称型超级电容器的设计及性能检测)，电化学工程技能进阶实验二(两相多孔电极的成型及电化学性能测定)。

2.3 课堂上吸引学生兴趣

尽量用一些热点话题引起学生的兴趣。燃料电池对学生来说是一个新的概念，所以上课时从目前的热点电动车出发，引出燃料电池，先介绍燃料电池的定义。接着以H2-O2燃料电池为例，采用PPT放映动画的方式形象讲解了其工作原理。因为学生已经学习了化学电源工艺学这门课，知道化学电源可以产生电能；学生也知道热机发电的原理。所以为了让学生加深理解，重点讲解了燃料电池与热机发电、燃料电池与一般电池的区别，以便加深学生理解燃料电池的特点和优点。接着讲解了燃料电池的发展历史和分类，让学生了解燃料电池的应用领域。讲解中，举例阿波罗登月使用的是碱性燃料电池，吸引学生兴趣。

3 总结

新能源器件是新能源材料与器件专业开设的一门系定必选课，里面涉及讲解的内容比较多，知识面较广，各高校要根据自己的培养目标和专业特色，制定适合自己的教学大纲，在教学内容上要结合专业特色和科技发展前言，并运用先进教学手段提高教学效果。