新能源材料科学基础课程教学探讨.docx

新能源材料科学基础课程教学探讨 陈新 摘 要新能源材料科学根底是前沿穿插领域的一门专业根底必修课，在培育适应国家新能源战略需求的高级科学讨论与工程技术的复合型人才方面发挥着重要作用。该讨论发觉新能源材料科学根底课程改革通过教材的合理选用、细致合理的课程内容设计、领域前沿进展内容的引入、配套课程的同步建立，可以取得良好的教学效果，有利于实现该课程和所属专业的教学目标。 关键词新能源材料科学根底;高校教学;课程改革 中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 2095-3437（2023）03-0095-03 引言 人类生产和生活的方方面面都离不开能源，传统化石能源不仅储量有限，开采和运输都要克制巨大的困难，而且在使用过程中会释放大量的温室气体和有害物质。有害物质释放到环境中导致酸雨和雾霾等的消失会严峻破坏环境和危害人类安康，而温室气体的释放会导致气温不断上升，严峻破坏人类和生物的生存环境。促进新能源材料与器件的进展，不仅具有巨大的经济价值，更是爱护人类和生物生存环境，实现人类社会可持续进展的关键举措。 新能源材料与器件专业1-2是材料、物理、化学、电子、机械等多学科穿插，以能量转换材料、能量存储材料及其器件设计、制备工程技术为特色的专业，培育适应国家新能源方面的战略需求，把握新能源材料与器件根底理论，具有新能源材料与器件的设计、制造与应用力量以及创新精神、求实作风、团队精神和应变力量的高级科学讨论与工程技术复合型人才。华东理工大学（简称“我校”）是国家能源战略调整后，教育部首批批复的建立新能源材料专业方向的高校之一。我校的材料科学与工程学科已入选教育部世界双一流建立学科，其新能源材料与器件专业面对国际国内新能源领域的人才和就业3趋势，着重培育适应国家新能源战略需求的高级科学讨论与工程技术复合型人才。 新能源材料科学根底是我校新能源材料与器件专业的根底必修课，致力于通过本课程的教学，使学生把握新能源材料科学的根本物理化学概念和根本规律，能够进展相关科学理论计算，为进一步深入学习新能源专业学问以及分析和解决实际问题讨论而打好理论根底。有关材料科学根底课程的教学阅历人们已经进展了一些有益的共享1-2，4-6，然而结合专业建立和新能源材料，讨论有针对性地建立新能源材料科学根底课程还比拟少见。笔者结合我校新能源材料科学根底课程的教学阅历，对该课程的教学改革进展探讨。 一、教学内容 （一）课程根本内容 新能源又被称为特别规能源，指的是传统能源之外的各种各样的能源形式，比方太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能和核聚变能等。太阳能的利用主要包括阳光照耀产生热能的利用以及通过太阳能电池将太阳光中的光能转变成电能等等，其中最主要的是太阳能电池的研发和应用。自然界中太阳能和风能的分布时间和空间很不匀称，这就需要人们设法把能量转换储存起来实现稳定可持续的能量供给。比方通过太阳光裂解水制氢，所制得的氢气经过储存、运输等环节，再通过燃料电池高效地将氢能转变为清洁的电能供人们使用;通过各种新能源形式产生的电能还可以通过锂离子电池、超级电容器、储能电池等新能源器件储存起来，供人们需要的时候使用。由此可见，新能源材料与器件涉及的学问和技术范围是特别广泛的，是一门内容非常丰富的穿插学科。 本课程的内容包括晶体学根底、固体材料的构造、晶体中的缺陷、新能源材料讲座、相圖及相变、固体中的集中、固相反响等，从晶体的认知、晶体的形成机理、材料的构造、相变、集中等方面进展材料科学根底学问和材料物理化学学问等内容的讲授，使学生能扎实把握新能源材料的根底学问，为将来成长为具有新能源材料与器件的设计、制造与应用力量以及创新精神、求实作风、团队精神和应变力量的高级科学讨论与工程技术复合型人才做好预备。 我们任课教师结合新能源材料与器件专业的要求，将本课程中有关材料科学根底学问的内容确定为除了传统的材料科学的根底学问，还结合新能源材料的实例，把新能源材料与器件的学问有机地融入进去。此外，通过增加新能源材料讲座的内容，结合本学科领域进展动向和我们近期在新能源材料科学讨论中取得的实际结果进展讲授，帮忙学生把所学的根底学问跟新能源材料与器件领域的实际应用有机地结合起来。 （二）教材 考虑到新能源材料是一门前沿的综合性穿插学科，所涉及的学问面特别广，目前尚未有适宜的新能源材料科学根底教材可供本课程使用，因此，我们选择不将课程内容局限在一本教材中，而是结合多本教材以及相关领域当前的实际进展状况开展教学，以增加课程的综合性、穿插性和前沿性。通过一段时间的调研沟通，我们最终选择由潘金生等著作、清华大学出版社2023年出版的材料科学根底作为选用教材，以张志杰主编、化学工业出版社2023年出版的材料物理化学为帮助教材，同时给学生介绍一些新能源材料、材料科学根底、材料物理化学领域的中英文专著作为参考书目。这样的教材选择，既能够帮忙学生拓宽学问面，又能够让学生了解国内外本事域工作的前沿动向，从而很好地适应本事域的不断进步，为开展新能源材料与器件方面的科研和应用工作做好预备。 （三）课程详细内容 本课程强调理论与工程实践的结合，注意学问把握和力量提高并重，除了讲授根底学问，还结合本事域的文献和实际工程问题进展授课，在提高学生工程学问水平的根底上，进一步培育学生跟踪领域前沿进展以及分析讨论和解决简单实际问题的力量。教师在做好根底理论学问授课的根底上，还通过增加一些相关历史学问的介绍7，帮忙学生了解学科背景;通过增加新能源材料讲座，帮忙学生了解领域的实际应用和最新进展。详细来说，本课程主要包括以下几方面的内容：其一，通过讲解新能源材料开发利用的进展趋势及其对解决传统能源问题、改善人类生存环境的影响，帮忙学生树立正确的课程学习观念，了解并培育相关责任意识。其二，通过讲解与新能源材料与器件相关的晶体学根底理论、晶体中的缺陷等根底学问，帮忙学生把握新能源材料科学的根本物理化学概念和根本规律，并获得肯定的科学理论计算力量。其三，通过讲解材料的相图及相变理论和确定方法，固体材料的构造以及固体材料中的集中、固相反响等理论学问，帮忙学生更深入地了解新能源专业学问，夯实分析和解决讨论与应用中的实际问题的理论根底。 教师通过以上教学内容的讲解，致力于使学生到达以下主要目标：其一，把握新能源材料科学的根本物理化学概念和根本规律，结合文献信息了解光伏和化学电源材料与器件制备相关材料问题的多样性并进展优选。其二，能够进展材料根底、光伏和化学电源材料与器件制备相关问题的科学理论计算。其三，进一步深入学习新能源专业学问，用以分析和解决讨论与应用中的实际问题，能对光伏和化学电源等不同领域的新能源材料的根底学问进展正确表述，进而想方法找到问题解决的方法及途径。 本课程的教学安排共56学时，其中授课54学时，复习考试2学时。以下是每章内容的主要目标。 第一章是绪论。叙述光伏和化学电源材料与器件制备等新能源材料讨论的重要意义及要解决问题的多样性，帮忙学生树立正确的课程学习观念。 其次章是晶体学根底。包括空间点阵和晶体指数、晶体堆垛方式和构造特征、晶体投影和倒易点阵、菱方晶系的两种描述等内容。与光伏和化学电源材料等领域的实际应用材料相结合，讲授晶体学根本概念、晶体构造的根本特征、晶体学问题的根本分析方法以及光伏和化学电源材料晶体学相关根底科学理论和问题的多样性。 第三章是固体材料的构造。包括原子分子构造和结合键、晶体的电子构造、元素和化合物的晶体构造和性质、影响化合物晶体构造的主要因素、固溶体和离子化合物等内容。结合光伏和化学电源材料等领域的实际应用，从原子电子构造与原子间的相互作用入手，讲授单质、化合物、固溶体等材料的构造及影响其构造的主要因素，在叙述根底科学理论的同时，介绍相关材料应用于光伏和化学电源等实际器件中的工作原理。 第四章是晶体中的缺陷。包括点缺陷的根本属性、位错的概念、位错的运动和性质、位错力学、面心立方晶体中的位错、其他晶体中的位错、小角度位错及位错小结等内容。结合光伏和化学电源材料等领域的实际应用，讲授材料中不同维度缺陷的根底学问以及缺陷对材料性能的重要影响，同时介绍材料缺陷调控对光伏和化学电源等实际器件应用的重要性，以及通过相关缺陷调控方法进展先进新能源材料的途径。 第五章是新能源材料讲座。包括硅、应变硅材料和PN结太阳能电池简介，以及III-V族半导体材料及新能源材料与器件的制备表征工艺简介等内容。依据光伏和化学电源材料等领域的实际应用需要，讲授硅、应变硅、III-V族半导体材料在器件应用中的根本工作原理，并在此根底上介绍通过材料与器件构造设计和工艺改良，使其性能得到显著提高、在实际应用中发挥更大作用的途径。 第六章是相图及相变。包括概述及格杠杆定律，一元、二元、三元相图，相图及其与材料性能的关系，相变及应用等内容。结合光伏和化学电源材料等领域的实际应用，讲授一元、二元、三元相图表示以及相图和相变中的根本规律，同时介绍人们利用相图和相变学问开展新能源材料与器件工作的实际进展。 第七章是固体中的集中。包括引言及菲克定律、稳态和非稳态集中、集中理论和机制、反响集中以及离子晶体中的集中等内容。结合光伏和化学电源材料等领域的实际应用，讲授材料中集中的根本规律、根本机理以及相关根底科学理论问题的计算方法。 第八章是固相反响。包括固相反响机理、固相反响动力学以及影响固相反响的因素等内容。结合新能源材料领域的实际应用，讲授固相反响的种类、根本机理以及运用固相反响根底学问设计制备先进新能源材料的途径。 以上教学内容的设置，均与课程的教学目标相契合，详细明确地为实现课程教学目标效劳。 二、课程教学方法手段以及配套课程和本课程的建立探究 （一）本课程的教学方法和手段 本课程以课堂教学为主，协作习题、争论提升教学效果。课程考核期末有闭卷笔试，平常有考勤、课堂考察、作业以及综合复习等考核。试卷考核要围绕课程目标考察学生工程学问以及问题分析和讨论力量，同时尽量掩盖课程的主要学问点，合理安排各个课程目标的考核分值。 我们在几年来的实际教学工作中，通过对教学大纲、教学日历、课件、题库、慕课资料的不断完善和建立，以及每学期上完课之后对授课效果和课程教学目标的达成状况进展仔细总结分析和改良，努力使自身的教学水平不断得到提高。 （二）相关配套课程的同步建立 除了本课程自身的理论教学，我们还开设了与之配套的试验课程即新能源材料科学根底试验。通过试验课程的开设，使学生加深对新能源材料科学的根本物理化学概念和根本规律的熟悉，培育试验操作力量，能够对科学试验结果进展计算分析并完成试验报告，为进一步深入学习新能源专业学问和技能以及培育解决相关实际问题的力量奠定根底。 教学团队从试验课程的设置、试验设备的购置搭建、试验教材的预备、试验教学的授课等方面开展了大量工作，把这门配套课程很好地建立了起来。理论课和试验课的协作教学，在把学生培育成理论与实践相结合的新能源领域专业人才中发挥了重要作用。 除此之外，我们还积极参加学院新能源材料与器件专业的整体建立。一个专业是一个有机的整体，加强各门课程的严密协作，有助于实现专业人才的培育目标。我们通过整体专业建立的参加，不仅能加深了解本课程在专业教学中担当的角色，更好地搞好本课程的教学，发挥本课程教学的作用，而且还能为学校特色新专业的建立奉献力气。 （三）本课程的建立进展 通过任课教师的不断努力以及教学团队的支持和协作，本课程的建立已经取得了初步成效：通过教学和考核，学生在本课程学习中整体成绩优良，教学目标得到很好达成，课程在同行听课和学生评教中也得到了积极确定的评价。通过共同努力，教学团队参加和主持的相关教学工作先后取得了2023年校级教育教学成果奖二等奖和三等奖，并且被推举选作2023年度上海市教委本科重点课程。相关教材和教学参考书新能源材料科学根底试验先进纳米薄膜材料：制备方法及应用也已经出版发行8-9，其中前者被选作一般高等教育“十三五”规划教材、新能源材料与器件专业规划教材，后者则被编入师昌绪先生主编的先进功能材料从书，被选为“十二五”国家重点图书，并获得2023年中国石油和化学工业优秀出版物奖的图书奖一等奖。通过本课程授课培育出的学生，先后获得了华东理工大学优秀奖学金一等奖、上海市大学生头脑奥林匹克创新竞赛最默契团队奖、上海市级优秀毕业生等荣誉。今后我们将连续不断努力，把课程建立得更好，争取更大的成绩。 三、结语 随着人类生产和经济的不断进展，能源和环境问题日益紧迫，新能源材料与器件的研发和利用在国内外都受到高度重视。在新能源材料与器件专业新能源材料科学根底课程的建立过程中结合相关领域实际进展状况，系统讲授相关材料科学根底的根本学问，可以取得良好的教学效果，对培育适应国家新能源战略需求的专业人才可以发挥积极的作用。 参 考 文 献 1 孙文周.新能源材料与器件专业材料科学根底教学初探J.科技文汇，2023（33）：51-52. 2 李伟，展东红，梁玮，等.新能源材料与器件专业 材料科学根底 教学探讨J.广州化工，2023（9）：166-168. 3 赵洪杰.基于提升大学生就业力量的一般高校教学改革探究J.中国成人教育，2023（1）：101-104. 4 李燕.提高无机材料科学根底教学效果的几点措施J.中国冶金教育，2023（3）：1-2. 5 翁俊迎，李爱香，张紅鹰.关于高材专业材料科学根底课程教学方法的探讨J.山东化工，2023（6）：178-179. 6 马权.材料科学根底教学与大学生人格特点培育J.大学教育，2023（14）：93-94. 7 贺哲丰，杨平.名人典故在材料科学根底教学中的作用J.中国冶金教育， 2023（5）：38-40. 8 陈新，王德强，曹红亮，等.新能源材料科学根底试验M.上海：华东理工大学出版社，2023. 9 林媛，陈新.先进纳米薄膜材料：制备方法及应用M.Weinheim： WILEY-VCH出版公司，北京：化学工业出版社，2023. 责任编辑：庞丹丹 猜你喜爱高校教学课程改革基于核心素养的幼儿英语教育活动设计课程改革广西教育·C版(2023年2期)2023-05-04应用型本科院校数学物理方法课程改革探讨科技资讯(2023年3期)2023-04-25以专业讨论为支点撬动区域教研转型根底教育参考(2023年6期)2023-04-25关于微课对优化高校教学效果的思索将来英才(2023年2期)2023-05-04大数据对高校教学反应的影响教育教学论坛(2023年17期)2023-04-22浅析PPT课件在高校教学中的应用科教育刊·电子版(2023年32期)2023-02-27“翻译作坊”形态下的高职商务翻译合作学习范式构建讨论职教论坛(2023年23期)2023-11-19C语言程序设计中微课的应用讨论电脑学问与技术(2023年23期)2023-11-02创立数控自动编程优质核心课程科技视界(2023年22期)2023-10-18大数据背景下高校教学方法改革模式探讨考试周刊(2023年78期)2023-10-12