周 瑩，謝 娟，張 騫，武元鵬，莊 稼

（西南石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610500）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題成為關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題，引起了國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注，新能源材料與器件成為了關(guān)乎國(guó)家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略性問(wèn)題［1－3］。為此，2010年，教育部批準(zhǔn)在全國(guó)15所高校設(shè)置“新能源材料與器件”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)，我校以良好的能源學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究為依托，成功申報(bào)獲批建設(shè)全國(guó)首批新能源材料與器件本科新專(zhuān)業(yè)。由于我國(guó)專(zhuān)門(mén)的新能源專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)較晚，新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的建設(shè)正處于起步階段，尚無(wú)現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以借鑒［4］，雖然已分別于2011年和2012年在華東理工大學(xué)、西南石油大學(xué)、華北電力大學(xué)召開(kāi)了3次全國(guó)新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)建設(shè)研討會(huì)，深入探討了該專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案、課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)等，但是由于各高校尚未完整培養(yǎng)出新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的首屆應(yīng)屆畢業(yè)生，在專(zhuān)業(yè)建設(shè)的實(shí)踐過(guò)程中仍有許多值得研究和探討的問(wèn)題。本文結(jié)合西南石油大學(xué)3年來(lái)在新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)和積累，圍繞實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置進(jìn)行探討。

1 新能源材料與器件的課程體系

西南石油大學(xué)是新中國(guó)創(chuàng)建的第2所石油本科院校，建有油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在石油天然氣等傳統(tǒng)能源領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)突出、特色鮮明，在國(guó)家加快對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用的背景下，結(jié)合國(guó)家和四川省中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃和能源戰(zhàn)略，我校于2010年成立了新能源研究中心，并開(kāi)始建設(shè)新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)。我校高度重視新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)及相關(guān)學(xué)科發(fā)展，大力支持該專(zhuān)業(yè)建設(shè)，并從全校2010級(jí)理工科學(xué)生中選拔了30名優(yōu)秀學(xué)生作為新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的首批學(xué)生。經(jīng)過(guò)3年的專(zhuān)業(yè)建設(shè)，已逐步完善了該專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)大綱等。課程體系設(shè)置突出厚基礎(chǔ)、寬口徑的思想，反映特色和適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要等原則，重視工程實(shí)踐和科學(xué)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)［5］。

新能源材料與器件相對(duì)于傳統(tǒng)的材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科目錄下的材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)有其自身鮮明的特點(diǎn)，特別是如何處理和平衡材料與器件的關(guān)系成為課程體系設(shè)置的難點(diǎn)。我校在課程體系設(shè)置方面，注重夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)、物理、材料基礎(chǔ)，提出建設(shè)能量轉(zhuǎn)換材料與器件，儲(chǔ)能材料與器件2門(mén)核心課程，其中《能量轉(zhuǎn)換材料與器件》已于今年被科學(xué)出版社作為“十二五”規(guī)劃教材出版，具體的課程體系如圖1所示。因此，我們?cè)谡n程設(shè)置上并不突出和強(qiáng)調(diào)單一的材料和器件，而是以能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存為核心，建設(shè)能量?jī)?chǔ)存和能量轉(zhuǎn)換課程模塊。以能量?jī)?chǔ)存模塊為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)材料物理化學(xué)、無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、應(yīng)用電化學(xué)等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，以儲(chǔ)能材料與器件為橋梁（見(jiàn)圖1），在此基礎(chǔ)上學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇相應(yīng)的側(cè)重器件和工藝方面的選修課程，在工程實(shí)踐過(guò)程中，鞏固所修的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

圖1 新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)課程體系

2 新能源材料與器件實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置

根據(jù)已構(gòu)建的專(zhuān)業(yè)課程體系，在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置上也是以能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存為核心，在強(qiáng)調(diào)與材料科學(xué)相關(guān)的物理、化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上［6］，注重提高學(xué)生在器件方面的設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力。圍繞上述培養(yǎng)目標(biāo)制定了具有專(zhuān)業(yè)特色的實(shí)踐教學(xué)體系，包括專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐3個(gè)層次［7－8］，見(jiàn)圖2。

（1）專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)階段主要包括電化學(xué)和光電化學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，一方面因?yàn)檫@是能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，另一方面可有效銜接前期學(xué)過(guò)的應(yīng)用電化學(xué)、半導(dǎo)體物理等課程，有助于在提高學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，溫習(xí)和鞏固理論知識(shí)［9］。

（2）專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)。主要是在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生對(duì)部分新能源材料的制備、表征以及器件的組裝和性能測(cè)試有初步的了解和認(rèn)識(shí)［10］，形成材料研究的意識(shí)和具備初步參與材料與器件研究的能力。目前專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)置了染料敏化太陽(yáng)能電池組裝與測(cè)試，鋰電池電極材料的制備及性能表征，可見(jiàn)光光催化材料的制備及催化性能測(cè)試和薄膜太陽(yáng)能電池的制備及性能4個(gè)模塊（見(jiàn)圖2）。這主要是在兼顧能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存、材料與器件的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有師資隊(duì)伍的研究方向和內(nèi)容選定的。這一方面有利于打破實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊不能與最新研究成果銜接的問(wèn)題［11］。以筆者學(xué)習(xí)工作過(guò)的瑞士蘇黎世大學(xué)為例，為本科高年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課，每年并無(wú)固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而是由各個(gè)研究課題組根據(jù)自身的研究進(jìn)展，擬定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課題和內(nèi)容，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新思維。另一方面有利于將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研資源進(jìn)行有機(jī)的整合。我校在2000年就開(kāi)設(shè)了針對(duì)本科生的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)基金，自2012年起，在企業(yè)的資助下，材料學(xué)院每年出資20萬(wàn)元用于設(shè)置本科生創(chuàng)新基金，因此，可以很好地將本科生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)融入到專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)中［12］。目前已有本專(zhuān)業(yè)學(xué)生申報(bào)的項(xiàng)目得到國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助，并在四川省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)。

圖2 新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系圖

（3）工程實(shí)踐。這一階段主要通過(guò)課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，并已規(guī)劃了“風(fēng)－光轉(zhuǎn)換一體”和“光伏器件生產(chǎn)”2個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)促進(jìn)校企合作實(shí)驗(yàn)基地的建設(shè)。此外，學(xué)生在經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)及開(kāi)放基金的訓(xùn)練后，具備了查找資料的能力［13］，為畢業(yè)論文的選題、文獻(xiàn)綜述和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。如果能把專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放基金和畢業(yè)設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，非常有利于學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3 存在的主要問(wèn)題和建議

經(jīng)過(guò)3年專(zhuān)業(yè)建設(shè)，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置和建設(shè)上也存在一些問(wèn)題：

（1）專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過(guò)于偏重于電化學(xué)。這主要是受現(xiàn)有的儀器設(shè)備所限，在后期的建設(shè)中將增加半導(dǎo)體物理性能相關(guān)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并且建議在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程中，除了半導(dǎo)體物理外，還應(yīng)當(dāng)增設(shè)半導(dǎo)體工藝學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生在器件設(shè)計(jì)和工藝方面的理論知識(shí)。

（2）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)尚未建立。由于專(zhuān)業(yè)建設(shè)時(shí)間短，規(guī)劃的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)尚未能建立，在現(xiàn)有條件下，建議建設(shè)新能源材料與器件虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以打破實(shí)體實(shí)驗(yàn)資源局限，共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，有效降低教學(xué)設(shè)備成本［14］。

（3）實(shí)習(xí)基地建設(shè)困難。當(dāng)前新能源行業(yè)面臨很多挑戰(zhàn)，特別是去年美國(guó)和歐洲對(duì)中國(guó)光伏企業(yè)征收高額的反傾銷(xiāo)稅以來(lái)，加劇了行業(yè)的困難，一批企業(yè)面臨停產(chǎn)甚至倒閉的風(fēng)險(xiǎn)，這為建立合適的實(shí)習(xí)基地帶來(lái)了很大困難。如果實(shí)習(xí)企業(yè)選擇不當(dāng)，將嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了培養(yǎng)出國(guó)家和地方急需的新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，西南石油大學(xué)依據(jù)學(xué)校發(fā)展定位和“十二五”規(guī)劃加快了新能源相關(guān)專(zhuān)業(yè)及學(xué)科的建設(shè)，在3年的新專(zhuān)業(yè)建設(shè)中，圍繞能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存初步建立了階梯式的3層實(shí)驗(yàn)體系，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐，致力于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識(shí)，為國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)同類(lèi)專(zhuān)業(yè)的高校提供了可參考的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置體系。

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