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        以工程能力為導(dǎo)向的CDIO二級(jí)項(xiàng)目超級(jí)電容器教學(xué)探索

        2018-12-07 10:07:08李靖黎陽(yáng)馬董云吳子華祝向榮徐海萍
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年21期
        關(guān)鍵詞:超級(jí)電容器工程能力

        李靖 黎陽(yáng) 馬董云 吳子華 祝向榮 徐海萍

        摘 要:本文以我校材料科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和CDIO教學(xué)大綱為依據(jù),設(shè)計(jì)和建立CDIO二級(jí)項(xiàng)目的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)流程,體現(xiàn)以CDIO所代表的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作的教學(xué)主線。

        關(guān)鍵詞:二級(jí)項(xiàng)目;超級(jí)電容器;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(dāng)前國(guó)際工程教育改革的新成果,國(guó)內(nèi)已有比較多的高等院校相關(guān)專業(yè)以CDIO作為核心模式培養(yǎng)學(xué)生。我校材料科學(xué)與工程專業(yè)(新能源材料與器件方向)以CDIO工程教育模式作為本科培養(yǎng)模式,鍛煉學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)的能力,注重培養(yǎng)學(xué)生的工程系統(tǒng)綜合能力。

        二級(jí)項(xiàng)目主要是通過(guò)材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綜合課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用能力[1],二級(jí)項(xiàng)目的運(yùn)行直接關(guān)系到CDIO實(shí)踐教學(xué)課程的教學(xué)情況。本文主要以二級(jí)項(xiàng)目超級(jí)電容器為例,探討CDIO工程教育模式下的二級(jí)項(xiàng)目的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理論與實(shí)踐結(jié)合、考核辦法等,在此基礎(chǔ)上探討如何進(jìn)一步提高實(shí)踐教學(xué)水平。

        2 組建專業(yè)課程群,理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合

        本專業(yè)在保持材料科學(xué)與工程專業(yè)教育的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步強(qiáng)化在電化學(xué)儲(chǔ)能、光伏太陽(yáng)能材料及其器件等方面的特色發(fā)展,突出學(xué)生在新能源產(chǎn)業(yè)電化學(xué)儲(chǔ)能和光伏太陽(yáng)能利用領(lǐng)域的實(shí)踐技能訓(xùn)練。本專業(yè)開(kāi)設(shè)的二級(jí)項(xiàng)目課程包括化學(xué)電池系統(tǒng)、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、和LED節(jié)能燈,四個(gè)二級(jí)項(xiàng)目共同組成一個(gè)實(shí)踐類課程群(一個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)),全面帶動(dòng)實(shí)踐教學(xué)工作的規(guī)范化和教學(xué)質(zhì)量的提高。

        在該專業(yè)的其他課程設(shè)置中,《應(yīng)用電化學(xué)》(專業(yè)基礎(chǔ)課,32學(xué)時(shí))與《化學(xué)電源》(專業(yè)課,48學(xué)時(shí))2門(mén)理論課程,與實(shí)踐課程《二級(jí)項(xiàng)目化學(xué)電池系統(tǒng)》(72學(xué)時(shí))、《二級(jí)項(xiàng)目超級(jí)電容器》(72學(xué)時(shí))和《電池工程基本制造技能訓(xùn)練》(72學(xué)時(shí))組成一個(gè)核心課程群?!稇?yīng)用電化學(xué)》提供電化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí),《化學(xué)電源》課程主要包括化學(xué)電源的基本原理、電池特點(diǎn)、電池材料、電池裝配工藝、電化學(xué)性能測(cè)試等內(nèi)容?!稇?yīng)用電化學(xué)》與《化學(xué)電源》在課程群中起到理論支撐的作用,《二級(jí)項(xiàng)目超級(jí)電容器》、《二級(jí)項(xiàng)目化學(xué)電池系統(tǒng)》和《電池工程基本制造技能訓(xùn)練》主要鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作能力。該課程群的主要目的是以理論課程的知識(shí)和技能解決與課程群相關(guān)的工程實(shí)踐中的具體問(wèn)題,使得理論教學(xué)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合、相互支撐,訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)能力、溝通能力、團(tuán)隊(duì)精神與領(lǐng)導(dǎo)能力。

        在實(shí)踐教學(xué)中要突出專業(yè)特色,注重理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合,同時(shí)把二級(jí)項(xiàng)目中的一部分理論內(nèi)容調(diào)整到《化學(xué)電源》中進(jìn)行講解,實(shí)踐課程注重提升學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和解決分析問(wèn)題的能力。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中要不斷的拓寬學(xué)生的知識(shí)面和視野,進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)與本專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

        3 選取合適的教學(xué)內(nèi)容

        教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)科前沿知識(shí)的介紹,在完成大綱要求的教學(xué)內(nèi)容的同時(shí),結(jié)合講授內(nèi)容,采取隨堂講授或開(kāi)設(shè)專題講座的形式,介紹學(xué)科最新最前沿的知識(shí)。明確課程教學(xué)內(nèi)容在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中的地位及其與相關(guān)課程或知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。歸納總結(jié)本課題組相關(guān)科研成果,選擇適合用于學(xué)生二級(jí)項(xiàng)目的超級(jí)電容器電極材料的制備方法。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步調(diào)研近3年國(guó)內(nèi)外發(fā)表的關(guān)于超級(jí)電容器的文獻(xiàn)資料,通過(guò)分析總結(jié),遴選出容易制備且性能優(yōu)異的超級(jí)電容器電極材料制備方法和器件組裝技術(shù),例如過(guò)渡金屬氧化物材料、導(dǎo)電聚苯胺材料、導(dǎo)電聚吡咯材料、碳納米材料等及其相應(yīng)器件的制作。

        4 改進(jìn)教學(xué)模式

        二級(jí)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué),鼓勵(lì)學(xué)生充分利用圖書(shū)館資源和網(wǎng)絡(luò)資源,了解本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài),掌握基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用的實(shí)例,進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。在教學(xué)過(guò)程中提出5~6種不同的超級(jí)電容器電極材料,鼓勵(lì)學(xué)生自主查閱文獻(xiàn),設(shè)計(jì)電極材料的合成路線。通過(guò)與指導(dǎo)老師提出的合成路線進(jìn)行分析對(duì)比,找出較適合的路線制備方法和器件組裝技術(shù)。例如,目前具有優(yōu)異的循環(huán)壽命的超級(jí)電容器材料是碳材料,其中,石墨烯是性能最優(yōu)異的碳電極材料,我們會(huì)在二級(jí)項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)中引入石墨烯電極材料的制備、表征及性能測(cè)試內(nèi)容。作為商業(yè)超級(jí)電容器應(yīng)用最多的碳材料是活性炭,CDIO工程教育核心是培養(yǎng)應(yīng)用型人才,商業(yè)應(yīng)用的電極材料也是二級(jí)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容之一。石墨烯、活性炭與導(dǎo)電聚合物、金屬氧化物復(fù)合電極材料的制備、表征和性能測(cè)試也是該二級(jí)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容之一。二級(jí)項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不僅會(huì)把最新的前沿科技成果引入課堂教學(xué),也會(huì)把目前企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品作為典型案例植入課堂教學(xué),真正做到理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和理論分析實(shí)際問(wèn)題的能力。

        5 考核標(biāo)準(zhǔn)

        二級(jí)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)突出CDIO工程實(shí)踐教育,注重創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)。教學(xué)安排要求3~4位學(xué)生一個(gè)小組,從電極材料的設(shè)計(jì)、合成到材料的表征獨(dú)立完成,將合成的材料組裝成電池,完成電池的性能測(cè)試。根據(jù)CDIO標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)考核指標(biāo),主要考核學(xué)生的專業(yè)能力(包括知識(shí)與技能的創(chuàng)新能力)、溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作能力與責(zé)任感,根據(jù)其權(quán)重,設(shè)計(jì)各部分的分?jǐn)?shù)值。

        6 結(jié)語(yǔ)

        二級(jí)項(xiàng)目課程的教學(xué)一定要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求,教師要不斷地改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容,總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),改革教學(xué)方法,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,注重提升學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]顧佩華,沈民奮,陸小華(譯).重新認(rèn)識(shí)工程教育-國(guó)際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].高等教育出版社.

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