李 偉，展東紅，梁 瑋，法文君

(1 許昌學(xué)院新材料與能源學(xué)院，河南 許昌 461000；2 許昌學(xué)院國(guó)際教育學(xué)院，河南 許昌 461000)

新能源作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為世界主要國(guó)家搶占新一輪經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略之一，也是應(yīng)對(duì)日益緊迫的環(huán)境污染和能源緊缺的必由之路。新能源材料與器件專業(yè)是國(guó)家為支撐新能源、新材料、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展于2011年新增專業(yè)，是材料學(xué)與電子科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、能源技術(shù)、機(jī)械、管理等多學(xué)科相互交叉的一門(mén)現(xiàn)代化綜合性學(xué)科；涉及新能源材料的制備、能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、新能源器件的設(shè)計(jì)與制造、新能源系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與管理等方面的知識(shí)，是培養(yǎng)適合我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展所急需的高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員，是我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略閉環(huán)的關(guān)鍵支撐[1-3]。

新能源材料的研究和開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)新能源轉(zhuǎn)化與利用的技術(shù)核心與物質(zhì)基礎(chǔ)?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》是新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生在大學(xué)期間的一門(mén)系統(tǒng)性闡述材料的結(jié)構(gòu)、組成與性能之間關(guān)系的專業(yè)必修課，對(duì)學(xué)生材料領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)搭建及公共課程與專業(yè)課程過(guò)渡具有承上啟下的橋梁作用[4]。因此，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容體系的設(shè)計(jì)對(duì)構(gòu)建學(xué)生材料學(xué)科知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、創(chuàng)新能力及運(yùn)用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有極為重要的奠基作用。然而，新能源材料與器件專業(yè)設(shè)置時(shí)間較短，因此針對(duì)性探討該專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容及模式的報(bào)道較少[5-6]。本文結(jié)合許昌學(xué)院新材料與能源學(xué)院兩屆該專業(yè)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)探討課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、教學(xué)手段與考核方式等方面的優(yōu)化調(diào)整，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容及模式進(jìn)行探討。

1 結(jié)合新能源專業(yè)背景，優(yōu)化課程內(nèi)容

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前用于本科教學(xué)的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教材種類豐富，我校目前所采用的是張聯(lián)盟等編著武漢理工大學(xué)出版社出版的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，在知識(shí)體系構(gòu)建方面，教材內(nèi)容較全面地覆蓋了材料科學(xué)與工程專業(yè)一級(jí)學(xué)科的基本內(nèi)容[7]。新能源材料涉及材料種類繁多，包括無(wú)機(jī)非金屬、金屬及高分子三大類材料，而我校新能源專業(yè)的主要立足于光伏材料、儲(chǔ)能材料、催化材料及特色陶瓷等領(lǐng)域，內(nèi)容多以無(wú)機(jī)非金屬材料為主，而所選教材雖然在舉例方面涉及無(wú)機(jī)非金屬材料較多，但更側(cè)重硅酸鹽材料，而目前偏重新能源材料方向的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材幾乎沒(méi)有。結(jié)合我校新能源材料與器件專業(yè)的培養(yǎng)方案與專業(yè)特點(diǎn)，既要體現(xiàn)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)性特點(diǎn)，始終圍繞材料組成-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)之間的關(guān)系的教學(xué)主線，同時(shí)也要突出新能源專業(yè)特色。因此，遵循厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐的培養(yǎng)理念，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)調(diào)整與合理取舍，從而在有限的課時(shí)內(nèi)達(dá)到理想的教學(xué)效果顯得尤為必要。在基礎(chǔ)理論方面，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料共性知識(shí)如晶體結(jié)構(gòu)及缺陷、相變、擴(kuò)散、相平衡等重要內(nèi)容的理解；在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合新能源專業(yè)培養(yǎng)特色，適度提高教學(xué)內(nèi)容的深度和難度，著重培養(yǎng)運(yùn)用材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分析解決材料制備及測(cè)試過(guò)程中存在問(wèn)題的能力。

如介紹常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)及晶體缺陷時(shí)，舉例過(guò)程應(yīng)尊重認(rèn)識(shí)規(guī)律，由簡(jiǎn)入繁，側(cè)重新能源材料具體應(yīng)用案例的介紹，如從典型金剛石結(jié)構(gòu)引出硅、鍺等半導(dǎo)體材料晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步延伸至摻雜、空位等缺陷對(duì)半導(dǎo)體性能的影響；由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)引入鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料介紹等；由尖晶石結(jié)構(gòu)引入錳酸鋰電池材料等。通過(guò)從材料內(nèi)部原子的空間排列、組織結(jié)構(gòu)方面論述材料的組成-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)三者之間的相互關(guān)系，將晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷與新能源材料性能緊密聯(lián)系，揭示其結(jié)構(gòu)、組成與性質(zhì)關(guān)系。在習(xí)題設(shè)計(jì)中，突出新能源材料的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算與性能預(yù)測(cè)，加強(qiáng)實(shí)踐與理論的聯(lián)系。在介紹固溶體時(shí)，引入鋰離子電池三元材料的發(fā)展過(guò)程及最新研究成果介紹，加深學(xué)生對(duì)固溶體中的組成、結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)材料性能的影響，讓學(xué)生了解鋰離子電池及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域的最新研究成果；將固溶體章節(jié)內(nèi)容與析晶過(guò)程、相圖分析有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到各個(gè)章節(jié)在材料制備及分析過(guò)程中并非相互獨(dú)立，而是同時(shí)存在相互影響。在介紹擴(kuò)散章節(jié)時(shí)，引入鋰離子在電極材料中的擴(kuò)散速率對(duì)儲(chǔ)能性能的影響等；在固相反應(yīng)及燒結(jié)。通過(guò)大量的新能源材料應(yīng)用實(shí)例加深學(xué)生對(duì)課程目標(biāo)的認(rèn)識(shí)，明白課程學(xué)習(xí)的目的與意義，能夠應(yīng)用課程基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)材料制備測(cè)試過(guò)程中存在實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析，增強(qiáng)課程內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用的緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

另一方面，在課時(shí)有限的情況下，較多內(nèi)容的加入勢(shì)必影響教學(xué)進(jìn)度，故對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)刪減或選講顯得尤為重要。以許昌學(xué)院新能原材料與器件專業(yè)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)為例，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)與我校新材料與能源學(xué)院研究特色，在晶體結(jié)構(gòu)章節(jié)對(duì)高分子材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行刪減；對(duì)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)章節(jié)常見(jiàn)硅酸鹽玻璃類型進(jìn)行刪減；對(duì)表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)章節(jié)對(duì)固體表面成分和結(jié)構(gòu)測(cè)定方法相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行刪減；在相變章節(jié)重點(diǎn)講述液固轉(zhuǎn)變、馬氏體相變兩節(jié)內(nèi)容。同時(shí)在相平衡與相圖章節(jié)，減少硅酸鹽相關(guān)相圖的講解與分析，引入功能材料及新能源材料相圖講解與分析。另外對(duì)腐蝕與防護(hù)、疲勞與斷裂兩章內(nèi)容作為選講內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)各章節(jié)內(nèi)容的科學(xué)優(yōu)化調(diào)整，有利于合理安排課時(shí)，突出重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，提高課程效率與教學(xué)效果。

此外，新能源材料發(fā)展迅猛，日新月異。在課堂教學(xué)過(guò)程中引入新能源材料的科學(xué)研究前沿報(bào)道，利用已學(xué)課程章節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生解讀分析最新研究成果，有利于加深學(xué)生對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用的理解與新能源專業(yè)興趣，讓學(xué)生感受新能源科技的發(fā)展與材料科學(xué)的魅力，改善課堂氛圍，提高教學(xué)效果。

2 結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)，豐富教學(xué)方法和手段

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)可以通過(guò)圖片、聲音、視頻、動(dòng)畫(huà)等使抽象理論的文字描述形象化、生動(dòng)化的展現(xiàn)，可起到化繁為簡(jiǎn)，為教學(xué)內(nèi)容提供清晰準(zhǔn)確的表達(dá)工具，已成為高校教學(xué)過(guò)程的主要手段，同時(shí)也是高等教育發(fā)展的必然要求。特別對(duì)學(xué)生的想象力和理解能力要求較高的部分教學(xué)內(nèi)容，如晶體結(jié)構(gòu)、密堆積原理、晶體缺陷運(yùn)動(dòng)、三元立體相圖與其投影圖的關(guān)系等，通過(guò)二維、三維動(dòng)畫(huà)或視頻進(jìn)行展示，可明顯提高教學(xué)效果，降低對(duì)學(xué)生想象能力與教師描述過(guò)程的要求。相對(duì)于傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)，多媒體教學(xué)的信息量大大增加，對(duì)擴(kuò)大課堂內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效率，緩解有限課時(shí)與課程內(nèi)容量之間的矛盾。同時(shí)，也應(yīng)注意到短時(shí)間內(nèi)課程內(nèi)容速度加快，對(duì)于學(xué)生理解和自我消化知識(shí)的能力提出挑戰(zhàn)。故教師在授課過(guò)程中需根據(jù)學(xué)生理解程度，調(diào)整授課節(jié)奏，同時(shí)嚴(yán)格要求課后練習(xí)與課堂筆記，避免學(xué)生學(xué)得快忘得快，知識(shí)掌握不扎實(shí)等情況出現(xiàn)。

另一方面任課教師可將教學(xué)過(guò)程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行碎片化處理，通過(guò)錄制小視頻、語(yǔ)音、微課等線上形式對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行2～5 min的歸納講解，學(xué)生通過(guò)線上學(xué)習(xí)對(duì)課程要點(diǎn)提前預(yù)習(xí)，可以在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)大大提高課堂效率。學(xué)生也可以借助國(guó)家精品課程網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)對(duì)不熟練的內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，提高自學(xué)能力。同時(shí)借助微信、QQ等社交軟件進(jìn)行師生互動(dòng)，收集整理教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，在課堂教學(xué)過(guò)程中及時(shí)解決，避免問(wèn)題堆積。

同時(shí)，改變教師講課為主的教學(xué)模式，每學(xué)完一章內(nèi)容，以學(xué)習(xí)小組為單位設(shè)置課程討論小專題，各小組通過(guò)分解任務(wù)、規(guī)劃實(shí)施、課堂演示講解及歸納總結(jié)的方式，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)章節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)的熟悉度，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)問(wèn)題分析、知識(shí)運(yùn)用、解決方案提出到最終的歸納總結(jié)的能力，使枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)變得活潑生動(dòng)，充滿樂(lè)趣，又緊密貼合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

3 改革考核方式，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力

改革目前的“考勤+課后習(xí)題作業(yè)+考試”的傳統(tǒng)式評(píng)價(jià)模式，加大平時(shí)成績(jī)?cè)诰C合成績(jī)中的比例。材料科學(xué)基礎(chǔ)不僅是材料類專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)課程，也是學(xué)生掌握發(fā)現(xiàn)新材料，優(yōu)化材料性能的重要方法論課程。課程的考核形式不應(yīng)僅僅關(guān)注學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)的重現(xiàn)與回顧，也應(yīng)對(duì)學(xué)生利用所學(xué)的方法對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析解決的過(guò)程與能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，作業(yè)的形式不應(yīng)僅停留在課后習(xí)題的解答，也應(yīng)注重能力訓(xùn)練的考核。以我校新能源材料與器件專業(yè)為例，任課教師將班級(jí)學(xué)生分成若干小組，當(dāng)結(jié)束一章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，布置相應(yīng)專題調(diào)研，并在課堂進(jìn)行演示與討論，通過(guò)各學(xué)習(xí)小組互評(píng)結(jié)合教師評(píng)價(jià)的方式將專題小組討論納入考核內(nèi)容，按照比例計(jì)入平時(shí)成績(jī)，增加學(xué)生對(duì)平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定的參與度，在完成專題討論的過(guò)程中訓(xùn)練學(xué)生對(duì)章節(jié)內(nèi)容知識(shí)的掌握及方法的靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)由關(guān)注材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)本身逐漸向重視分析解決實(shí)際問(wèn)題能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生分析解決材料科學(xué)問(wèn)題過(guò)程中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)施，學(xué)生在該專題討論過(guò)程中表現(xiàn)出極高的積極性與活躍的討論氛圍，對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)有了更加深入的理解。課程教學(xué)的參與度顯著提高，教學(xué)效果較理想，演講與邏輯思維等綜合素質(zhì)也明顯提高。

4 配合課程章節(jié)內(nèi)容，引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

新能源材料與器件專業(yè)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，針對(duì)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程中章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，針對(duì)性的配套新能源材料相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`課程，有益于課程內(nèi)容與實(shí)踐的緊密聯(lián)系，深化學(xué)生對(duì)材料基礎(chǔ)科學(xué)原理的理解，同時(shí)提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程中材料中存在的科學(xué)問(wèn)題的分析解決能力，也是對(duì)厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐的培養(yǎng)理念的重要支撐。如配合晶體結(jié)構(gòu)章節(jié)內(nèi)容，引入新能源材料的晶體結(jié)構(gòu)球棍模型的搭建與分析；配合晶體結(jié)構(gòu)缺陷，引入摻雜對(duì)硅基半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的效率影響；配合擴(kuò)散章節(jié)內(nèi)容，結(jié)合鋰離子電池中鋰離子在負(fù)極材料的擴(kuò)散等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；配合固相反應(yīng)章節(jié)，結(jié)合磷酸鐵鋰電池材料的高溫固相反應(yīng)制備等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)這類實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的引入，既能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與材料實(shí)際應(yīng)用相互之間的緊密聯(lián)系的認(rèn)知，又能加深學(xué)生對(duì)所學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的了解，同時(shí)還能增加學(xué)生對(duì)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的理解，對(duì)于激發(fā)學(xué)生求知欲望，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提高動(dòng)手能力具有顯著效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，新能源材料與新能源技術(shù)日新月異，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程本科教學(xué)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新適應(yīng)時(shí)代變化，不斷創(chuàng)新完善教學(xué)體系。在新能源材料與器件專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是連接公共基礎(chǔ)課與專業(yè)課程的重要橋梁，具有承上啟下的關(guān)鍵作用，對(duì)學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課程、工作及學(xué)術(shù)研究具有重要影響。在新能源材料與器件專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革過(guò)程中，要勇于實(shí)踐，不斷改革與調(diào)整，為我?！靶聦I(yè)”的“老課程”探索一套有特色、可持續(xù)、緊扣時(shí)代發(fā)展的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容體系。