吳小帥，史轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，楊曉剛，郭春顯

(蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009)

新能源和新材料是我國現(xiàn)代化社會(huì)建設(shè)的基礎(chǔ)，成為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰” 和“碳中和”中長期目標(biāo)的重要因素。隨著全球能源供給的不確定性增加，我國對(duì)新能源新材料特別是高端材料的研發(fā)和生產(chǎn)需求將更加強(qiáng)烈，相關(guān)高技術(shù)專業(yè)人才也將非常短缺[1]。為響應(yīng)國家大力發(fā)展新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略導(dǎo)向，教育部于2011年已新增了新能源材料與器件等特色專業(yè)，專門培養(yǎng)在新能源材料與器件領(lǐng)域掌握新能源材料制備過程和制造器件的基本規(guī)律和原理、具備生產(chǎn)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，并能適應(yīng)行業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從事研究開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和市場開拓等技術(shù)型專業(yè)人才。特別是2017年起，為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，復(fù)旦大學(xué)和天津大學(xué)召開的新工科研討會(huì)啟動(dòng)了新工科建設(shè)的模式探索[2]。蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院緊緊把握機(jī)會(huì)，經(jīng)過多輪大膽細(xì)致論證后，于2020年申報(bào)獲批“新能源材料與器件”專業(yè)。結(jié)合材料科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展新工科的背景，探索合適的新能源材料與器件專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革。本文結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)、學(xué)科師資隊(duì)伍和支撐條件等方面就新專業(yè)培養(yǎng)方案的制定，推動(dòng)材料、化學(xué)和新能源模塊課程體系的構(gòu)建和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置方面提出幾點(diǎn)思路，為培養(yǎng)能夠適應(yīng)新工科發(fā)展所需的新能源科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人才提供借鑒。

1 模塊化材料、化學(xué)和新能源課程體系構(gòu)建

新能源材料與器件特色專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)涉及化學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科基礎(chǔ)，其產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋了鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池、氫能、生物質(zhì)能源等多個(gè)領(lǐng)域。本專業(yè)知識(shí)體系強(qiáng)調(diào)數(shù)理、科學(xué)與技術(shù)結(jié)合，體現(xiàn)了新材料制備和器件系統(tǒng)的技術(shù)整合特性。所以為了有效實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，需要構(gòu)建合理的多元課程體系模塊，將不同學(xué)科教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合、集成，并且形成全面、特色的知識(shí)結(jié)構(gòu)[3]。

在培養(yǎng)過程中，本專業(yè)對(duì)學(xué)生的自我選擇和職業(yè)規(guī)劃進(jìn)行充分指導(dǎo)，提供更加寬泛的教育平臺(tái)供學(xué)生自我選擇。為此，結(jié)合我校材料科學(xué)與工程學(xué)院的教學(xué)實(shí)際情況，在新專業(yè)的培養(yǎng)方案制定時(shí)重點(diǎn)考查了以下幾點(diǎn)：(1)在通識(shí)課程教育中增強(qiáng)任選課與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、科技進(jìn)步與科技精神、文化傳承與國際視野、哲學(xué)智慧與思維訓(xùn)練等課程，旨在加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的國際思維和哲學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生追蹤學(xué)術(shù)前沿?zé)狳c(diǎn)，熟悉學(xué)術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，提高其探求新知識(shí)和新技術(shù)的熱情。(2)學(xué)科基礎(chǔ)必修課中開設(shè)材料科學(xué)導(dǎo)論、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料工程基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)、材料制備科學(xué)與技術(shù)以及材料研究方法與現(xiàn)代測試技術(shù)等課程，使學(xué)生在新材料基礎(chǔ)理論方面得到全面的訓(xùn)練，并對(duì)材料科學(xué)的制備和檢測技術(shù)有深入的理解和掌握。(3)專業(yè)教育必修課除了開設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)和應(yīng)用電化學(xué)、化學(xué)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用、等能源方面基礎(chǔ)理論課程外，還開設(shè)光伏材料與器件、新能源材料與器件、燃料電池技術(shù)以及新能源材料技術(shù)前沿等專業(yè)課程，保證學(xué)生在新能源技術(shù)領(lǐng)域的全面培養(yǎng)，接受現(xiàn)代工程師的基本訓(xùn)練，畢業(yè)后能進(jìn)行新能源材料與器件相關(guān)的制造、加工組裝、性能測試以及設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)，并能從事產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)以及組織管理方面的工作。(4)專業(yè)教育任選課目則開設(shè)了鋰離子電池材料與技術(shù)、超級(jí)電容器材料與器件、太陽能電池基礎(chǔ)及應(yīng)用、儲(chǔ)熱材料與技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、生物能源、制氫與儲(chǔ)氫材料、可再生能源、光電催化原理與應(yīng)用、新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)、有機(jī)光電材料與器件以及納米科技等選修課，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣以及未來的職業(yè)規(guī)劃自主選擇相應(yīng)的選修課程，提高學(xué)生在就業(yè)市場上競爭力。總之，新專業(yè)的課程體系建設(shè)體現(xiàn)出模塊化培養(yǎng)，突出厚基礎(chǔ)、寬口徑的思想，反映出新工科背景下的專業(yè)特色并適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要等原則，重視科學(xué)創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐的培養(yǎng)。

2 專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)置

本專業(yè)的課程體系追求基于產(chǎn)出的教育模式(OBE)，其育人目標(biāo)是培養(yǎng)新能源和新材料領(lǐng)域高級(jí)應(yīng)用型人才，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力有較高的要求，這使得實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)在專業(yè)培養(yǎng)中占有重要地位。新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)模式，必須在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以理論支撐實(shí)踐并在實(shí)踐中加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的掌握。本專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要依據(jù)畢業(yè)要求、課程內(nèi)容結(jié)合學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，探索不同層次的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程在提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力方面打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)的可行性和必要性[4-5]。蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院根據(jù)本專業(yè)的課程體系和學(xué)生特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一系列基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程和綜合實(shí)驗(yàn)課程，系統(tǒng)地全方位地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)的是基礎(chǔ)化學(xué)課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)，包括無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)等。開設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的是：(1)培養(yǎng)學(xué)生的基本動(dòng)手能力，溫習(xí)和鞏固理論課程所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，探索課堂所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力；(2)在材料和化學(xué)領(lǐng)域之外，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)還開設(shè)了新能源領(lǐng)域一批關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，例如新材料設(shè)計(jì)合成實(shí)驗(yàn)，從簡單到復(fù)雜、從驗(yàn)證到分析，只有熟練掌握基本操作才能進(jìn)一步拓展。實(shí)驗(yàn)課主要以學(xué)生為主體進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作，老師指導(dǎo)協(xié)助的模式。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與分析，使得學(xué)生能夠掌握基礎(chǔ)理論驗(yàn)證方法。以應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，該課程既包括電極拋光、涂敷等技術(shù)性能力訓(xùn)練，又包括復(fù)雜的電化學(xué)循環(huán)伏安、阻抗測試、循環(huán)伏安測試，經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練可以對(duì)電化學(xué)的相關(guān)理論加強(qiáng)理解，并為后續(xù)的綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)夯實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的后續(xù)課程，體現(xiàn)了綜合性和創(chuàng)新性，主要為加強(qiáng)學(xué)生材料研究的科學(xué)意識(shí)并培養(yǎng)其具備初步參與新材料和器件研究的能力，并進(jìn)一步了解新能源材料的制備、表征、器件的組裝和性能測試等。學(xué)院兼顧師資團(tuán)隊(duì)和研究方向，設(shè)置了鋰離子電池材料的制備與器件組裝、生物傳感芯片的制作及生化性能檢測、可見光光催化材料的制備及催化性能測試、薄膜太陽能電池的搭建及性能測試等一系列創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。此外，學(xué)生還可以根據(jù)某一課程的綜合知識(shí)及相關(guān)知識(shí)，按照授課老師給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅孕性O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力。

進(jìn)一步創(chuàng)新能力是學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的核心，學(xué)科競賽也是培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的有效途徑，所以材料學(xué)院不僅重視在理論課教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，更加注重給學(xué)生提供創(chuàng)新平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，鼓勵(lì)并支持本科生在老師的指導(dǎo)下參加各類學(xué)科競賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等科創(chuàng)活動(dòng)。低年級(jí)學(xué)生經(jīng)過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后，即可在本科導(dǎo)師的指導(dǎo)下申報(bào)國家、省級(jí)等各級(jí)雙創(chuàng)訓(xùn)練項(xiàng)目。經(jīng)過科研團(tuán)隊(duì)的訓(xùn)練和培育，學(xué)生將在互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯和專業(yè)學(xué)科競賽方面逐步嶄露頭角。

2.3 工程實(shí)踐

除了接受基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的理論訓(xùn)練之外，本專業(yè)學(xué)生還要在實(shí)踐基地單位接受生產(chǎn)工程實(shí)踐。例如通過課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)培養(yǎng)自己的工程實(shí)踐能力，學(xué)院正在建設(shè)鋰離子電池中試平臺(tái)作為實(shí)訓(xùn)平臺(tái)促進(jìn)校企合作實(shí)驗(yàn)基地的建設(shè)。學(xué)生通過將專業(yè)實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，在此過程中進(jìn)行系統(tǒng)地科學(xué)訓(xùn)練，有針對(duì)性培養(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)操作以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等綜合能力。

為了實(shí)現(xiàn)立德樹人的根本任務(wù)，學(xué)院堅(jiān)持以先進(jìn)的科研成果促進(jìn)學(xué)科建設(shè)，加強(qiáng)青年教師隊(duì)伍的建設(shè)和培養(yǎng)，充分發(fā)揮科研育人的引領(lǐng)作用，構(gòu)建科研育人的長效機(jī)制。本專業(yè)以資深教授講授專業(yè)基礎(chǔ)課，積極嘗試將新的科研成果融入教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生追蹤學(xué)術(shù)前沿?zé)狳c(diǎn)，熟悉學(xué)術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，提高其探求新知識(shí)和新技術(shù)的熱情。

3 結(jié) 語

新能源材料與器件專業(yè)是為了應(yīng)對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要所設(shè)立的特色專業(yè)，在新工科建設(shè)背景下探索建立合理的新能源材料與器件專業(yè)人才培養(yǎng)模式，應(yīng)對(duì)行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，堅(jiān)持OBE基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向的培養(yǎng)理念，在專業(yè)培養(yǎng)方案中拓寬專業(yè)知識(shí)面、突出專業(yè)教學(xué)、加強(qiáng)實(shí)踐和理論的結(jié)合。通過模塊化課程體系的構(gòu)建和專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)置培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力，提高畢業(yè)生的綜合素質(zhì)以及市場競爭力。蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院既注重培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)理論學(xué)習(xí)，又全面加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，堅(jiān)持全員、全方位、全過程育人模式培養(yǎng)適應(yīng)新能源材料行業(yè)發(fā)展的具有實(shí)踐能力創(chuàng)新能力的專業(yè)人才。