新能源科学与工程专业大材料类课程体系构建和探讨

1. 引言

新能源产业已列为我国可持续发展战略中的重要组成部分，也是实现“碳中和”目标的主要途径之一 [1]。新能源科学与工程专业是国家“十三五”期间重点支持的专业，该专业在 2011 年被教育部批准开设，以培养可再生清洁能源和新能源相关产业人才为主要目标，也是作为培养“双碳”学科人才储备的主要来源之一。由于它是面向新能源产业的，其学科交叉性强、专业跨度大，学科基础来自于多个理科和工科，与物理、化学、材料、机械、电子等诸多专业密切相关。各高校根据社会需求和自身已有专业积累，设立了各具特色的新能源科学与工程专业，培养目标、课程设置、专业方向等都有较大差别[2,3]。

2013 年由华北电力大学牵头联合 40 多所高校院所组建了 “高校新能源科学与工程专业联盟”，希望能推进专业核心课程体系建设，加快统编教材建设。新能源专业联盟截至 2021 年 8 月的统计数据显示，目前全国开设新能源科学与工程本科专业的高校 136 所。作为典型的“双碳”学科专业，新能源相关专业开设遍地开花，但仍未实质性缓解碳中和进程中“用人荒”的问题。大材料类课程体系是新能源科学与工程专业核心主干课程，因此需要加强大材料专类业课程体系构建和探讨，以期为相关专业人才培养和学科发展提供参考性建议。

2. 大材料类课程重要性

材料的发展和人类文明的进步息息相关，从石器时代、青铜器时代到铁器时代，材料的进步推动人类文明的前进。20 世纪 80 年代，随着高技术群的兴起，人们把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。材料科学是研究材料的组成结构、物化性质、制备工艺和应用效能以及它们之间的相互关系，集固体物理学、化学、冶金学、工程学等于一体的科学。材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分材料是科技发展的前提，实施“中国制造 2025”强国战略，材料产业是基础，培养和造就一批材料类创新型人才是关键。

3. 大材料类课程体系构建

3.1 师资队伍建设

教师是知识的传授者，也是教育的主体师。因此，资队伍建设是大材料类课程构建的重要基础， 组建高水平和有担当的师资队伍是保证大材料课程教学质量的关键。大材料类课程建设需要高素质和高学历教师队伍，应以课程目标导向合理配备师资，组成以主讲教授负责、学历和年龄合理的高水平教师队伍，并配备专业实验教师，保证理论和实践课程协同提升[4]。主讲教师由一批 “学高” 且 “身正” 的材料领域知名专家、 教授担任，授课内容包括专业理论知识、前沿知识以及发展趋势；实验教师除了指导学生进行基础实验，还应注重学生创新实践能力的培养，积极鼓励并组织学生参加大学生科技创新类比赛。总之，师资队伍建设是一项长期艰巨的任务，必须给予充分的重视，形成学历、年龄和职称结构合理的教师梯队。

3.2 课程知识体系的构建

课程知识体系的构建起对于人才培养的质量至关重要，课程知识体系要兼具基础性和科学性，能够反映材料学领域的基础理论和最新研究成果，进而达到宽口径、厚基础、重能力、求创新的教学目标。

3.2.1 课程设置

（1）优化课程设置．大材料课程知识体系主要由材料科学基础、材料物理化学、材料合成与测试技术、材料科学前沿等核心主干课程构成。在深入研究和比较美国等材料强国研究型大学材料类教学体系 [5]，发现国际知名高校大材料课程设置涵盖了基础化学、物理化学等理科课程。理科与工科是存在差异，又相互联系。理科属于科学的范畴，侧重于基础领域的研究探索，而工科则属于工程技术的领域，侧重于改进现有的工艺技术提升效率。理科是工科的理论基础，工科是理科具体技术实践应用。因此，课程设置中需要“工”中有 “理”，形成 “以工为主，理工结合”的课程体系，在工科教学中充分融入理科元素，使理工高度紧密的结合。

3.2.2 理论教学

（1）教学内容设计

由于大材料课程知识涉及的学科领域广，具有庞大的大材料课程内容体系．为此，在课程教学设计、内容规划方面，要充分考虑到学生的专业特点，对课程的内容体系进行适当的分解、深化、组合与重构；并着力解决好教学内容的丰富性与课堂学时的有限性，教学内容的基础性与材料科学的发展性，材料知识的理论性与材料的应用性之间的矛盾 [6]。随着材料科学的不断发展和进步，新材料和新技术的不断涌现，教学内容要及时进行更新和补充。如新能源材料和电动汽车快速发展，各种锂离子电池关键材料开发，以及各种新型高性能二次电池体系的研究进展，都应及时引入课堂教学内容。此外，材料科学理论性与应用性紧密结合，授课中介绍“南京长江大桥”、 “水立方”等工程中使用的新材料，具有实践丰富理论的积极作用。

3.2.3 实践教学

实践性教学环节是促进了大材料类课程理论联系实践，培养了学生对材料科学研究的兴趣，也提高学生的创新和实践能力[7]。鼓励学生参与教师具体的科研项目研究，学生可以参加到教师的主持的科研课题，在实验室或借助实际工程开展研究工作。同时，注重学生创新实践能力的培养，积极鼓励并组织学生参加诸如节能减排大赛、电子设计大赛、物理创新大赛、教学技能大赛等各种大学生科技创新类比赛。

4. 结语

新能源科学与工程专业是培养“双碳”学科人才储备的主要来源，高质量大材料类专业课程体系建设保证人才培养质量，课程体系建设要服务于专业人才培养的目标。目前，国内大部分新能源专业的课程体系延续传统能源学科课程设置，仍以传统学科为主，由于地域、学校、平台发展特色的影响，各学校开设的新能源科学与工程专业课程体系差异较大，不利于课程体系建设的成熟和完善。因此，需构建更科学的课程体系设置规范，融合、吸收传统学科专业向新能源专业方向的转移，真正达到学科知识点的交叉与融合，促进专业课程建设的交流与完善，实现优秀新能源人才的培养目标，为“双碳”事业源源不断输送新鲜血液。

参考文献：

[1] 中国能源中长期发展战略研究项目组 . 中国能源中长期（2030、2050）发展战略研究：可再生能源卷[M]. 北京：科学出版社，2011.

[2] 饶政华，廖胜明. 新能源科学与工程专业课程体系研[J]. 中国大学教学，2015 (3) ：44-46.

[3] 韩新月，何志霞，王谦 . 新能源科学与工程专业人才培养探讨 [J]. 中国电力教育，2013 (2): 51-53.

[4] 王德志，李周，蔡圳阳，彭需发，新工科背景下材料类专业新生课教学体系构建与实践—以中南大学材料科学与工程学院为例[J]，高教学刊，2021 (31):109-113.

[5] 钟世云．麻省理工学院材料科学与工程专业本科培养计划的分析 [J]中国大学教学，2013 (3): 89-95

[6] 梁叔全，胡小清，蔡圳阳 . 基于创新人才培养目标导向的理工类学院文化多维建构策略—以中南大学材料科学与工程学院为例 [J]. 现代大学教育，2019 (6): 100-108

[7] 孔为，黄红艳. 新能源科学与工程专业实践教学研究，产业与科技论坛，2121，(19):131-132.

作者简介：

侯配玉，1986 年 12 月，男，山东临沂，新能源材料与器件，副教授，博士

黄金昭，1979 年10 月，男，山东临沂，新能源材料与器件，教授，博士

致 谢： 山 东 省 研 究 生 教 育 教 学 改 革 研 究 项 目 面 上 项 目（SDYJSJGC2023043），以过程性评价为抓手的教学生态探索与实践；济南大学研究生课程思政示范课建设项目（YKCSZ202405）。