《新能源器件设计创新》教学大纲

《新能源器件设计创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03174272课程性质：专业创新课学分：2学分学时：32学时（实验32学时）先修课程：电化学原理A、化学电源设计与制造、新能源材料设计与制备B等后续课程：毕业设计适用专业：新能源材料与器件开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明新能源器件设计创新课程是一门以培养学生创新意识、启发创新思维和介绍创新方法的专业创新课。以电化学原理A、化学电源设计与制造、新能源材料设计与制备B等先修课程为基础，通过综合运用和总结归纳学生先修课的有关知识，结合新技术、新思路、新方法启发学生的创新思维和工程实践能力，为学生后期顺利完成毕业设计打下基础。通过中国梦、双碳目标元素的引入，结合新能源电池产业的发展现状，引导学生树立终身学习理念，坚定求知问学、增长见识、丰富学识，沿着求真理、悟道理、明事理的方向前进成长，争取成长为具备优秀专业素养、创新素质和高尚品格的新时代青年。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握储能器件设计的原理和基本组成部分，能够按照要求制定器件设计方案，培养学生对知识的理解应用能力。了解国家在新能源产业的战略部署，增强学生的爱国情怀、责任担当和民族意识。课程目标2：能够结合虚拟仿真和实验手段掌握储能器件设计的基本方法，选择合理的方法和技术手段合成电极材料、电解液等，并能够将制备的材料组装成储能器件，提升学生的专业自豪感和使命感，提高学生的工程实践能力和综合创新能力。课程目标3：掌握储能器件电化学测试技术和方法，能够按照电池特点制定合理的测试程序进行电化学测试，并进行数据处理和结果分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。三、课程目标与毕业要求《新能源器件设计创新》课程教学目标对新能源材料与器件专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断新能源材料与器件专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标1：掌握储能器件设计的原理和基本组成部分，能够按照要求制定器件设计方案，培养学生对知识的理解应用能力。M2.3能够运用相关知识，并通过文献研究分析新能源材料与器件专业相关复杂工程问题，以获得有效结论。课程目标1：掌握储能器件设计的原理和基本组成部分，能够按照要求制定器件设计方案，培养学生对知识的理解应用能力。3.设计/开发解决方案3.2能够根据要求，设计开发实现特定功能的新能源材料和能源器件。课程目标2：能够掌握储能器件设计的基本方法，选择合理的方法和技术手段合成电极材料、电解液等，并能够将制备的材料组装成储能器件，提升学生的专业自豪感和使命感，提高学生的工程实践能力和综合创新能力。H3.3能够在设计开发环节体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。课程目标2：能够掌握储能器件设计的基本方法，选择合理的方法和技术手段合成电极材料、电解液等，并能够将制备的材料组装成储能器件，提升学生的专业自豪感和使命感，提高学生的工程实践能力和综合创新能力。4.研究4.1能够对新能源材料与器件领域的各类材料特性、物理、化学现象进行研究和实验验证。课程目标3：掌握储能器件电化学测试技术和方法，能够按照电池特点制定合理的测试程序进行电化学测试，并进行数据处理和结果分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。M4.2能够选用或搭建实验装置，采用科学的实验方法，制定实验方案并实施。课程目标3：掌握储能器件电化学测试技术和方法，能够按照电池特点制定合理的测试程序进行电化学测试，并进行数据处理和结果分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。4.3能够对实验信息进行综合分析并得出合理有效结论。课程目标3：掌握储能器件电化学测试技术和方法，能够按照电池特点制定合理的测试程序进行电化学测试，并进行数据处理和结果分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。教学内容、基本要求与学时分配实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.储能器件方案设计和电极材料制备实验内容：利用虚拟仿真实验平台掌握储能器件设计的基本步骤、原则和参数设置；根据要求制定储能器件设计方案；利用合理的实验方法和工艺步骤制备储能器件的电极材料。实验要求：掌握储能器件的基本组成和设计原理，按照要求制定实验方案并画出工艺流程图；掌握电极材料制备的关键技术参数和工艺流程。121、22.储能器件电解液配置和电池组装实验内容：根据所选电池体系，配置相应的电解液；将所制备的电极材料制备成电极片，选取隔膜，裁切处理，最终将电极、隔膜、电解液、电池壳等组装成电池，静止待测。实验要求：掌握电解液的配置原则和电池组装的工艺步骤。1023.储能器件电化学性能测试和电池拆解实验内容：设计电化学工作站上的测试程序，对设计出的储能器件进行充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试，之后再对电池进行安全拆解，进行回收处理。实验要求：学会电化学工作站的使用方法，并能够选择合理的程序对电池进行电化学性能测试和分析，最终将所制备的电池进行安全拆解。103合计32五、教学方法及手段本课程以实验方式开展教学，采用启发式、引导式、讨论式教学和虚拟仿真实验演示等，使学生掌握储能器件的基本结构、组成部分和设计原理，结合虚拟仿真实验过程提升学生对器件设计的理性认知，开发学生的潜能，培养学生创新思维能力、实际动手能力和工程实践能力。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：孙盼盼.新能源材料与器件性能综合实验教程.北京：化学工业出版社.2022.7.2.参考书：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）王红强.应用化学综合实验：新能源电极材料的制备检测软包装锂离子电池的组装[M].北京：化学工业出版社.2019.（2）黄可龙.锂离子电池原理与关键技术[M].北京：化学工业出版社.2020.（3）孙克宁.现代化学电源[M].北京：化学工业出版社.2017.3.期刊：（1）马小航,訾振发,魏义勇,吴耀东.“锂离子电池”课程教学改革探索[J],合肥师范学院学报,2015,6:111-113.（2）曾荣华,潘俊贤,林耿忠等.培养新能源材料与器件本科专业创新人才的教育实践.实验室研究与探索[J],2019,7:164-166.（3）陈艳丽,段月琴,王达健.新能源材料与器件专业实践教学体系建设探究[J].教育教学论坛,2019,15:238-239.（4）ZhangZ,etal.IntegratingmetalliccobaltandN/Bheteroatomsintoporouscarbonnanosheetsasefficientsulfurimmobilizerforlithium-sulfurbatteries[J],Carbon,2020,167:918-929.（5）PangJ,etal.Applicationsof2DMXenesinenergyconversionandstoragesystems[J],Chem.Soc.Rev.2019,48:72-133.4.网络资源：（1）王晓敏.太原理工大学公开课:新能源材料概述.哔哩哔哩,2021./video/BV1K44y147SE/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=5c8428c1d621a9b2ab65c3136f073325.（2）刘瑞.山东科技大学.《锂离子电池》前沿课程.哔哩哔哩,2020./video/BV1Zi4y1x7b5?from=search&seid=6737198368752698816&spm_id_from=333.337.0.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和大作业（项目报告）两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现20（1）根据课堂出勤情况和实验预习情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884实验操作10（1）根据每个实验的实验操作完成情况进行综合评分，满分100分；（2）以所得实验过程成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√244实验报告30（1）根据每份实验报告单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√101010项目报告40（1）总成绩100分，以总成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要内容包含项目研究背景、项目研究内容、研究方案、研究方法、研究结果分析和心得体会等。√√√151015合计：100分353233八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂互动、实验操作、实验报告和大作业（项目报告）等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由大作业（项目报告）和过程性考核成绩组成。其中：大作业（项目报告）为100分（权重40%），大作业（项目报告）内容包含研究背景、项目研究内容、研究方案、研究方法、研究结果分析和心得体会等；课堂互动、实验操作和实验报告等过程性考核成绩为100分（权重60%）；过程性考核和大作业（项目报告）分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂互动20积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不