开课学院：理学院 制作人：常章用
课程名称 |
新能源材料与器件 |
授课对象所属专业 |
微电子科学与工程 |
课程类型 |
专业课 |
开课年级 |
大三 |
课程性质 |
必修课 |
课程总学时 |
48 |
一、课程简介
《新能源材料与器件》是针对微电子科学与工程（光伏方向）专业本科生设置的一门专业必修课。本课程主要涉及新能源材料以及器件的基础知识和应用等内容。通过本课程的学习，了解中国的能源现状和新能源材料的发展现状及需求，让学生对开发新型能源有紧迫感、责任感和使命感。通过了解中国在在新能源领域发展中所取得的成绩，让学生认识创新的重要性。
本课程涵盖新能源材料和器件领域的当前热点方向，重点讲述太阳能电池材料与器件，储能材料与器件、氢能材料与器件等。本课程将理论知识点讲述与各分支学科领域的前沿发展相结合，强调分析问题与解决问题的方法指导，遵循学科继承、发展与创新的原则，突出反应其中的新知识、新成果、新应用和新趋势。课程内容丰富新颖，使学生直面本领域的前沿科技动态，培养学生的科研兴趣，扩展学生的专业视野。通过本课程的学习，学生基本掌握新能源专业知识框架、具备新能源领域的专业基础和从事新能源相关研究的能力。
二、案例基本信息
1.案例名称：锂离子电池
2.对应章节：第16章第2节
3.课程讲次：1次
三、案例教学目标
知识目标:
(1）掌握锂离子电池的结构与工作原理。
(2）了解锂离子电池的分类。
能力目标:
(1）学生能够分析锂离子电池的性能参数，电池容量、能量密度等。
(2）培养学生具有锂离子电池及其材料设计和制造的初步能力，为后续课程打下坚实的理论和实践基础，为学生在新能源材料与器件领域的创新发明创造基本条件。
价值引领目标:
(1）培养学生的创新思维和科学精神激发他们对新能源技术的热情。
(2）引导学生关注环境保护和可持续发展，认识到科技进步对社会进步的重要性。
(3）培养学生的社会责任感，使引导学生利用专业所学为实现“双碳”目标贡献青春力量。
四、案例主要内容
本案例的教学内容包括，(1)锂离子电池的发展（2）锂离子电池的结构与工作原理(3)锂离子电池的分类
在具体教学内容上明确学习目标，根据学生对前期基础知识的掌握确定学习的重点和难点，如锂离子电池的结构与工作原理是本节难点内容，需让学生课前复习物理化学等基础知识，课上积极参与互动和讨论。
在向学生介绍锂离子电池的原理和应用时，注重教学环节之间的联系，分析教材内容进行整合优化，在教学方式上强调理论联系实际。使学生了解我国锂电池产业在全球的主导地位：我国是锂电池研发大国、强国，拥有全世界最多的锂电池专利、科研论文及全世界最大的锂电池产能，为全世界新能源汽车提供动力，培养学生的社会责任心，增强学生的民族自信心。使学生认识到锂离子电池是绿色电池，是我国实现“双碳”目标的重要保障。
五、案例教学设计
教学 环节 |
教学内容 |
教学 意图或方法 |
导入 新课 |
观看2023年上半年以来我国在锂离子电池产业发展方面取得的成就的视频。引导学生思考我国为什么要发展锂离子电池产业，突出国家“新能源”战略和“双碳”目标课程思政点。
2022年上半年，比亚迪超特斯拉成全球新能源车销量冠军，背后的原因是什么？通过了解国产新能源汽车的近况，增强学生的民族自豪感和自信心。相信：只要肯努力，一切皆有可能。【课程思政】
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创建问题情境，导入新课 |
讲解锂离子电池的发展过程 |
讲解锂离子电池的发展过程，介绍锂离子电池的发明人、诺贝尔化学奖获得者，美国科学家古迪纳夫（John Goodenough）。古迪纳夫教授54岁开始研究电池，58岁研究出正极材料钻酸锂，75岁研究出磷酸铁锂,90岁开始研究全固态电池，97岁获得诺贝尔化学奖,他也成为史上年龄最大的诺贝尔奖获得者。展现科学家都具有追求卓越的创造精神，精益求精的品质精神，执着坚持的钻研精神，是工匠精神的具体体现。鼓励学生树立树立终身学习意识，不断追求卓越。【课程思政】
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讲授 |
讲授锂离子电池的工作原理 |
讲授锂离子电池的工作原理，由于锂离子自身具有较小的离子半径，能够实现快速穿越半透膜，所以充放电速率能够非常快，可以实现大功率的放电，也能够实现大功率的快速充电。正是基于锂离子电池的诸多优势，使得电动汽车能够大幅度降低自重，输出强大的动力，具备与汽油汽车相近的续航里程；还能够实现快速充电，真正使得电动汽车实用化。 
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讲授，交流提问 |
介绍锂离子电池的类型 |
讲解锂离子电池的类型时介绍中国锂离子电池之父、中国工程院院士陈立泉研究员的事迹。陈立泉院士在中国率先开展锂电池及相关材料研究，在国内首先研制成功锂离子电池，解决了锂离子电池规模化生产的科学技术与工程问题，实现了锂离子电池的产业化。他还开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池和固体氧化物燃料电池中的物理化学过程及相关材料的设计、合成、表征、物理和电化学性能及其应用研究，为开发下一代动力电池和储能电池，及实现‘电动中国’的梦想奠定了基础。他呕心沥血，精益求精，锐意创新，淡泊名利，坚守电池研究40余年。他始终把国家的繁荣强盛作为自己和团队科学研究的奋斗目标，始终坚持国家利益高于一切，诠释了一个优秀共产党强烈的家国情怀。【课程思政】
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讲授，交流提问 |
讲解我国锂离子电池研发和产业所取得的重大成果 |
讲解我国锂离子电池研发和产业所取得的重大成果，介绍中科大研究团队探索新型锂离子电池的阳极材料，以及优化阳极结构，使锂离子电池可以快速传递电流。他们在2022年提出的新型锂离子电池阳极实验室解决方案，可在5.6分钟内充入60%的电量，而充足80%的电量在11.4分钟内就可完成。该技术若应用于产业实际当中，可以极大地缩减电动汽车的充电时间。比如，特斯拉汽车从40%充电到80%，目前需要差不多1个小时。如果使用该项技术，那么充电到80%可以在12分钟内完成，缩短了将近80%的时间。这项新的研究，加快了新能源汽车充电速度的突破，这将有利于加速汽油动力汽车向电池驱动汽车迈进。这项新技术研究将给整个汽车产业链带来新的变革。不仅如此，它还会进一步推动无线、无化石燃料社会的形成，有利于全球低碳节能环保的发展。这些内容融入国情教育，提升学生民族自豪感【课程思政】
讲解我国锂离子电池产业“跟跑-并跑-领跑”发展历程，激发学生的民族自豪感和爱国热情。通过讲解我国锂离子电池产业的典型企业（宁德时代公司后来居上，实现动力电池产销量世界第一）、典型技术（比亚迪“刀片型”新结构动力电池引领世界），提升学生的民族自信、文化自信，激发学生立志科研报国的热情。【课程思政】 
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讲授，交流提问 |
讨论与总结 |
1.学生总结锂离子电池的优越性 教师总结：作为工业强国，我国正为本世纪中叶实现碳中和而努力，这意味着化石能源将逐步被清洁能源所取代，锂离子电池将作为新能源储存载体的最重要支撑。希望同学们在未来的工作学习中，能够为锂离子电池的技术进步而不断突破。 2.学生总结锂离子电池在建设“碳中和”环境友好型社会的重要意义。 教师总结：同学们要牢记，科学技术是为了实现人类社会可持续发展而服务的，这是一种伟大而纯洁的责任，不仅关系到我们自身，更关系到人类社会的未来。【课程思政】 
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讲授，交流提问 |
六、教学反思
在今后课程教学过程中，要始终围绕课程教学目标和课程思政的顶层设计，逐步深入、层层细化，具体改进思路如下。
1. 坚定理想信念，提高团队教师的思政水平。高校教师要坚持教育者先受教育，时刻铭记教书育人的使命。
2. 坚持内容为本。掌握理论知识、分析方法，达到对知识的融会贯通，从中凝练思政元素，建设更加切实可行的思政案例。
3. 坚持以学生为中心。鼓励学生参与课程思政，启发学生从课程内容中找出合适的切入点，真正让多种思政元素入脑入心，润物无声、滴水穿石。
4.坚持将思政案例推广应用落到实处。教师要结合课程、结合专业，在授课时用自己的语言谈思想、说素养、讲故事，水到渠成，无缝衔接。
5.加强团队授课教师的培训与交流，准确把握课程的“思政元素”，既需要经典案例的相对固定，也需要与时俱进，及时补充与课程内容相关的鲜活案例。
