《创新实验与设计》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称Innovative Experiment and Design 课程代码 课程性质专业必修课程 新能源材料与器件新能渴 授课对象 材料与器件（中外合作办学） 学分3 学时 54 主讲教师刘瑞远、吕泰磊 修订日期 2021年8月 指定教材自编讲义 二、课程目标 (一)总体目标： 通过创新实验与设计课程，培养学生掌握新能源材料与器件专业相关基本知识和技术能 力，了解新能源材料与器件领域的国际研究前沿，获得电催化与柔性电子器件等方向扎实的 基本理论和实验技能，为学生在更高层次的发展及深造打下基础。 (二)课程目标： 通过本课程的理论学习和实验训练，使学生具备下列能力： 课程目标1：培养学生文献调研与总结能力，加深对相关前沿领域了解 课程目标2：培养学生掌握新能源材料与器件的基本原理和实验技能 2.1了解新能源材料与器件的基本研究领域和研究方法：主要包括电催化剂、柔性电 子器件的设计、制备与表征。 2.2掌握各领域的基本原理和实验操作技能。培养学生的实验动手能力，使学生掌指 典型的验证性实验的方法、操作，获得实验技能的基本训练，具有初步进行设计性实验的能 力。 课程目标3：培养学生实验数据分析、整合及写作能力。 培养学生的对实验内容、现象和数据的分析能力，学习并掌握专业软件来处理实验图片 和数据，并且能够将实验结果整合以及完成实验报告写作。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表
《创新实验与设计》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Innovative Experiment and Design 课程代码 课程性质 专业必修课程 授课对象 新能源材料与器件 新能源 材料与器件（中外合作办学） 学 分 3 学 时 54 主讲教师 刘瑞远、吕奉磊 修订日期 2021 年 8 月 指定教材 自编讲义 二、课程目标 （一）总体目标： 通过创新实验与设计课程，培养学生掌握新能源材料与器件专业相关基本知识和技术能 力，了解新能源材料与器件领域的国际研究前沿，获得电催化与柔性电子器件等方向扎实的 基本理论和实验技能，为学生在更高层次的发展及深造打下基础。 （二）课程目标： 通过本课程的理论学习和实验训练，使学生具备下列能力： 课程目标 1：培养学生文献调研与总结能力，加深对相关前沿领域了解 课程目标 2：培养学生掌握新能源材料与器件的基本原理和实验技能 2．1 了解新能源材料与器件的基本研究领域和研究方法：主要包括电催化剂、柔性电 子器件的设计、制备与表征。 2．2 掌握各领域的基本原理和实验操作技能。培养学生的实验动手能力，使学生掌握 典型的验证性实验的方法、操作，获得实验技能的基本训练，具有初步进行设计性实验的能 力。 课程目标 3：培养学生实验数据分析、整合及写作能力。 培养学生的对实验内容、现象和数据的分析能力，学习并掌握专业软件来处理实验图片 和数据，并且能够将实验结果整合以及完成实验报告写作。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表
课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 培养学生文 能够针对新能源复杂科学问题， 调研与总结能力，加深对相关 文献调研报告 或开发适当的现代工具进行文献 前沿领域了解 索、资料查询、分析等 课程目标2：培养学牛掌据 掌握新能源材料制备（或合成）材 新能源材料与器件的基本原 料加工、材料结构与性能定笨 理和实验技能 各个实验项目 面的基础知识、基本原理和基本实 验技能 课程目标3：培养学生实验数 具各云用科学原理和科学方法对复 据分析、整合及写作能力 杂科学工程问题讲行研究，包括设 实验报告撰写 实验、分析和解释数据、并通过信忘 综合得到合理有效的结论 三、教学内容 创新实验与设计为新能源材料与器件及新能源材料与器件（中外合作办学）两个专业的心 修课程。课程设置为3学分，54学时。课程内容包含文献调研报告及3个实验项目，包含 能源材料与器件的基本研究领域和研究方法。本课程共设置了3个实验项目：铁掺杂泡沫镍电 极的制备及其析氧性能测试、基于金属和有机薄膜的柔性摩擦纳米发电机的制备及性能测试、 硅纳米结构柔性水伏发电机的制备及性能测试。 一、文献调研报告 1.教学目标 通过对新能源材料与器件的相关前沿领域的文献调研，加深对各新能源储能、转换体系的理 解。文献调研的方向可以通盖各新能源体系的基本原理、发展历程、材料制备方法、性能研究 分析手段、以及该领域的未米发展方向等等。 2.教学重难点 通过对文献的查阅，结合所学知识加强对各个研究领域的现状，未来及挑战的认识，且能以 PPT的形式呈现：灵活运用所学知识讲清实验基本原理。 3.教学内容 提供9个新能源科学与技术方向的前言课题供调研，包括()析氧/氧还原电催化剂设计与 制备：（②）析氢/氢气氧化电催化剂设计与制备：(3)金属基二氧化碳还原电催化剂的设计与制 备：（④）二氧化碳还原非均相分子电催化剂的设计与制备：（⑤）摩擦纳米发电机的起电机理和材 料设计：(6)金属-塑料基柔性摩擦纳米发电机的器件设计与制备：(？)固体-液体之间的电荷转 移：（⑧）水伏发电器件的起电机理和材料设计：（⑨）基于半导体的柔性水伏发电机的器件设计 制备 4.教学方法 线下集中式指导，以三人一组的形式，各组选择自己感兴趣的领域，通过校图书资源等进行
课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 1： 培养学生文献 调研与总结能力，加深对相关 前沿领域了解 文献调研报告 能够针对新能源复杂科学问题，运用 或开发适当的现代工具进行文献检 索、资料查询、分析等 课程目标 2：培养学生掌握 新能源材料与器件的基本原 理和实验技能 各个实验项目 掌握新能源材料制备（或合成）材 料加工、材料结构与性能测定等方 面的基础知识、基本原理和基本实 验技能 课程目标3：培养学生实验数 据分析、整合及写作能力 实验报告撰写 具备运用科学原理和科学方法对复 杂科学工程问题进行研究，包括设计 实验、分析和解释数据、并通过信息 综合得到合理有效的结论 三、教学内容 创新实验与设计为新能源材料与器件及新能源材料与器件（中外合作办学）两个专业的必 修课程。课程设置为 3 学分，54 学时。课程内容包含文献调研报告及 3 个实验项目，包含新 能源材料与器件的基本研究领域和研究方法。本课程共设置了 3 个实验项目：铁掺杂泡沫镍电 极的制备及其析氧性能测试、基于金属和有机薄膜的柔性摩擦纳米发电机的制备及性能测试、 硅纳米结构柔性水伏发电机的制备及性能测试。 一、文献调研报告 1. 教学目标 通过对新能源材料与器件的相关前沿领域的文献调研，加深对各新能源储能、转换体系的理 解。文献调研的方向可以涵盖各新能源体系的基本原理、发展历程、材料制备方法、性能研究 分析手段、以及该领域的未来发展方向等等。 2.教学重难点 通过对文献的查阅，结合所学知识加强对各个研究领域的现状，未来及挑战的认识，且能以 PPT 的形式呈现；灵活运用所学知识讲清实验基本原理。 3. 教学内容 提供 9 个新能源科学与技术方向的前言课题供调研，包括(1)析氧/氧还原电催化剂设计与 制备；(2)析氢/氢气氧化电催化剂设计与制备；(3)金属基二氧化碳还原电催化剂的设计与制 备；(4)二氧化碳还原非均相分子电催化剂的设计与制备；(5)摩擦纳米发电机的起电机理和材 料设计；(6)金属-塑料基柔性摩擦纳米发电机的器件设计与制备；(7)固体-液体之间的电荷转 移；(8)水伏发电器件的起电机理和材料设计；(9)基于半导体的柔性水伏发电机的器件设计与 制备； 4. 教学方法 线下集中式指导，以三人一组的形式，各组选择自己感兴趣的领域，通过校图书资源等进行
文献查阅，调研报告在期末以讲述pT的形式呈现。在此期间，老师进行线上答疑解惑。 5。教学评价 5.1调研PPT格式规范性与美观性： 5.2PPT讲述是否清晰： 5.3PPT是否含有学生个人对所选课题的理解及评价。 二、实验1铁渗杂泡沫镍电极的制备及其析氧性能测试 1.教学目标 1.1了解析氧反应过程。 1.2掌握铁掺杂泡沫镍电极的制备。 1.3学习析氧反应性能测试的方法与指标。 2.教学重难点 2.1理解影响铁掺杂泡沫镍电极制备的关键因素。 2.2分析铁源与泡沫镍电极的作用。 2.3掌握电化学工作站的使用。 2.4掌握析氧反应催化剂的评价方法。 3.教学内容 3.1铁掺杂泡沫镍电极制备 3.2电化学工作站的使用。 3.3析氧反应性能的评价。 3.4相关数据的Origin处理 4.教学方法 讲授、讨论、演示、实践 5.教学评价 5.1对实验仪器的正确使用及规范操作。 5.2对实验结果的正确测试。 5.3对错误实验及无效结果的分析和解决能力。 54对实验中突发情祝的处理能力。 三、实验2基于金属和有机薄膜的柔性擦纳米发电机的制备及性能测试 1.教学目标 1.1了解摩擦起电的原理
文献查阅，调研报告在期末以讲述 PPT 的形式呈现。在此期间，老师进行线上答疑解惑。 5. 教学评价 5.1 调研 PPT 格式规范性与美观性； 5.2 PPT 讲述是否清晰； 5.3 PPT 是否含有学生个人对所选课题的理解及评价。 二、实验 1 铁掺杂泡沫镍电极的制备及其析氧性能测试 1. 教学目标 1.1 了解析氧反应过程。 1.2 掌握铁掺杂泡沫镍电极的制备。 1.3 学习析氧反应性能测试的方法与指标。 2.教学重难点 2.1 理解影响铁掺杂泡沫镍电极制备的关键因素。 2.2 分析铁源与泡沫镍电极的作用。 2.3 掌握电化学工作站的使用。 2.4 掌握析氧反应催化剂的评价方法。 3.教学内容 3.1 铁掺杂泡沫镍电极制备。 3.2 电化学工作站的使用。 3.3 析氧反应性能的评价。 3.4 相关数据的 Origin 处理。 4.教学方法 讲授、讨论、演示、实践 5.教学评价 5.1 对实验仪器的正确使用及规范操作。 5.2 对实验结果的正确测试。 5.3 对错误实验及无效结果的分析和解决能力。 5.4 对实验中突发情况的处理能力。 三、实验 2 基于金属和有机薄膜的柔性摩擦纳米发电机的制备及性能测试 1. 教学目标 1.1 了解摩擦起电的原理
12掌握柔性摩擦纳米发电机的制备。 1.3学习柔性摩擦纳米发电机性能测试的方法与指标。 2.教学重难点 2.1理解影响摩擦起电的关键因素。 2.2分析金属与有机薄膜之间的电荷转移过程 2.3掌握数字源表、表面分析设备的使用。 2.4掌握摩擦纳米发电机性能的评价方法， 3教学内容 3.1摩擦纳米发电机的工作机理讲解 3.2摩擦起电材料的选择和表征： 3.3摩擦纳米发电机的制备和性能测试。 3.4相关数据的降噪、提取、拟合以及分析 4.教学方法 讲报、讨论、演示、实践 5.教学评价 5.1对实验仪器的正确使用及规范操作。 5.2对实验细节的把握和实验结果的正确测试， 5.3对错误实验及无效结果的分析和解决能力。 5.4对实验中突发情况的处理能力。 5.5在实验过程中提出与解决问题的能力： 四、实验3硅纳米结构柔性水伏发电机的制备及性能测试 1.教学目标 1.1了解水伏发电的原理。 1.2掌握硅纳米结构柔性水伏发电机的制备 L,3学习柔性水伏发电机性能测试的方法与指标 2.教学重难点 2.1理解水伏发电的微观动力学过程。 2.2分析影响水伏发电机输出性能的各种关键因素 2.3掌握柔性水伏发电机性能的测试和评价方法。 3.教学内容
1.2 掌握柔性摩擦纳米发电机的制备。 1.3 学习柔性摩擦纳米发电机性能测试的方法与指标。 2.教学重难点 2.1 理解影响摩擦起电的关键因素。 2.2 分析金属与有机薄膜之间的电荷转移过程。 2.3 掌握数字源表、表面分析设备的使用。 2.4 掌握摩擦纳米发电机性能的评价方法。 3.教学内容 3.1 摩擦纳米发电机的工作机理讲解。 3.2 摩擦起电材料的选择和表征。 3.3 摩擦纳米发电机的制备和性能测试。 3.4 相关数据的降噪、提取、拟合以及分析。 4.教学方法 讲授、讨论、演示、实践 5.教学评价 5.1 对实验仪器的正确使用及规范操作。 5.2 对实验细节的把握和实验结果的正确测试。 5.3 对错误实验及无效结果的分析和解决能力。 5.4 对实验中突发情况的处理能力。 5.5 在实验过程中提出与解决问题的能力。 四、实验 3 硅纳米结构柔性水伏发电机的制备及性能测试 1. 教学目标 1.1 了解水伏发电的原理。 1.2 掌握硅纳米结构柔性水伏发电机的制备。 1.3 学习柔性水伏发电机性能测试的方法与指标。 2.教学重难点 2.1 理解水伏发电的微观动力学过程。 2.2 分析影响水伏发电机输出性能的各种关键因素。 2.3 掌握柔性水伏发电机性能的测试和评价方法。 3.教学内容
3.1水伏发电机的工作机理讲解， 3.2硅纳米结构的制备和表征。 3.3水伏发电机的制备和性能测试。 3.4相关数据的降噪、提取、拟合以及分析。 4.教学方法 讲授、讨论、演示、实践 5.教学评价 5.1对实验仪器的正确使用及规范操作。 5.2对实验细节的把握和实验结果的正确测试。 5.3对错误实验及无效结果的分析和解决能力。 5.4对实验中突发情况的处理能力。 5.5在实验过程中提出与解决问题的能力。 四、学时分配 表2：各实验的具体内容和学时分配表（五号宋体） 章节 章节内容 学时分配 文献调研PPT 调研PPT 18 实验1 铁掺杂泡沫镍电极的制备及 12 其析氧性能测试 实验2 基于金属和有机薄膜的柔性 12 摩擦纳米发电机的制备及性 能访 实验3 硅纳米结构柔性水伏发电机 12 的制备及性能测试 五、教学进度
3.1 水伏发电机的工作机理讲解。 3.2 硅纳米结构的制备和表征。 3.3 水伏发电机的制备和性能测试。 3.4 相关数据的降噪、提取、拟合以及分析。 4.教学方法 讲授、讨论、演示、实践 5.教学评价 5.1 对实验仪器的正确使用及规范操作。 5.2 对实验细节的把握和实验结果的正确测试。 5.3 对错误实验及无效结果的分析和解决能力。 5.4 对实验中突发情况的处理能力。 5.5 在实验过程中提出与解决问题的能力。 四、学时分配 表 2：各实验的具体内容和学时分配表（五号宋体） 章节 章节内容 学时分配 文献调研 PPT 调研 PPT 18 实验 1 铁掺杂泡沫镍电极的制备及 其析氧性能测试 12 实验 2 基于金属和有机薄膜的柔性 摩擦纳米发电机的制备及性 能测试 12 实验 3 硅纳米结构柔性水伏发电机 的制备及性能测试 12 五、教学进度