面向新能源專業的“可再生能源”課程教學探討

摘要：面向新能源專業教學的需要，分析了新能源的專業特點和培養目標，提出了可再生能源課程的教學改革和課程體系。通過對可再生能源課程應用的知識構成和當前實驗、實習特點的分析，提出了面向新能源專業的可再生能源課程教育教學思路。

關鍵詞：新能源；可再生能源；教學改革；課程體系；教學方法

作者簡介：蘇文佳（1982-），男，吉林集安人，江蘇大學能源與動力工程學院，講師；王謙（1968-），男，江蘇鎮江人，江蘇大學能源與動力工程學院，教授。（江蘇 鎮江 212013）

基金項目：本文系國家自然科學基金青年基金（項目編號：51206069）、高等學校博士學科點專項科研基金（項目編號：20123227120017）、江蘇省自然科學基金青年基金（項目編號：BK2012295）、江蘇大學高級專業人才科研啟動基金（項目編號：1281130015）、江蘇省博士后科研資助計劃（項目編號：1301049C）、江蘇大學教育教學改革與研究項目（項目編號：2011JGYB082）、江蘇省高等教育教學改革研究重中之重課題（項目編號：2011JSJG006）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0115-03

進入21世紀，人類社會面臨著嚴重的能源緊缺和環境污染。傳統能源中的石油和天然氣將在未來幾十年內耗盡，煤盡管還能使用一二百年，但它會對生態和環境帶來很多副作用。[1]2013年中國東北地區由于燃煤供暖的開始，出現了嚴重的霧霾天氣，使得交通癱瘓、人類呼吸系統患病的事件屢見不鮮，又一次向人類敲響了環境保護的警鐘，發展新能源刻不容緩。而我國在新能源的教育和科研方面，較美國、英國、德國和日本等發達國家還相對落后，這也同時催生了新能源專業在我國大學教育中的快速發展。[2]低碳、節能、環保作為一種綠色可持續發展的理念，是在全球經濟快速發展的背景下提出并推行的以低消耗、低排放、低污染為基礎的經濟模式，發展可再生能源已經成為人類可持續發展的重要選擇，而建設以此為基礎的新能源專業教育則是我國的戰略重點和全面教育的重要方向。[3]

大學是現代社會人才培養、知識傳播和文明傳承的重要載體，理應在新能源發展和建設中發揮引領和示范作用。[4]“可再生能源”課程作為新能源、熱能動力工程、建筑設備環境、車輛工程等眾多理工科專業的專業必修課，其研究內容與目前全球廣泛關注的新能源汽車、太陽能光伏發電、風力發電、生物質能、小水電、潮汐能、波浪能、地熱能、氫能和燃料電池等課題密切相關。多學科的交叉給“可再生能源”課程的教學帶來非常大的困難，因此本文結合新能源專業的特點，以及學生未來的發展方向，對該課程的教學進行探討。

一、“可再生能源”課程設置的重要性和緊迫性

早在20世紀70年代，發達國家工科類專業（包括機械、電子、化工、材料等）就普遍開設能源與環境、可再生能源技術等相關課程。例如，美國許多大學都可設了名為Renewable Energy，Alternative Energy，Sustainable Energy或單獨的Solar Energy，Wind Energy，Fuel Cell等課程。近年來，國內許多大學也都開設了相關課程。面對我國日益嚴峻的生態失衡和能源短缺，作為21世紀的理工科大學生，迫切需要具備能源與環保、可再生能源技術等基礎知識。

二、新能源專業

1.專業特點

新能源（New Energy）專業主要學習新能源的種類和特點、利用的方式和方法、應用的現狀和未來的發展趨勢。具體內容涉及太陽能、風能、生物質能、核電能、小水電和潮汐能、波浪能、地熱能、氫能和燃料電池、化石能源等等。因此，新能源專業是多學科多領域的綜合，主要涉及的科學領域有工程熱力學、流體力學、傳熱學、半導體物理、電化學反應、物理化學、生物學、電磁學、機械原理與制造、地質學等。若想真正掌握新能源技術，需要較強的理論基礎，并不是學習一個學科可以完成的任務，這就需要在教學中有意引導學生進行相關課程的選修。

2.新能源專業開設現狀

我國高校在新能源專業設置和專業人才培養方面還落后于發達國家。近幾年國內僅有十幾所高校增設了核能相關專業，如哈爾濱工業大學、哈爾濱工程大學等開設了核物理、核工程與核技術、核反應堆工程等專業。華北電力大學、河海大學、長沙理工大學、河北建筑工程學院等近十余所高校開設了風能與動力工程專業。山東建筑大學、南昌大學等幾所高校開設了太陽能建筑一體化、光伏材料等專業。國內尚沒有高校開設生物質能相關專業。目前能夠招收新能源專業學生的高校包括：河海大學、河北建筑工程學院、南京理工大學、江蘇大學、鹽城工學院、淮海工學院東港學院、華北電力大學、福建農林大學、福建師范大學、浙江大學、上海理工大學、西安交通大學、中南大學、華中科技大學、重慶大學、東北大學、北京工業大學、河南農業大學、常熟理工學院、吉林農業大學、貴州大學、中南大學、三峽大學、南京大學、蘭州交通大學、蘇州大學、沈陽航空航天大學等。大多數高校是在原有熱能與動力工程等專業基礎上增設了部分與新能源有關的選修課程，作為對新能源領域知識的一種補充，或進行了專業名稱的更改。所有這些，無論是課程內容設置的科學性，還是人才培養的專業性，尚不能適應國家對新能源領域專業人才的需求。

3.培養目標和服務面向

新能源專業面向新能源產業，根據能源領域的發展趨勢和國民經濟發展需要，培養適應創新型國家發展戰略需要，知識、能力、素質全面發展，科學精神和人文素養協調發展，具有良好的綜合素質、扎實的熱流體科學基礎理論、系統的新能源科學與工程專業知識與技能，具備熱學、力學、電學、自動控制、能源科學、系統工程等寬厚理論基礎，掌握新能源轉換與利用原理、新能源裝置及系統運行技術，能勝任新能源技術相關的科學研究、工程設計、技術開發、技術經濟管理、清潔能源生產、可再生能源開發利用、能源環境保護、新能源開發、優化運行與生產管理的跨學科創新型人才和復合型高級工程技術人才。

新能源科學與工程專業畢業生可在風能、太陽能、生物質能等新能源和節能減排領域的企事業單位、高等院校和政府部門從事技術研發、工程設計、新能源科學教育與研究、新能源管理等相關工作。

4.專業課程設置

新能源專業在課程內容體系的設置上緊密結合培養目標要求，既注重“厚基礎”，突出基本理論與方法，又注重“寬方向”，豐富課程知識結構。注重學生“知識結構”的構建和“能力結構”的形成。表1為江蘇大學新能源專業核心課程。

理論部分：在基礎教育系列中重點強調基礎性與綜合性相結合的原則。包括高等數學、大學物理等工程技術基礎課群；大學外語、馬克思主義原理等社會科學課群。在專業教育系列中重點遵循厚基礎、寬口徑的原則。第一，整體優化知識結構，突出專業特點。本專業核心必修課程包括工程熱力學、流體力學、傳熱學、能源與環境系統工程概論、可再生能源概論、流動傳熱數值分析、現代熱物理測試技術、能源環境化學、太陽能原理與技術、生物質能原理與技術、風力發電與控制技術、新能源材料與技術。本專業選修課程包括：燃燒污染與控制、能源低碳利用技術、能源生產過程控制、Pro/E軟件應用基礎、計算機控制技術、能源工程管理、化石燃料清潔應用、能源與環境技術進展、節能原理與技術、新能源發電并網技術、水力發電與水電站、氫能及氫動力系統、燃料電池原理與技術、熱泵原理與應用、生物柴油制備與應用、生物質燃燒與混合燃燒技術、風力機空氣動力學、薄膜材料與器件。專業知識的學習使學生具備從事可再生能源和新能源領域技術研發與工程設計的基礎理論知識。第二，加強基礎教育、拓寬專業口徑。在本專業的課程體系設置中，前兩年主要安排基礎課程和大類技術基礎課程，加強學生基礎教育。拓展新能源科學與工程專業的基礎教育平臺，使學生具備扎實的能源學科基礎，拓寬專業面向，增強專業適應性。第三，培養學生具有獨立思考和自行實踐的能力。基礎理論課程與實踐性教學環節有機結合，任務明確，達到理論聯系實際的目的。

實踐部分：第一，開設工程訓練和課程設計。目的使學生獲得對設備部件加工的感性認識和基本操作技能，并將理論課程學習知識應用到專業課程設計中。重點培養學生的獨立思考能力、動手能力和工程實踐能力。單獨設立“能源工程綜合實驗”課程，目的是充分利用學科的開放式實驗室，指導學生開展設計性、綜合性實驗項目，培養學生發現問題、解決問題的創新能力。第二，開設專業認識實習和生產實習。目的使學生建立對專業工作崗位群的感性認識，通過對可再生能源和新能源領域相關單位的考察和學習，將理論知識與生產實際相結合，深入了解本專業所從事工作崗位的實際情況，為畢業生擇業提供良好的選擇。第三，開設畢業設計。目的是培養學生綜合運用所學知識和技能，進行工程技術和科學研究基本訓練的主要教學環節。

以上所有開設的新能源課程，均與“可再生能源”課程息息相關。即使是傳熱學、工程熱力學、流體力學、半導體物理、薄膜材料與器件等與“可再生能源”課程沒有直接關系的課程，也是為后續該課程的學習打下堅實基礎的課程，否則也很難令學生學精。因此，“可再生能源”課程的學習與新能源專業其他課程的學習聯系緊密。

5.畢業生就業去向

目前來看，新能源專業相關學生的畢業方向大致有以下三方面：第一，工程學（engineering），比如開發新能源技術，這就要選擇工程類院校，并且對新能源有一定側重的；第二，能源經濟學（energy economics），從經濟的角度分析各種新能源的可行性，經濟類別的學校都可以選擇，有沒有能源側重都無所謂，經濟原理到哪都適用；第三，能源政策（energy policy），主要從國家政策的角度研究環境保護政策，以及促進新能源開發政策等，這就要選擇國家政策比較好的學校，并且有能源政策或環境政策側重。

三、“可再生能源”課程的教學改革

1.明確具有專業特點的課程任務

針對新能源的專業特點，提出適合該專業的“可再生能源”的課程任務，具體是首先介紹在利用可再生能源過程中需要掌握的基礎理論知識，包括傳熱學、工程熱力學、流體力學等傳統能源專業必修的課程，還需要在江蘇大學全校范圍內尋找開設物理化學、半導體物理、生物學等相關基礎課程的學院，積極聯系以實現聯合共同培養學生的目的。以上基礎理論知識學習完成后，才可以繼續開始“可再生能源”課程的學習，只有掌握了其中的基本原理，才能使學生更深入地理解并創新出新型的可再生能源技術。

2.加強結合科研的實踐方法

結合與低碳、節能和環保有關的工程實際，在實驗環節中通過引入包含可再生能源科研的最新研究內容和成果，了解和掌握可再生能源轉化過程中提高轉化效率的途徑和方法，并將其應用于實際裝置和設備分析中。這在增強學生環保意識的同時，能夠更好地培養其綜合素養，提高其創新能力和解決實際問題的能力。

結合江蘇大學能源與動力工程學院自身的特點和實驗室條件，在“可再生能源”課程教學過程中嘗試為學生增加了包括太陽空氣集熱器、太陽房、太陽能蔬菜大棚、太陽能光伏電池等在內的實驗內容，如圖1所示。通過相關實驗的演示、觀摩和操作，使學生對可再生能源有了更形象、深入的理解，并對教材中所涉及的相關內容有了更深入的認識，并可舉一反三，獨立設計新型可再生能源利用系統。

3.靈活多樣的考試考核方式

針對“可再生能源”課程涉及知識面特別廣泛的特點，根據江蘇大學教學實踐經驗，設計了考試題庫。每次考試的形式也多種多樣，可選擇試卷考試；也可選擇創新性的設計一種新型可再生能源利用系統，通過必要的工程計算和作圖，動手完成一部系統樣機。這樣不僅克服了傳統考試過程死記硬背的缺點，同時也鍛煉了學生的創新能力，并使學生學以致用，充分利用各種知識，包括：機械制圖、機械設計、畫法幾何、傳熱學、工程熱力學、流體力學等，開闊了學生的眼界。

此外，還可鼓勵學生多參加和可再生能源有關的課外競賽活動，如大學生節能減排大賽、星光杯創業計劃大賽、江蘇大學科研立項等，以此培養學生在學習可再生能源過程中的創新能力，提高其科研協作精神。通過這些活動，將為促進大學生理解可再生能源內涵、促進社會經濟可持續發展奠定實踐基礎。

四、結語

針對中國的能源戰略體系框架而言，無論是到2050年的能源發展長期規劃，還是“十二五”的近期規劃，均將以可再生能源的節能環保發展作為我國能源結構的思路。為配合我國的“低碳環保”發展戰略，在“可再生能源”教學中增強理論基礎并結合科研實踐教學將是教改的一個重要方向。無論是課堂教育還是實踐環節，如何將“可再生能源”的傳統教學內容和低碳、節能減排進行合理、科學的整合，是教學過程中需要深入探索和研究的內容。

參考文獻：

[1]左然，施明恒，王希麟.可再生能源概論[M].北京：機械工業出版社，2008：5-16.

[2]宋興怡，蘇天照，姜峰，等.在大學生中推行低碳生活方式的意義與策略[J].中國電力教育，2012，（16）：127-128.

[3]高鳳香.基于思想政治視角的大學生低碳經濟教育略論[J].價值工程，2011，（2）：228-229.

[4]屈健，何志霞，潘劍鋒，等.面向低碳經濟社會發展的“工程熱力學”人才培養教學研究[J].中國電力教育，2012，（12）：182-184.