建設一流能源類課程教學模式的創新與實踐
——以“生物質能”為例

趙 亮 田玉蘭 潘亞娣

(南京林業大學材料科學與工程學院，江蘇 南京 210037)

能源類專業主要包括能源與動力工程、新能源科學與工程、過程裝備與控制工程等[1]。據不完全統計，全國共有200所以上高校開設上述及相關專業，數十年以來，能源類專業源源不斷地為我國能源領域培養了大批高水平專業人才。以南京林業大學為例，自2000年開始，在林科院校中首先開設了能源(熱能)與動力工程專業，之后依次開辦了過程裝備與控制工程、新能源科學與工程兩個本科專業，并于2018年開始實施能源類大類本科招生及培養方案，同時于2019年開始招收動力工程及工程熱物理學術型碩士研究生，目前累計培養能源類本科畢業生4 000余人。

課程建設始終是本科人才培養的關鍵點之一。南京林業大學在能源類課程建設過程中，密切結合林科院校特色，緊跟國家可再生能源發展戰略，并注重農林生物質能的教學與實踐。我校現已開設生物質及生物質能相關本科課程有：“生物質能”、“生物質能源工程與技術”、“生物質能源與化學品”等近20門，主要涉及能源動力類(具有相應碩士點)、木材科學與工程(雙一流學科)、材料科學與工程(具有相應碩士點)等多個本科專業。其中，“生物質能”為能源與動力工程的專業必修課程，這門課程既是一門基礎理論類課程，又是一門技術應用類課程，也是一門實踐運用類課程；既是一門專業類課程，又是一門通識類課程，也是一門思政類課程。“生物質能”課程內容主要包括生物質能概述、生物質物理轉化技術及應用、生物質熱化學技術及應用、生物質生物化學轉化技術及應用等，這些課程內容與熱工基礎課程(工程熱力學、工程流體力學和傳熱學)和熱工專業課程(鍋爐原理與設備、燃燒學、換熱器原理與設計)等密切相關，課程內容所涉及到的專業知識點較為重要，且在實際教學過程中存在一些難點，因而該課程的教學模式亟需開展創新與實踐。2019年10月，教育部發布建設一流本科課程的實施意見，全面推進課程教學質量提升。2020年，國家大力開展課程思政建設，在專業課程建設過程中牢牢樹立正確的思政價值導向[2]。這些政策和戰略也為《生物質能》教學模式的創新與實踐提供了有力的指引和新的研究思路。基于一流課程建設背景下，通過對《生物質能》教學模式進行必要的改革和創新，所獲得的教學成效和經驗總結將會顯著提升本課程的教學質量，同時也為能源類課程的教學改革提供研究思路。

1 “生物質能”教學現狀與思考

目前，南京林業大學“生物質能”為大四上學期課程，每次開課學生人數為兩至三個班級(50～90人)，每周3課時，共計32課時。經過該課程接近十年的實際教學過程，發現仍存在以下一些教學難點：(1)課程價值的精準引導；(2)教與學模式成效的再提高；(3)理論知識與實際應用的充分結合；(4)課程考核評價體系的科學建立；(5)課程教學改革成果的總結與延伸。鑒于上述教學過程存在的難點，擬基于國家建設一流本科課程的背景，結合課程思政的發展趨勢，并考慮我校實際教學要求，針對《生物質能》的教學模式開展相應創新與實踐，為培養更高質量的能源類本科人才添磚加瓦。

2 “生物質能”教學模式的創新與實踐

為提高“生物質能”課程教學質量，使得學生更好的掌握本課程的知識內容，從而對能源領域具有更深入的認識，本教改課題組對“生物質能”教學模式進行了創新與實踐。首先，從課程思政入手，構建完善的課程價值體系，然后針對不同線上線下教學模式，尋求更為高效的有機結合方式，同時注重理論知識與實際應用的充分結合，進而建立科學的課程成績考核評價機制，并最終做好課程教改成果的總結與再提升。具體創新與實踐途徑如下。

2.1 課程思政建設

生物質能屬于可再生能源范疇，開發農林生物質非常符合國家能源中長期發展規劃和“碳中和”目標[3]，生物質能的發展有助于緩解化石能源過度消耗以及所帶來的大氣等環境污染，更有利于我國生態文明建設。我國正處于開啟全面建設社會主義現代化國家的新征程上，對“生物質能”課程價值實現精準引導，以培養高質量能源類人才來契合上述行動指南。在“生物質能”課程教學過程中，通過認真學習國家“十四五”規劃和2035年遠景目標建議、以及將會發布的《生物質能發展“十四五”規劃》相關材料，在“生物質能”教學過程中注重將上述相關政策內容引入課程思政教學環節中，激勵學生更有積極性、更有目的性的學好本課程，同時強化學生對于開發應用生物質能現實意義的認識，通過樹立正確的課程價值觀，從而增強學生對于本課程學習的主觀能動性以及對于能源專業的深厚認同感和歸屬感。

2.2 線上教學模式選擇與比較

受疫情突發因素影響，目前線上教學方式迅速成為線下教學方式的有力補充，各種線上教學平臺得到了廣泛發展和應用。這些線上教學平臺主要分為兩種，一種是集成多媒體資料的在線開放課程平臺，例如：愛課程/中國大學MOOC和學習通/超星泛雅，這種教學平臺需要師生雙方熟悉操作界面，同時老師需要按照各平臺模塊要求分別制作、上傳相應教學內容，因而這些教學平臺模式完全不同于常規的線下課堂教學模式。另一種是類似于線下課堂教學形式的網絡直播平臺，例如：騰訊會議、ZOOM、QQ群直播等，這些線上教學平臺通過互聯網實現了云教學，將課堂教學整體移到了線上，將線下面對面直接變成了線上“面對面”[4]。這兩種線上教學平臺的抉擇，更多取決于課程的性質，比如數理類型課程的教學過程涉及到較多連續的數理推導，這些課程相對更適合采取網絡直播平臺形式；而概念偏多或較多依賴多媒體手段的應用類型課程，選用在線開放課程平臺較為適合，比如“生物質能”，基于愛課程/中國大學MOOC和學習通/超星泛雅平臺的優勢，可將該課程內容以線上教學模式較好地傳遞給學生。

2.3 線下教學模式改革

線下課堂教學過程中，主要形式是教師為講授主體，學生為學習客體，其現實過程易演變為教師主動輸出，而學生被動輸入的狀態。為避免低效的課堂教學模式，有必要結合課程特點，對線下教學模式進行改革。對于“生物質能”而言，課程內容多涉及原理、設備、工藝及工程應用，若單純采用主體講授-客體學習模式，學生對于本課程的掌握程度將不盡如意。因此，在“生物質能”課程中，增加了小組討論及匯報環節，小組討論的主題由教師把關斟酌，這種方式極大的激發了學生對于本課程的投入度。另外，在日常教學過程中，還采用雙語教學形式，適當補充課程相關最新英文研究進展介紹。此外，為更好的講解生物質處理技術和機理，在教學過程中，還可增加專業儀器設備(熱重、色譜-質譜、電鏡、紅外分析儀等)和研究軟件(Fluent、Chemkin、Gaussian等[5])的介紹，使得學生在掌握本課程內容的同時獲取更多的專業前沿發展動態，為今后工作實踐應用以及研究生階段的學習提供初步的知識儲備。

2.4 虛擬仿真教學模式

虛擬仿真實驗教學可以便利的實現理論知識實踐化，以低成本、高逼真的成效讓學生對課程所學知識內容進行自主課后再鞏固及提升[6]。目前，南京林業大學面向全社會開放校級以上虛擬仿真實驗教學資源，其中“生物質氣化多聯產虛擬仿真實驗”(省級平臺)和“膠合板制造工藝虛擬仿真實驗”(國家評審)與“生物質能”關聯度較大，在生物質氣化和生物質成型章節教學過程中，可分別穿插上述虛擬仿真實驗，這項舉措必將很大程度上提升學生對于本課程相應知識內容的掌握。

2.5 教材選取

教材的選取直接關系到學生對于課程學習的效果，目前與生物質能相關的教材較多，但是尚沒有全國統一或專業委員會推薦教材。而“生物質能”課程的特點是：基礎知識點成熟且系統，新技術途徑不斷涌現。基于此現狀，我校“生物質能”課程選取《生物質能現代化利用技術》作為教材，該教材涵括了生物質基本概念、基本原理和技術，較為全面而系統。在此教材基礎之上，教師通過查找閱讀相關專業文獻，及時補充生物質處理新技術，在課堂教學過程進行講解，或者作為學生課后閱讀資料。上述以經典教材疊加最新文獻資料的融合模式，為“生物質能”的學習提供了較為完善的教材。

2.6 課程成績考評改革

目前高校課程多采用“一考定結果”的模式(期末考試成績)，然而大學教育強調自主學習，即重視“過程學習”。課程成績考評機制若過多的注重期末考試環節，其結果往往是將學生向應試教育進行片面引導，同時也未全面體現“過程學習”。基于此現狀，在“生物質能”課程成績考評體系中，可適當進一步增加平時成績份額，即在課堂小組討論及匯報、線上自主學習、虛擬仿真實驗、課后文獻學習等“過程學習”環節分別量化賦值，在此基礎上，綜合“過程學習”成績和期末考試成績，可更加科學的反應學生對于“生物質能”課程的學習掌握情況。

2.7 教改成果總結與延伸

對于課程教學改革進行階段性總結和反思，將有助于本課程教學質量的再一步提高，同時也可將教改過程中獲得的經驗和教訓應用于相關能源類課程中，以點帶面，協同提升能源類專業培養方案，提高能源類本科畢業生質量。除此之外，可從高等教育研究、在線示范課程項目、課程思政示范項目、微課項目等多個維度進行創新與實踐，通過教改成果的總結與延伸，全面、綜合的提升“生物質能”課程教學質量。

3 結語

“生物質能”是能源類專業重要課程之一，基于建設一流本科課程背景下，針對本課程的教學現狀進行思考，在教學過程中進行課程思政、線上/線下、虛擬仿真實驗、教材選取、考評機制等方面的創新與實踐，努力不斷提高教師教學水平和成效。基于“生物質能”教學模式創新實踐研究的總結和延伸，也可為能源類相關課程(太陽能、風能、氫能等課程)的教改提供研究依據。最終，為能源類專業人才的高質量培養做出一些貢獻。