新工科下“新能源概論”課程教學(xué)改革探索

徐寅 齊永鋒 王向民

[摘 要] “新能源概論”是面向新一輪技術(shù)革命所開設(shè)的前沿課程，具有教學(xué)內(nèi)容多、知識(shí)新穎、多學(xué)科交叉、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。在新工科背景下，如何將以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，能力培養(yǎng)、素質(zhì)提升的教學(xué)目的，立德樹人的根本任務(wù)，貫徹到“新能源概論”課程的教學(xué)實(shí)踐中，是一個(gè)亟待解決的問題。通過從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，綜合多種教學(xué)方法、手段，創(chuàng)新評(píng)價(jià)體系，融入課程思政等方面闡述教學(xué)改革探索，以期建立適應(yīng)新工科建設(shè)的課程教學(xué)新模式。

[關(guān)鍵詞] 新能源概論;新工科;教學(xué)改革;課程思政

[基金項(xiàng)目] 2019年度國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“基于多級(jí)孔道分子篩的新型氨法脫碳富液中低溫催化再生特性及其機(jī)理研究”（51806188）;2018年度江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“基于微介復(fù)合孔道分子篩的新型氨法脫碳富液中低溫催化再生機(jī)理及其過程特性研究”（BK20180932）

[作者簡(jiǎn)介] 徐 寅（1986—），男，江蘇揚(yáng)州人，工學(xué)博士，揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院講師（通信作者），碩士生導(dǎo)師，主要從事燃煤電廠污染物排放控制研究;齊永鋒（1978—），男，河北衡水人，工學(xué)博士，揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事能源高效轉(zhuǎn)化與清潔利用研究;王向民（1994—），男，山東濟(jì)南人，工學(xué)博士，揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院講師，主要從事能源與環(huán)境催化研究。

[中圖分類號(hào)] G642? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）24-0089-04? ?[收稿日期] 2021-03-09

一、引言

能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的重要前提與基礎(chǔ)，也是人類各項(xiàng)活動(dòng)的動(dòng)力支持。自18世紀(jì)第一次工業(yè)革命以來，化石能源的大規(guī)模使用極大地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力與人類文明的發(fā)展。然而，化石能源的不可再生性及其使用導(dǎo)致的環(huán)境污染給人類社會(huì)發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。這促使人類社會(huì)探索與開發(fā)更加清潔、安全可靠、可持續(xù)的新型能源系統(tǒng)。步入21世紀(jì)以來，以核能、風(fēng)能、太陽能等為代表的新能源技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，新能源占全球一次能源消耗的份額逐年增長(zhǎng)。在這樣的背景下，揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院為能動(dòng)專業(yè)學(xué)生開設(shè)了“新能源概論”課程，旨在幫助學(xué)生了解新能源利用的基本原理與前沿發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新能源技術(shù)的興趣，同時(shí)拓寬學(xué)生對(duì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)的國(guó)際視野。

近年來，全球范圍掀起了以新能源、新材料、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、大數(shù)據(jù)等為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命。如何在這一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的開局中謀得先機(jī)？關(guān)鍵在于能否培養(yǎng)出新時(shí)代下實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、面向未來的復(fù)合型人才[1，2]。為此，教育部于2017年開始積極推進(jìn)以“新理念”“新結(jié)構(gòu)”“新模式”“新質(zhì)量”“新體系”為要求的新工科建設(shè)[3]。“新能源概論”作為面向新能源利用技術(shù)發(fā)展的前沿課程，必須在新時(shí)代新工科建設(shè)的指導(dǎo)下開展創(chuàng)新性的教學(xué)改革。本文總結(jié)了筆者近三年嘗試性的教學(xué)改革實(shí)踐，并探索適合能動(dòng)專業(yè)的“新能源概論”的教學(xué)方法、手段及課程思政融入，以期適應(yīng)新時(shí)代新工科建設(shè)要求。

二、課程的特點(diǎn)與問題

“新能源概論”課程涵蓋了當(dāng)前人類社會(huì)研發(fā)的各類新能源利用技術(shù)，主要包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、核能、氫能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿取Ｒ虼耍敖虒W(xué)內(nèi)容多”是該門課程最為顯著的特點(diǎn)之一[4]。作為能動(dòng)專業(yè)選修課，該門課程只有32課時(shí)。“教學(xué)內(nèi)容多”與“課時(shí)少”形成了突出的矛盾。同時(shí)，各種新能源利用技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)體系有著顯著的差異，具有典型的學(xué)科多樣性與交叉性。如風(fēng)力發(fā)電需要空氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，而太陽能光伏發(fā)電則需要掌握一定的半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)理論。授課教師，特別是剛上講臺(tái)的年輕博士，往往精于單一專業(yè)方向;相應(yīng)地，能動(dòng)專業(yè)學(xué)生往往也只熟悉單一專業(yè)背景。因此，這種“多樣性”“交叉性”與“單一性”的矛盾進(jìn)一步加大課程教學(xué)難度。再者，新能源利用技術(shù)仍處于不斷發(fā)展中，知識(shí)的外延在不斷拓展、更新，而知識(shí)的內(nèi)涵也在不斷豐富與深化。然而，課程教材的內(nèi)容相對(duì)陳舊，無法涵蓋新能源發(fā)展的最新前沿。這種“新”與“舊”的矛盾是該門課程教學(xué)的又一難點(diǎn)。最后，“新能源概論”課程具有顯著的實(shí)踐性，課程介紹的新能源利用技術(shù)是基于實(shí)際的工程裝置與系統(tǒng)，以工程應(yīng)用為目的。作為專業(yè)選修課，目前授課形式仍以單一課堂講授為主，缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，這又進(jìn)一步增加了課程教學(xué)難度。因此，基于上述課程特點(diǎn)與教學(xué)困難，對(duì)傳統(tǒng)“新能源概論”課程教學(xué)模式進(jìn)行變革，既是提升“新能源概論”課程教學(xué)質(zhì)量的內(nèi)在要求，也是響應(yīng)新工科建設(shè)的時(shí)代要求。

三、課程改革探索

（一）以教促學(xué)、以學(xué)代教

如何協(xié)調(diào)“教學(xué)內(nèi)容多”與“課時(shí)少”的矛盾？筆者的解決方案是以教師“教”促進(jìn)學(xué)生“學(xué)”，以學(xué)生“學(xué)”代替教師“教”為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，突出以學(xué)生為中心的新教學(xué)理念，具體從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)兩方面入手。在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容方面，針對(duì)某一特定新能源教學(xué)，首先為學(xué)生搭建系統(tǒng)性的技術(shù)路線框架。以太陽能為例，其利用技術(shù)路線可分為：太陽能光熱利用、太陽能光伏利用及太陽能光化學(xué)利用等。在具體技術(shù)方向上著重為學(xué)生講授該能量轉(zhuǎn)化利用的基本原理與規(guī)律，如光伏效應(yīng)是晶硅電池與非晶硅電池的共性原理。同時(shí)，教師還應(yīng)該有選擇地講，與學(xué)生專業(yè)背景相關(guān)的部分可以少講、略講。如能動(dòng)專業(yè)學(xué)生已掌握熱能工程的基本專業(yè)知識(shí)，太陽能光熱利用部分可以少講、略講。對(duì)實(shí)際應(yīng)用的具體裝置、系統(tǒng)可在課堂上引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)知識(shí)具體分析1～2個(gè)典型案例，其他課程案例則鼓勵(lì)學(xué)生課后自我學(xué)習(xí)，著重分析裝置、系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化傳遞過程。鼓勵(lì)學(xué)生以構(gòu)建的技術(shù)路線框架為線索，進(jìn)一步探索新能源技術(shù)的前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，從而讓學(xué)生有目的地學(xué)。其次，講授應(yīng)抓住某一具體新能源的側(cè)重點(diǎn)。如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能的重點(diǎn)在于能量轉(zhuǎn)化利用過程;氫能作為二次能源，其重點(diǎn)在氫的制備、儲(chǔ)存與運(yùn)輸;核能的重點(diǎn)則在于核能使用的安全性。通過教師有選擇地教，學(xué)生有目的地學(xué)，實(shí)踐中“新能源概論”課程講授環(huán)節(jié)可以被壓縮在28個(gè)課時(shí)。