適應國際能源轉型新形勢的能源動力類專業課程教學改革探索

摘" 要：該文以能源動力類專業基礎課為例，探究適應國際能源轉型新形勢的能源動力類專業課程改革新模式。通過調研清潔低碳能源利用過程中涉及的最新基礎資料，形成完整的調研報告，為豐富課程的教學內容提供基礎資料，保持課程內容與時俱進；緊跟國際能源轉型新形勢，重構教學內容，升級課程教學PPT；通過基于工程案例導入的翻轉課堂教學實踐，以問題為導向的問題分析與解決實訓，基于能源轉型系列前沿講座的課程國際化建設實踐，創新教學方法；最后，通過工程熱力學課堂示范，探索適應國際能源轉型需求的能源動力類專業人才培養新模式，實現人才培養、國家需求和理論創新的全面協同創新。

關鍵詞：能源轉型；教學改革；國際化建設；全面協同；人才培養

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2024）25-0143-04

Abstract： This paper takes the basic courses of Energy and Power major as an example to explore a new model of teaching reform to adapt to the new situation of international energy transformation. The investigation started with surveying the latest basic information involved in the process of clean and low-carbon energy utilization and writing a comprehensive research report， which provides basic materials for enriching the teaching content of courses and keeping the course contents up to date; then， the investigation reconstructs the teaching contents and upgrades the course teaching PPT with the consideration of keeping abreast of the new situation of international energy transformation; after that， we innovate the teaching method by teaching practice of flipped classroom based on project case introduction， by problem-oriented problem analysis and solution training， by teaching practice of course internationalization based on a series of cutting-edge lectures on energy transformation; finally， a new model of teaching reform to adapt to the new situation of international energy transformation is explored based on class demonstration of Engineering Thermodynamics， aiming to achieve collaborative innovation of talent training， national demand and theoretical innovation.

Keywords： energy transformation; teaching reform; internationalization; comprehensive collaboration; talent training

《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》于2021年發布[1]，到2030年，經濟社會發展全面綠色轉型取得顯著成效，重點耗能行業能源利用效率達到國際先進水平；到2060年，綠色低碳循環發展的經濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上。實現碳達峰碳中和，是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，對加強新時代各類人才培養提出了新要求。為貫徹《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案》（國發〔2021〕23號）精神，推進高等教育高質量體系建設，提高碳達峰碳中和相關專業人才培養質量，2022年，教育部印發了《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》[2]，并列出了九條重點任務，包括：①加強綠色低碳教育；②打造高水平科技攻關平臺；③加快緊缺人才培養；④促進傳統專業轉型升級；⑤深化產教融合協同育人；⑥深入開展改革試點；⑦加強高水平教師隊伍建設；⑧加大教學資源建設力度；⑨加強國際交流與合作。可見，“雙碳”目標對碳達峰碳中和相關專業人才培養帶來了新挑戰也提出了新要求。

隨著對清潔低碳能源重視的不斷增強，人們在能源種類的開發上也逐漸從傳統的化石能源轉向可再生能源，清潔低碳已成為全球能源轉型發展的必然趨勢。能源轉型進入新階段，必將帶來能源生產方式、消費觀念和社會生態的變化，“清潔主導、電為主體”的能源格局是發展的方向和趨勢[3]。新產業、新業態、新技術的發展，讓能源動力類專業的大學生面臨前所未有的機遇和挑戰。因此，探索適應國際能源轉型新形勢的能源動力類專業課程教學改革模式，是“雙碳”背景下能源動力類專業人才培養的新課題。

一" 能源動力類專業課程面臨的現狀分析

能源結構發生轉型對教育來說是一把雙刃劍，給能源動力類專業的大學生帶來了難以預估的機遇和挑戰，新的能源結構形式對教育培養提出了更高的要求。因此，能源動力類專業應及早適應能源轉型新形勢，如何培養學生從能源生產方式、消費觀念和社會生態等方面認識世界能源格局，適應國際能源轉型大趨勢下對本專業人才培養的新要求，使學生掌握先進動力循環、節能技術、信息技術、智能控制技術和創新思維，提升國際化視野，將是專業課程教學所面臨的新挑戰和新機遇。

為適應能源轉型新要求，須進一步拓展專業布局、升級基礎和通用學科。以工程熱力學專業基礎課為例，當前存在以下兩個突出問題：①教學內容陳舊，當前的教學內容均以煤、石油、天然氣等傳統化石能源的利用為前提，涉及到的數據、系統、工藝和設備等較為陳舊，對太陽能、風能、地熱能等清潔低碳能源的利用涉及較少，對清潔低碳能源利用過程涉及的熱點方向如分布式能源、先進動力循環、儲能技術、碳捕獲儲存和利用技術、氫能技術、智能控制和大數據分析更是提及甚少，導致教學內容與能源轉型新形勢脫離，不能很好地培養學生適應國際能源轉型大趨勢下對本專業基礎科學知識的要求；②教學模式單一，以老師講、學生聽為主，再加上課程理論知識抽象，難以理解，不能使學生積極主動地參與到課堂中來，融入感較低，使得學生在上課過程中，缺少獨立思考的空間，不利于培養學生發現問題和解決問題的能力；然而清潔低碳能源在利用過程中涉及的相關數據、系統、工藝和設備等革新快，學生要實時掌握國際最新前沿和發展趨勢，就需要有發現問題和解決問題的能力；此外，課程國際化建設水平不高，學生國際視野不開拓，創新思維能力有待進一步提升。因此，亟需重構教學內容，升級教學設計，創新教學方法。

本文以能源動力類專業基礎課工程熱力學為例，探究適應國際能源轉型新形勢的能源動力類專業課程改革新模式。通過調研清潔低碳能源利用過程中涉及的最新基礎資料，形成完整的調研報告，為豐富課程的教學內容提供基礎資料，保持課程內容與時俱進；緊跟國際能源轉型新形勢，重構教學內容，升級課程教學PPT；通過基于工程案例導入的翻轉課堂教學實踐，以工程問題為導向的問題分析與實訓，基于能源轉型系列前沿講座的課程國際化建設實踐，創新教學方法；最后，通過課堂示范，探索適應國際能源轉型需求的能源動力類專業人才培養新模式，實現人才培養、國家需求和理論創新的全面協同創新。通過實踐，對能源動力類專業課程教學改革提出了幾點思考，也為課程改革提出了一些可供參考的建議。

二" 能源動力類專業課程教學改革新模式探索

本文進行國際能源轉型新形勢下一流本科人才培養的教學改革探索，項目緊跟國家重大需求，結合國際、國內能源轉型新形勢，從能源動力類專業人才培養的新要求出發，以專業基礎課程為切入點，探索適應國際能源轉型需求的能源動力類專業人才培養新模式，旨在實現人才培養、國家需求和理論創新的全面協同創新。

（一）" 調研清潔低碳能源利用過程中涉及的最新基礎資料

研究全球能源新形勢，分析能源轉型對各行業的變革要求。調研分析國內外各相關組織能源轉型報告、國內外清潔低碳能源方面的研究現狀、社會生活各方面清潔低碳能源的應用情況、國民經濟各行業清潔低碳能源的應用情況等，分析清潔低碳能源在應用過程中存在的熱點問題、難點問題以及成功的典型案例，獲得能源轉型對各行業的變革要求，總結能源轉型對能源動力類專業人才培養帶來的機遇和挑戰。通過調研發現，2020年全球受新冠感染疫情的影響導致碳排放顯著下降只是暫時的，2021年能源消費的碳排放量同比增加5.9%；全球仍處于碳增長周期且要擺脫對化石能源的依賴依然比較困難，但全球對二次能源的投入力度也在大幅增加[3]。BP首席經濟師Spencer Dale指出：“實現快速深度脫碳所需的低碳能源和技術目前已經存在——風能和太陽能、生物燃料、藍氫和綠氫、CCUS（碳捕獲、使用和儲存，以及二氧化碳去除）。我們面臨的挑戰是如何以前所未有的速度和規模應用它們”[4]。因為，能源動力類專業要著手培養低碳能源和技術領域的人才。

針對能源轉型對能源動力類專業人才培養帶來的機遇和挑戰，選取具有代表性的企業、科研院所、高校等單位，通過走訪調研，對太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能、氫能和綠色循環新系統等方面的發展和應用現狀進行調研，分析總結先進的技術手段、系統設計、先進動力循環、智能控制和綠色循環系統等相關資料，收集典型成功案例和最新基礎數據，并形成了完整的調研報告，為能源動力類專業課程教學內容的升級提供最新基礎資料。調研過程以及報告撰寫過程，讓學生能參與其中，為學生提供了走進相關企業、科研院所的機會，加深學生對工藝、系統、部件的感性認識，有助于學生更深層次掌握基礎知識，也提升了學生分析問題、解決問題、總結分析的能力。本文的主要創新點體現在：①首次探索適應國際能源轉型新形勢的能源與動力工程專業課程改革新模式；②以大量的調研結果和科學研究成果為基礎，納入新內容、典型案例、引進優質MOOC資源和共享國外教學資源等多方面重構能動類專業課程教學內容；③進行了基于熱力學工程案例和問題導入的翻轉課堂教學實踐；④邀請國外知名專家開展能源轉型系列前沿講座，拓展學生的國際化視野，推動課程的國際化建設。

（二）" 緊跟國際能源轉型新形勢重構能源動力類專業課程教學內容

基于上述調研分析，緊跟國際能源轉型新形勢，重構能源動力類專業課程教學內容，升級課程教學PPT：納入新數據、新系統、新工藝和新設備等內容，引用清潔低碳方面的最新文獻資料，升級課程的工程實例與典型成功案例；引進國內外優質MOOC課程資源，豐富學習資源。同時，在上述教學內容升級過程中，讓學生積極參與其中，在部分教學內容上，可安排學生依據自身興趣設計翻轉課堂教學模式，這樣從調研分析、教學內容設計、課堂教學等全過程讓學生參與，可進一步提升學生的課堂參與度以及對知識的理解度。

（三）" 基于工程案例和問題導入的翻轉課堂教學實踐

基于工程案例導入的翻轉課堂教學實踐。充分利用調研報告、課程教學PPT、清潔低碳方面的最新文獻資料、典型案例、優質MOOC課程資源和國外教學資源等資料，以與能源動力類專業課程密切相關的工程實例為切入點，進行翻轉課堂教學設計。實踐證明：混合式教學模式能夠有效緩解學生對研究型教學模式的不適應，提高學生的自主學習能力[5]。以蒸汽動力循環為例，學生通過某電廠的設計參數、現場錄像、照片和運行數據等進行分析，結合工程熱力學基礎理論，畫出該電廠的蒸汽動力循環原理圖，與理論循環原理圖對比，分析實際循環的熱經濟效益，找出實際循環效率低的原因，為工程運行中的節能減排提供指導。通過翻轉課堂教學實踐，學生對知識的理解更加深入和充分，調動學生學習的積極主動性，提高課程的參與感，理論聯系實際，進而提高學生發現問題和解決問題的能力。

以問題為導向的問題分析與解決實訓。基于清潔低碳能源在利用過程中涉及的新技術、新系統，以熱力學問題為導向，采用RETScreen清潔能源管理軟件和CyclePad熱力循環分析軟件進行熱力學問題分析與解決實訓。通過軟件建模與計算，分析太陽能光熱發電、地熱能發電等新能源系統的循環特性，剖析當前制約國際能源轉型的瓶頸和問題，讓學生了解科學前沿，引導學生做好學術規劃，且學生通過建模與計算，學會了專業相關的軟件使用技能以及提高了問題分析和解決的能力，為后續深造奠定了基礎。

（四）" 基于能源轉型系列前沿講座的課程國際化建設實踐

邀請國外知名專家開展能源轉型系列前沿講座，推進課程國際化體系建設。邀請了澳大利亞昆士蘭大學教授、英國諾丁漢大學教授等國際知名學者進行相關專題講授，重點講授與能源動力類專業課程相關的國際研究前沿，包括煤炭清潔高效發電、碳捕獲儲存和利用、可再生能源發電、電力儲能、氫能制備、儲運與高效利用、先進動力循環和智能控制技術等熱點方向，拓展學生的國際化視野，讓學生了解國際科學前沿，發現國內外相關技術的研究異同，進一步引導學生投身低碳能源和技術領域科學研究。在教學模式和方法方面，參考西方教學模式，注重過程培養的考核機制，拓展學生的多元文化思維。此外，通過能源轉型系列前沿講座，也為學生提供一個認識國外知名專家的機會，領略大家風采，甚至通過講座和后續交流，可為學生出國留學提供機會。

三" 能源動力類專業課程教學改革的幾點思考

提高碳達峰碳中和相關專業人才培養質量是“雙碳”目標背景對能源動力類專業人才培養帶來的新機遇和新挑戰。“十四五”是我國實現碳達峰的關鍵期和窗口期，教育行業加強綠色低碳教育，推動專業轉型升級，加快急需緊缺人才培養，深化產教融合協同育人，提升人才培養和科技攻關能力，加強師資隊伍建設，推進國際交流與合作，可為實現“雙碳”目標提供堅強的人才保障和智力支持。本文進行了探索適應國際能源轉型需求的能源動力類專業人才培養新模式，并有如下思考。

（一）" 緊跟國際科學前沿，保持專業課程活力

新產業、新業態、新技術和新模式推動傳統產業升級轉型，也給能源動力類專業提出新的要求。因此，能源動力類專業課程須適應國際能源轉型新形勢，時刻保持課程內容與時俱進。通過本文調研清潔低碳能源利用過程中涉及的最新基礎資料并撰寫調研報告，緊跟國際能源轉型新形勢重構能源動力類專業課程教學內容，基于工程案例和問題導入的翻轉課堂教學實踐以及基于能源轉型系列前沿講座的課程國際化建設實踐，發現該種教學模式，可最大限度讓學生參與教育教學全過程，充分調動學生的積極性，發揮學生的主體作用。特別是調研清潔低碳能源利用過程中涉及的最新基礎資料及報告撰寫方面，讓學生能參與到實地調研和分析總結過程中，為學生提供了走進相關企業、科研院所的機會，加深學生對工藝、系統、部件的感性認識，有助于學生更深層次掌握基礎知識，也提升了學生分析問題、解決問題、總結分析的能力。

（二）" 深化國際化課程建設，助力雙一流建設

高等教育國際化是現代教育發展的必然趨勢，課程國際化是教育國際化的核心內容[6]。本文進行了基于能源轉型系列前沿講座的課程國際化建設實踐，通過實踐發現，能源轉型系列前沿講座對學生的學術規劃起到了非常重要的引導作用。雖然中國教師在授課過程中也會涉及一些研究熱點和國際科學前沿，但通過國外知名專家的前沿講座，可進一步相互印證，加深學生對國際科學前沿的認識，并能拓展學生的國際化視野。此外，經了解，學生對國際知名學者的能源轉型系列前沿講座非常感興趣，部分學生通過前沿講座與海外專家建立了密切的聯系，并有意愿去海外專家的團隊從事低碳能源和技術領域的科學研究，以學成回國，為我國“雙碳”事業作貢獻。

（三）" 合理把握實踐的“度”，以滿足不同學生成長需求

教學的本質是教師的教和學生的學所組成的人才培養活動。雖然本文探索的調研分析、翻轉課堂教學實踐、課程國際化建設實踐等取得了較好的成效，但也有部分學生在參與過程中消極應對，或者由于基礎知識薄弱，導致基于工程案例和問題導入的翻轉課堂教學實踐時不知所措；在能源轉型系列前沿講座實踐中，也有部分學生由于英語水平問題，導致對海外專家的報告理解不透，甚至聽不懂。課學教學是充滿智慧的藝術，無論是線下教學還是線上教學，都要把握好教學實踐的度，特別是對于專業基礎課，如果實踐太多，會導致部分學生跟著走馬觀花、淺嘗輒止，教學實踐難免流于形式、喪失效果。因此，要合理把握教學實踐的度，做到有溫度、有坡度、有密度、有廣度和有高度，才能更好地提升教學效果，以滿足不同學生成長需求。

四" 結束語

本文以能源動力類專業基礎課為例，通過調研清潔低碳能源利用過程中涉及的最新基礎資料并撰寫調研報告，緊跟國際能源轉型新形勢重構能源動力類專業課程教學內容，基于工程案例和問題導入的翻轉課堂教學實踐，以及基于能源轉型系列前沿講座的課程國際化建設實踐，探究適應國際能源轉型新形勢的能源動力類專業課程改革新模式。課題研究過程成立了國際化的研究小組，形成了一支以知名教授領銜、青年教師擔綱、學生參與的研究梯隊。通過研究，進一步豐富了團隊成員的教學經驗，提升了教師和學生的教研能力，創新了教學方法，為團隊教師提升教育教學水平奠定了基礎。課題研究成果主要面向能源動力類專業，也可面向電氣、機械、材料等學科的相關領域方向，課題成果的實施范圍不局限于專業課，部分普及性教育、節能減排創新訓練、節能減排社會實踐與科技競賽等也有應用前景。通過實踐，驗證了上述教學實踐的可行性及教學效果，在一定程度可為能源動力類專業課程教學改革提供參考，但也發現教學實踐中存在一些問題。在教學實踐中，教師應以學生的實際知識水平和能力層次為重要參考點，從多維度啟發學生的思路、引導學生的思維，應合理把握實踐的“度”，以滿足不同學生成長需求，顧全各個層面的學生，調動全體學生的積極性。

參考文獻：

[1] 中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/24/content_5644613.htm.

[2] 教育部關于印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202205/t20220506_625229.html.

[3] 何鎖盈，高明，史月濤，等.國際能源轉型趨勢下大學生節能減排創新訓練新模式的探索[J].西部素質教育，2020（4）：197-198.

[4] BP p.l.c. bp Statistical Review of World Energy 2022 [EB/OL].https：//www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf.

[5] 譚羽非，牛冬茵.MOOC背景下“工程熱力學”混合式教學模式的探索與實踐——以《熱力學第一定律》為例[J].黑龍江教育（理論與實踐），2021（5）：58-60.

[6] 何鎖盈，高明，徐夢菲，等.新能源技術課程國際化建設的探索與思考[J].高教學刊，2021（1）：74-77.

基金項目：山東大學本科教育教學改革研究項目“適應國際能源轉型新形勢的《工程熱力學》教學改革探索”（2021Y122）；山東大學教育教學改革研究一流專業項目“能源與動力工程國家一流專業特色建設及人才培養模式探索”（2022Z65）；山東大學能源與動力工程學院教學改革項目“后疫情時代暑期學校海外師資課程的教學模式探索與評價”（無編號）；2021年山東省本科教學改革研究項目面上項目“流體力學智慧仿真實驗教學平臺建設與實踐”（無編號）；山東大學研究生教育教學改革研究項目“適應國際能源轉型新形勢的能源學科研究生課程教學改革探索”（XYJG2020093）

第一作者簡介：何鎖盈（1987-），男，漢族，陜西咸陽人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為高效能量轉換理論與技術。