“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”教學(xué)改革探索

施愛(ài)平+葉麗華+馬茜

摘 要： 目前，生物質(zhì)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用已成為世界重大熱點(diǎn)之一，受到世界各國(guó)政府與科學(xué)家的關(guān)注。在這樣的背景下在高等院校中開(kāi)設(shè)“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程是符合培養(yǎng)高層次綜合性人才需求的。但是目前在教學(xué)過(guò)程中存在教學(xué)內(nèi)容老舊、課堂形式單一枯燥等問(wèn)題。作者根據(jù)能源與動(dòng)力工程學(xué)科的特色，結(jié)合生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)課程的特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考試方法上進(jìn)行了改革嘗試。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的檢驗(yàn)，學(xué)生反饋效果良好，改革初步獲得了成功。

關(guān)鍵詞： 生物質(zhì)能 開(kāi)發(fā)利用 教學(xué)改革

引言

21世紀(jì)，人類(lèi)已面臨嚴(yán)重的能源問(wèn)題，解決能源短缺問(wèn)題和能源開(kāi)發(fā)利用中引起的環(huán)境污染問(wèn)題將是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。為緩解能源需求的壓力，兼顧經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)，新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用已成為大勢(shì)所趨。新能源和可再生能源資源豐富，分布廣，開(kāi)發(fā)潛力巨大，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的清潔能源。未來(lái)以化石燃料為主體的世界能源系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換為以生物質(zhì)能等可再生能源為主體的世界能源系統(tǒng)[1]-[2]。

目前，生物質(zhì)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用已成為世界重大熱門(mén)課題之一，受到世界各國(guó)政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國(guó)家都制訂了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)研究計(jì)劃，如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的酒精能源計(jì)劃等，其中生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)利用占有相當(dāng)?shù)谋戎?。?guó)外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用程度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)，以美國(guó)、瑞典和奧地利三國(guó)為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國(guó)一次能源消耗量的4%、16%和10%，同時(shí)我國(guó)國(guó)內(nèi)的生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)和利用在逐年增加與重視。生物質(zhì)發(fā)電在我國(guó)已經(jīng)有40多年的歷史，其主要原料是稻殼和谷殼，且主要用于大米加工廠。目前全國(guó)已經(jīng)建設(shè)推廣了100多個(gè)熱解氣化技術(shù)示范工程。許多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹(shù)枝為原料生產(chǎn)燃?xì)狻?/p>

因此，在這樣的背景下在高等院校中開(kāi)設(shè)“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程是符合培養(yǎng)綜合性高層次人才需求的。“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程是能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)研究生專(zhuān)業(yè)選修課，主要講述國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)和利用的基本理論和前沿動(dòng)態(tài)。重點(diǎn)介紹了各種生物質(zhì)能壓縮成型和碳化技術(shù)、氣化技術(shù)、熱裂解技術(shù)、發(fā)電技術(shù)等方面的知識(shí)?！吧镔|(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程是在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的，是基礎(chǔ)理論通向?qū)I(yè)應(yīng)用的重要橋梁和紐帶。該門(mén)課程的講授，有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野，有利于提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在一些問(wèn)題。如在教師講授中以理論知識(shí)介紹為主，知識(shí)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)；純粹講述內(nèi)容，形式比較單一；課堂氣氛相對(duì)比較沉悶和呆板，學(xué)生吸收知識(shí)的反饋效果不是很好。學(xué)生本科時(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)都學(xué)得很扎實(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容比較廣泛，但是專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)得很少。現(xiàn)在生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)這方面的知識(shí)非常有專(zhuān)業(yè)性和針對(duì)性，如果還像本科教學(xué)那樣籠統(tǒng)簡(jiǎn)單泛泛而談，學(xué)生就會(huì)覺(jué)得太簡(jiǎn)單了。如果教學(xué)內(nèi)容的專(zhuān)業(yè)性和針對(duì)性很強(qiáng)，學(xué)生之前沒(méi)有生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)這方面的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力，就會(huì)覺(jué)得太深?yuàn)W無(wú)法理解，所以在教學(xué)內(nèi)容選取上要把握好這個(gè)度。因此，有必要對(duì)這門(mén)課進(jìn)行教學(xué)改革。在講授該課程時(shí)，采用理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的方法，結(jié)合其他各專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，精選教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，改革考試方法，通過(guò)課程教學(xué)改革，不僅使學(xué)生充分掌握生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用方面的理論知識(shí)，而且提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思考的能力[3]-[4]。

1.精選教學(xué)內(nèi)容

經(jīng)過(guò)50多年的建設(shè)和發(fā)展，本校能源與動(dòng)力工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)已形成了實(shí)力較強(qiáng)、特色明顯的學(xué)科體系。在教學(xué)過(guò)程中充分依托學(xué)科優(yōu)勢(shì)，注重學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在長(zhǎng)期實(shí)踐中已形成了完備的人才培養(yǎng)體系和良好的學(xué)術(shù)氣氛?！吧镔|(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程是能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)研究生專(zhuān)業(yè)選修課，屬于增長(zhǎng)學(xué)生知識(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)課。該門(mén)課程的講授，有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野，有利于提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。其教學(xué)目的是讓學(xué)生了解國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)和利用前沿動(dòng)態(tài)，掌握生物質(zhì)壓縮成型和炭化技術(shù)、氣化技術(shù)、熱裂解液化技術(shù)及生物柴油的制備技術(shù)，深化理解生物質(zhì)能資源的利用現(xiàn)狀?！吧镔|(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程從以前的30學(xué)時(shí)課堂理論教學(xué)轉(zhuǎn)變成24學(xué)時(shí)理論教學(xué)，2學(xué)時(shí)講座，4學(xué)時(shí)實(shí)踐。總課時(shí)不變，但是減少了理論教學(xué)時(shí)間，增加了講座和實(shí)踐。之前的課堂教學(xué)是純粹的灌輸式講課，形式過(guò)于單一。并且教學(xué)內(nèi)容相對(duì)過(guò)時(shí)，跟不上時(shí)代發(fā)展的步伐，不符合學(xué)生的需要，不容易吸引學(xué)生的注意力。改革后的教學(xué)安排時(shí)刻注意選擇那些適合學(xué)生發(fā)展和學(xué)習(xí)的知識(shí)，把最前沿的技術(shù)動(dòng)態(tài)傳授給學(xué)生，把教學(xué)改革的探索融入課堂。改革后理論教學(xué)將更系統(tǒng)全面地介紹各種生物質(zhì)能壓縮成型和碳化技術(shù)、氣化技術(shù)、熱裂解技術(shù)、發(fā)電技術(shù)等方面知識(shí)。其中將重點(diǎn)介紹生物質(zhì)氣化技術(shù)，熱裂解技術(shù)和生物柴油的制備技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，包括生物質(zhì)氣化原理，氣化工藝、氣化設(shè)備與工作原理，氣化過(guò)程的指標(biāo)及其影響因素；生物質(zhì)熱裂解機(jī)理及概念，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)，生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)；生物柴油制備熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)，生物柴油制備基本技術(shù)，多相生物柴油制備技術(shù)。在課堂講述時(shí)會(huì)重點(diǎn)介紹這些技術(shù)是如何利用在生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)上的，將和其他能源利用技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。其中生物柴油的制備將是重中之重，將重點(diǎn)闡述筆者在這方面的研究現(xiàn)狀，介紹這方面的內(nèi)容，拓寬他們的視野。通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能研究、開(kāi)發(fā)和利用情況，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的興趣。從生物質(zhì)能生產(chǎn)原理的介紹，加深學(xué)生對(duì)生物質(zhì)能的理解。講述時(shí)，生物質(zhì)能原理介紹將是重點(diǎn)內(nèi)容。舉例來(lái)說(shuō)，氣化原理就是在一定的熱力學(xué)條件下，只提供有限氧的情況下使生物質(zhì)發(fā)生不完全燃燒，生成一氧化碳、氫氣和低分子烴類(lèi)氣體等可燃?xì)怏w。即氣化是將化學(xué)能的載體由固態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)，氣化反應(yīng)中放出的熱量小得多，氣化取得的可燃?xì)怏w再燃燒則可進(jìn)一步釋放出其具有的化學(xué)能。在講述原理時(shí)將重點(diǎn)區(qū)分各原理間的不同之處。例如可將氣化與燃燒比照，燃燒過(guò)程中氧氣充足，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能。氣化時(shí)氧氣僅僅是一定量，熱能很小，僅以獲得可燃?xì)怏w為主要目的。通過(guò)介紹兩者的不同之處，學(xué)生能更清楚這些技術(shù)是如何利用的。

2.改革教學(xué)方法

傳統(tǒng)教學(xué)方法多是直接式的，以課堂上老師直接傳輸教學(xué)內(nèi)容為主要表現(xiàn)形式，以教師講，學(xué)生聽(tīng)為主。這種傳統(tǒng)老舊的教學(xué)方式過(guò)于死板教條，不適合現(xiàn)今研究生的需要、教育需要、社會(huì)需要，迫切需要進(jìn)行改革。針對(duì)本課程的特點(diǎn)，我們將采取多樣化的教學(xué)方式，注重現(xiàn)代教學(xué)工具的應(yīng)用，注重課堂上教師與學(xué)生的互動(dòng)。

（1）課堂教學(xué)

在課堂教學(xué)中教師起著引導(dǎo)者的作用，激發(fā)學(xué)生的興趣，開(kāi)闊學(xué)生的視野，引導(dǎo)學(xué)生自主深入學(xué)習(xí)。從傳統(tǒng)的教師“教”的模式向?qū)W生“學(xué)”的模式轉(zhuǎn)變。在教學(xué)過(guò)程中教師會(huì)大量使用投影儀播放PPT清晰地講述理論知識(shí)，播放相關(guān)視頻介紹主要技術(shù)背景。這將激發(fā)學(xué)生的熱情和興趣，更好地傳輸相關(guān)知識(shí)。在講述過(guò)程中老師會(huì)大量提出問(wèn)題，以拋磚引玉，由學(xué)生自己尋找答案，進(jìn)行激烈討論，在討論中自我完善對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，從而充分掌握知識(shí)點(diǎn)。在課堂講述中教師將充分運(yùn)用現(xiàn)代工具，如實(shí)物、模型、三維動(dòng)畫(huà)課件、電影片、PPT等。在實(shí)物模型方面，在條件允許的情況下，教師會(huì)帶著實(shí)物、模型走進(jìn)學(xué)生中，讓他們近距離看到、摸到，充分認(rèn)識(shí)所講內(nèi)容；教師會(huì)將實(shí)物、模型擺放在教室中某一位置，讓學(xué)生觀察到，從而充分了解所講內(nèi)容，加深學(xué)生的理解。在三維動(dòng)畫(huà)課件、電影片方面，教師會(huì)在觀看前提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題觀看視頻，在欣賞中積極思考，努力尋找答案，觀看完，再讓學(xué)生進(jìn)行激勵(lì)討論，給他們時(shí)間，讓他們主動(dòng)積極總結(jié)歸納理解與認(rèn)識(shí)。最后與教師交流，其中也是以學(xué)生的暢所欲言為主，教師起到最后總結(jié)的作用，統(tǒng)領(lǐng)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生的理解更加準(zhǔn)確化和清晰化。在所用的PPT中將應(yīng)用各式各樣的形式，盡量做到多元化和美觀化，字少圖多易于理解，這樣可以杜絕單調(diào)死板，激發(fā)學(xué)生的興趣，吸引學(xué)生自主深入學(xué)習(xí)。教師在用PPT講述時(shí)不能照著讀，而是注重和學(xué)生的互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量，多提問(wèn)，多假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，從形式上調(diào)動(dòng)學(xué)生情感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（2）講座學(xué)習(xí)

“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程教學(xué)周期中，將會(huì)邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域知名學(xué)者到我校我院講座報(bào)告。教師鼓勵(lì)學(xué)生認(rèn)真聆聽(tīng)講座，并且積極向?qū)W者提問(wèn)互動(dòng)，使學(xué)生在愉悅濃郁的學(xué)術(shù)氣氛中學(xué)到更多書(shū)本外的知識(shí)，并且加深對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解與掌握。聽(tīng)完講座后要求學(xué)生做一份學(xué)習(xí)報(bào)告。教師需要說(shuō)明報(bào)告撰寫(xiě)的目的、格式、內(nèi)容等各個(gè)方面的要求。在學(xué)習(xí)報(bào)告的寫(xiě)作中鼓勵(lì)學(xué)生多多查閱相關(guān)資料，獨(dú)立自主地完成。教師通過(guò)具體例子向?qū)W生介紹如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、圖書(shū)、數(shù)據(jù)庫(kù)獲得相關(guān)資料。在寫(xiě)作過(guò)程中，學(xué)生有困難，教師會(huì)幫助其解決問(wèn)題。在閱讀完學(xué)習(xí)報(bào)告后，教師會(huì)在課堂上依次點(diǎn)評(píng)最具有代表性的學(xué)習(xí)報(bào)告，肯定學(xué)生的成績(jī)，和學(xué)生一起討論報(bào)告問(wèn)題所在，對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行糾正和補(bǔ)充。再舉行班級(jí)內(nèi)的學(xué)習(xí)報(bào)告演講比賽，鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參加報(bào)告演講，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與性。讓學(xué)生當(dāng)課堂學(xué)習(xí)的主人，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、教師引導(dǎo)、互相討論，激發(fā)學(xué)生的興趣，很好地完成對(duì)學(xué)生的知識(shí)傳輸。

（3）實(shí)踐學(xué)習(xí)

“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程教學(xué)周期中，將會(huì)安排組織學(xué)生到學(xué)校鍋爐房參觀氣化爐，深刻了解生物質(zhì)氣化技術(shù)。由教師現(xiàn)場(chǎng)講授生物質(zhì)氣化原理、氣化工藝、氣化設(shè)備與工作原理等內(nèi)容。在條件允許的情況下，讓學(xué)生進(jìn)入氣化爐控制室，學(xué)習(xí)參觀具體操作。教師要鼓勵(lì)學(xué)生多向工作人員提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，注重和學(xué)生的互動(dòng)。這樣可以開(kāi)闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。教師還會(huì)安排組織學(xué)生到周邊企業(yè)參觀實(shí)踐，例如鎮(zhèn)江恒順集團(tuán)，可以帶學(xué)生了解醋糟這類(lèi)生物質(zhì)的利用技術(shù)。這類(lèi)生物質(zhì)書(shū)本上介紹得很少，國(guó)內(nèi)外研究較少，卻是生活中接觸到的生物質(zhì)。教師在去工廠車(chē)間參觀前先在課堂上向?qū)W生講述有關(guān)醋糟知識(shí)，讓學(xué)生有初步的認(rèn)識(shí)，這樣更有益于學(xué)生的理解和掌握。在參觀生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)時(shí)要鼓勵(lì)學(xué)生多向企業(yè)相關(guān)工作人員提問(wèn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與性。最后由教師現(xiàn)場(chǎng)做針對(duì)性的總結(jié)。同樣的，學(xué)生需要完成實(shí)踐報(bào)告，在完成過(guò)程中有問(wèn)題可以向教師求助。教師將會(huì)選出具有代表性的實(shí)踐報(bào)告，并且在班級(jí)內(nèi)舉行實(shí)踐報(bào)告演講比賽，鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參加，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與性，讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。

3.改革考試方法

以前的考試方式是以期末閉卷為主，帶有應(yīng)試教育色彩，不能全面真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不符合當(dāng)今社會(huì)教育的需要。根據(jù)教學(xué)大綱和專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)的要求，結(jié)合“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容的安排，為了提高學(xué)生綜合素質(zhì)，提高教師教學(xué)質(zhì)量，我們對(duì)考試方式進(jìn)行了改革，大膽創(chuàng)新，取消了期末試卷考核。課程學(xué)習(xí)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、講座學(xué)習(xí)成績(jī)、實(shí)踐學(xué)習(xí)成績(jī)?nèi)糠志C合評(píng)定。考核的比重為平時(shí)成績(jī)占30%，講座學(xué)習(xí)成績(jī)占35%，實(shí)踐學(xué)習(xí)成績(jī)占35%。平時(shí)成績(jī)基本就是看平時(shí)考勤和課堂表現(xiàn)，由教師自主判定給分。平時(shí)考勤就是看課堂教師點(diǎn)名，課堂表現(xiàn)主要看學(xué)生回答問(wèn)題情況。講座學(xué)習(xí)成績(jī)由講座考勤、學(xué)習(xí)報(bào)告和演講比賽三部分得分組成。學(xué)習(xí)報(bào)告由教師自主按報(bào)告內(nèi)容給分，具體對(duì)撰寫(xiě)的目的、格式、內(nèi)容、方式等內(nèi)容打分。演講比賽有名次得分及參與得分。應(yīng)用這樣的考核方法能有效減少學(xué)生逃課現(xiàn)象，減少學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)馬虎、考前復(fù)習(xí)突擊的現(xiàn)象，充分考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。這樣的考試方法較以往更合理公正地反映學(xué)生的成績(jī)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)精選教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、改革考試方法三方面實(shí)踐教學(xué)改革和完善，開(kāi)展熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)“生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)綜合型人才，使學(xué)生充分掌握生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用方面知識(shí)，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)能力、發(fā)展學(xué)生開(kāi)放性思維、提高專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]費(fèi)世民.發(fā)展林業(yè)生物質(zhì)能源的戰(zhàn)略思考[J].四川林業(yè)科技，2008，29（4）：28-41.

[2]劉榮厚，牛衛(wèi)生，張大雷.生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]張季超，童華煒.加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的探討[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，2（6）：584-586.

[4]馬明國(guó)，蔣建新.“生物質(zhì)能源利用原理與技術(shù)”教學(xué)改革初探[J].中國(guó)林業(yè)教育，2009，27（4）：64-67.