“新工科”建設(shè)背景下新能源科學(xué)與工程專業(yè)能源化學(xué)教學(xué)模式探索與實踐

楊帆 靳登超 裴舒蕓 鮑振博 楊磊 王莉

摘 要：為了迎接新經(jīng)濟時代的機遇和挑戰(zhàn)，我國高等工程教育正在積極推進"新工科"建設(shè)及其教學(xué)改革。本文針對"新工科"建設(shè)背景下新能源科學(xué)與工程專業(yè)的能源化學(xué)課程的教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念和教學(xué)模式進行深入探討和分析，提出注重學(xué)科交叉整合，加強實踐教學(xué)和科研創(chuàng)新活動，結(jié)合學(xué)生社會能力和職業(yè)素養(yǎng)培育的教學(xué)改革方案，為新能源和能源環(huán)保領(lǐng)域培養(yǎng)綜合性、復(fù)合型工程技術(shù)人才提供相應(yīng)的參考。

關(guān)鍵詞：新工科；新能源科學(xué)與工程；能源化學(xué)；教學(xué)改革

當今世界知識經(jīng)濟大發(fā)展，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的浪潮滾滾而來，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新興產(chǎn)業(yè)極大地推動了世界經(jīng)濟和工業(yè)的發(fā)展。各發(fā)達國家已經(jīng)在上述新興技術(shù)領(lǐng)域和先進制造技術(shù)領(lǐng)域做出重大戰(zhàn)略部署，意在建立具有核心競爭力的新型經(jīng)濟和工業(yè)體系，增強綜合國力[1]。

高等工程教育院校是為社會培養(yǎng)工程科技人才的基地。為實現(xiàn)新科技和產(chǎn)業(yè)革命的蓬勃發(fā)展，歐美主要發(fā)達國家都發(fā)布了關(guān)于大力推進工程教育改革的前瞻性戰(zhàn)略報告，如美國的《培育2020的工程師：為新世紀而改革工程教育》（2005）、《國家行動計劃：應(yīng)對美國科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育系統(tǒng)的緊急需要》（2007）等，歐洲的“加強歐洲工程教育”（E4）、“歐洲工程的教學(xué)與研究”（TREE）等，均為歐美各國高等工程教育改革與發(fā)展產(chǎn)生了重要而深遠的影響[2]。2016年我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，標志著我國高校工程教育全面融入世界，實現(xiàn)國際實質(zhì)等效，但我國高校工程教育普遍存在滯后社會需求的問題。

2017年2月，教育部積極推進新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強國建設(shè)。

“新工科”是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求 而提出的我國工程教育改革方向。新工科專業(yè)，主要指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、智能科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)?！靶鹿た啤比瞬啪哂泄こ虒嵺`能力強、創(chuàng)新能力強和高國際競爭力，著眼于互聯(lián)網(wǎng)革命、新技術(shù)發(fā)展、制造業(yè)升級等時代特征，培養(yǎng)學(xué)生快速學(xué)習(xí)新事物的能力，將科學(xué)、人文、工程交叉融合在一起，具備整合能力、全球視野、領(lǐng)導(dǎo)能力和實踐能力，成為人文科學(xué)和工程領(lǐng)域的領(lǐng)袖人物[3]。“新工科”建設(shè)對于我國推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，實現(xiàn)“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“人工智能2.0”等重大戰(zhàn)略具有重大意義。

新能源科學(xué)與工程專業(yè)作為新工科專業(yè)，主要針對國家能源領(lǐng)域的發(fā)展需求，著重培養(yǎng)學(xué)生在風能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源領(lǐng)域和節(jié)能減排領(lǐng)域的開發(fā)研究、工程設(shè)計、優(yōu)化運行及生產(chǎn)管理工作的能力，為我國新能源產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)跨學(xué)科復(fù)合型工程技術(shù)人才，和具有較強工程實踐和創(chuàng)新能力的專門人才。

新能源領(lǐng)域和傳統(tǒng)能源節(jié)能減排領(lǐng)域的開發(fā)研究、工程設(shè)計、優(yōu)化運行及生產(chǎn)管理綜合素質(zhì)和能力的提升離不開能源化學(xué)課程的培養(yǎng)和實踐。含碳能源（煤、石油和天然氣）的高效潔凈利用及具有清潔、低碳、可再生等優(yōu)勢的太陽能、風能、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)和利用成為未來中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，為適應(yīng)我國新能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實需求和彌補其未來發(fā)展的人才需求缺口，能源化學(xué)課程必須結(jié)合“新工科”建設(shè)的要求，從教學(xué)目標重新定位、教學(xué)內(nèi)容重新優(yōu)化、教學(xué)理念的革新和教學(xué)模式的改革四個方面著力，為培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力強的復(fù)合型“新工科”人才不斷努力。

1 能源化學(xué)教學(xué)培養(yǎng)目標

新經(jīng)濟時代需要具有全球視野、跨學(xué)科整合能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力的綜合性、復(fù)合型工程科技人才。能源化學(xué)的教學(xué)目標就不僅是傳授扎實的能源專業(yè)知識，而且應(yīng)具有“學(xué)科交叉融合”特點，應(yīng)該結(jié)合當今能源環(huán)境領(lǐng)域最新發(fā)展方向，加強能源化學(xué)與機械設(shè)計、化工設(shè)計、電廠化學(xué)、材料科學(xué)、能源儲存、節(jié)能減排和新型環(huán)保技術(shù)革新等學(xué)科的相互滲透，促進融合，使得學(xué)生具有“大工程觀”?！按蠊こ逃^”還強調(diào)“回歸工程設(shè)計”[4]，注重工程教育的應(yīng)用實踐性，所以還應(yīng)加強能源化學(xué)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將課程的基本理論、基本設(shè)計和學(xué)生的基本操作實踐技能有機的綜合在一起，學(xué)以致用，極大地提升學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力。

2能源化學(xué)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化梳理

基于目前新能源和能源環(huán)境領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和人才需求的現(xiàn)實背景，結(jié)合本校教學(xué)科研主要發(fā)展方向，能源化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)主要包括：（1）傳統(tǒng)化石能源（煤、石油和天然氣）的高效利用和節(jié)能減排技術(shù)；（2）新能源（太陽能、生物質(zhì)能和氫能等）化工過程的工程研發(fā)技術(shù)；（3）新型儲能材料及新能源轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)；（4）環(huán)境友好材料及凈水技術(shù)研發(fā)。目前適合于新能源科學(xué)與工程專業(yè)的能源化學(xué)特色教材比較少，為此選擇李文翠等主編，化學(xué)工業(yè)出版社發(fā)行的《能源化學(xué)工程概論》為授課參考教材，并參考化學(xué)工業(yè)出版社發(fā)行的多部教材，如陳軍，陶占良主編的《能源化學(xué)》，袁權(quán)主編的《能源化學(xué)進展》；周基樹等主編，西安交通大學(xué)出版社發(fā)行的《能源環(huán)境化學(xué)》。對某些教學(xué)內(nèi)容進行適當調(diào)整，對傳統(tǒng)學(xué)科的一般性內(nèi)容大量融合和壓縮，保留重要的基本內(nèi)容，同時結(jié)合當前新能源和環(huán)境保護領(lǐng)域研究熱點問題，新增相關(guān)的前沿熱點知識內(nèi)容。

能源化學(xué)是一門內(nèi)容豐富又與多學(xué)科交叉的課程，不同的能源技術(shù)包含化學(xué)、化工、物理、材料、機械、電學(xué)、熱力學(xué)和控制理論等多門類學(xué)科知識，所以授課過程中涉及到其他學(xué)科知識要注重引導(dǎo)學(xué)生回憶已學(xué)知識和靈活運用于本課程學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科整合能力。另一方面，將本門課的理論學(xué)習(xí)與實際問題緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的興趣和思考。運用研究性、案例型教學(xué)，使得重要的知識點均與實際工程工藝或技術(shù)難點案例剖析相結(jié)合，變枯燥知識為生動的案例，培養(yǎng)和提高學(xué)生從事能源與環(huán)境領(lǐng)域開發(fā)研究、工程設(shè)計及生產(chǎn)管理的能力，努力使其成為創(chuàng)新和實踐能力強的應(yīng)用型人才。

3.能源化學(xué)教學(xué)理念革新

教學(xué)理念是對學(xué)校教育和學(xué)生認識的集中體現(xiàn)，明確表達的教學(xué)理念對教學(xué)活動有極其重要的指導(dǎo)意義[5]?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)以創(chuàng)新驅(qū)動為核心，在關(guān)鍵領(lǐng)域和核心技術(shù)方面占據(jù)創(chuàng)新制高點，實現(xiàn)提升我國科技綜合競爭力和國際影響力的戰(zhàn)略目標，并在更大程度上提升國民的整體綜合素質(zhì)水平，增強大學(xué)生的社會責任感和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力[4]。傳統(tǒng)教學(xué)理念已經(jīng)無法滿足“新工科”人才培養(yǎng)需求，必須轉(zhuǎn)向以促進人的全面發(fā)展為核心，實踐教學(xué)與能力培養(yǎng)為突破口，學(xué)生知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的新型教學(xué)理念。

首先應(yīng)突顯綜合性、復(fù)合型人才培養(yǎng)的中心地位?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)強調(diào)個人的綜合素質(zhì)得以提升。首先，學(xué)生個體的個性化得到更大程度的發(fā)展，如興趣和特長得到更充分的挖掘，創(chuàng)新和創(chuàng)造能力得到更全面的指導(dǎo)與培養(yǎng)等；其次，學(xué)生個體的社會化能力提升，通過學(xué)習(xí)構(gòu)筑自身的認知體系，能夠更為積極主動地適應(yīng)社會、融入社會，掌握并認同社會的知識和規(guī)范，自身的社會責任感和歷史使命感不斷增強。另一方面，學(xué)生個體的跨界整合能力得以發(fā)展。通過不同學(xué)科、領(lǐng)域知識的交叉融合學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解和理解世界上不同國家的文化、習(xí)俗和思維方式的特點與差異，學(xué)生主動融入和參與國際合作事務(wù)的能力得到提升；學(xué)生具備較強的組織、管理和領(lǐng)導(dǎo)才能，能夠適應(yīng)新經(jīng)濟的現(xiàn)實需求和未來發(fā)展趨勢，擁有較強的跨界整合能力[4]。所以能源化學(xué)的授課過程中應(yīng)注重多學(xué)科融合，為學(xué)生設(shè)計自由討論課題，鼓勵學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、各類英語、計算機和學(xué)科相關(guān)競賽等活動項目，營造個性化的教育環(huán)境和氛圍； 其次，提倡寬容精神與師生互動，承認并尊重學(xué)生的個性差異，為每一位學(xué)生個性的展示與發(fā)展提供平等機會和條件，給個性的健康發(fā)展提供寬松的生長空間[5]。課堂教學(xué)的手段應(yīng)向?qū)嵺`化、信息網(wǎng)絡(luò)化延伸；教授內(nèi)容應(yīng)向國際前沿和實際生產(chǎn)生活延伸，將學(xué)生視野從書本拓展至互聯(lián)網(wǎng)、延伸至國際領(lǐng)域。

4.能源化學(xué)教學(xué)模式改革

基于“新工科”建設(shè)背景，能源化學(xué)課程的教學(xué)模式應(yīng)逐步向“教學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)化”、“側(cè)重工程應(yīng)用的教學(xué)實踐化”和“跨學(xué)科教學(xué)融合化”的方向發(fā)展，并強調(diào)學(xué)生社會能力和職業(yè)素養(yǎng)的鍛煉和培育。新經(jīng)濟時代“互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”、“人工智能”、“先進制造”等新興事物層出不窮，知識的更新速率更是呈幾何級數(shù)倍增，僅僅依靠課本或圖書已經(jīng)不能滿足學(xué)生對專業(yè)前沿方向知識的追求。課堂教學(xué)中應(yīng)結(jié)合電教、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫等多重手段，引領(lǐng)學(xué)生對新知識的掌握和渴求；指導(dǎo)學(xué)生自主通過互聯(lián)網(wǎng)或數(shù)據(jù)庫查閱文獻資料和電子書；引導(dǎo)和組織學(xué)生以團隊討論的形式分析問題和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和團隊協(xié)作的精神。能源化學(xué)是一門理論和實踐性并重的學(xué)科，加強和改革實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅有利于理論知識的理解和深化，還鍛煉了學(xué)生的實踐動手能力，分析問題和解決問題的能力，更激發(fā)了學(xué)生探索未知的積極主動性。能源利用和化工污染控制技術(shù)實驗技能的培養(yǎng)主要包括：通過獨立查閱文獻資料熟悉基本實驗原理，設(shè)計實驗方案，掌握常規(guī)化學(xué)實驗規(guī)范和方法，熟練操作常規(guī)化學(xué)實驗儀器，數(shù)據(jù)處理和分析，綜合運用所學(xué)知識解決問題。在此過程中老師啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，獨立操作或團隊協(xié)作，培養(yǎng)和提升學(xué)生綜合素質(zhì)。此外，鼓勵學(xué)生參與教師的科研項目，申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，參與各類學(xué)科競賽活動，創(chuàng)造條件讓學(xué)生盡早參與創(chuàng)新性實驗，增強學(xué)生創(chuàng)新實踐能力、邏輯思維能力和團隊協(xié)作能力。

5.結(jié)語

在“新工科”建設(shè)背景下，結(jié)合新能源及能源環(huán)保領(lǐng)域?qū)π履茉纯茖W(xué)與工程專業(yè)的人才需求，對該專業(yè)開設(shè)的能源化學(xué)課程教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念和教學(xué)模式等方面的改革和實踐進行探討。轉(zhuǎn)變和提升教學(xué)目標，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科整合能力、實踐創(chuàng)新能力和社會化能力。優(yōu)化和融合多學(xué)科知識，運用研究性、案例型教學(xué)深化理解能源化學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生具備解決工程實際問題能力。教學(xué)理念應(yīng)以人的全面發(fā)展為核心，實踐教學(xué)與能力培養(yǎng)為突破口，實現(xiàn)學(xué)生各方面素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。教學(xué)模式逐步向“教學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)化”、“側(cè)重工程應(yīng)用的教學(xué)實踐化”和“跨學(xué)科教學(xué)融合化”的方向發(fā)展，強調(diào)提升學(xué)生社會能力和職業(yè)素養(yǎng)，為新經(jīng)濟和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供綜合性、復(fù)合型人才。

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作者簡介：

楊帆（1983.11-），女，河南新鄉(xiāng)人，現(xiàn)為天津農(nóng)學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院教師，工學(xué)博士，講師。

*基金項目：2014年度國家自然科學(xué)基金資助項目“再生水管網(wǎng)生物膜中微生物代謝產(chǎn)物對水泥內(nèi)襯管的腐蝕機理（項目編號：51308392）”