從傳統(tǒng)化工專業(yè)教育到新能源專業(yè)教育轉(zhuǎn)變的思考

葛武杰 馬先果 唐安江

摘 要：新能源專業(yè)是順應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的新形勢(shì)而開設(shè)的專業(yè)。與傳統(tǒng)的化工專業(yè)相比，新能源專業(yè)具有多學(xué)科交叉融合以及緊貼科學(xué)前沿等特點(diǎn)，新能源專業(yè)的教育模式也應(yīng)該與傳統(tǒng)化工專業(yè)教育有所區(qū)別。

關(guān)鍵詞：新能源專業(yè)；教育；教學(xué)模式

從能源的角度來(lái)看，傳統(tǒng)的化工專業(yè)教育是基于煤、石油和天然氣這三大能源為載體，而衍射出的多種化工相關(guān)過(guò)程和化學(xué)品加工工藝的分析和研究；而新能源專業(yè)教育是立足某些新形式的可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能和地?zé)崮艿?，圍繞其開發(fā)和利用而展開的分析和研究。

1 開設(shè)新能源專業(yè)的必要性

能源一直是一個(gè)國(guó)家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要保障。煤炭、石油等傳統(tǒng)的化石燃料在幫助國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了許多災(zāi)難性的問(wèn)題。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，以可再生和環(huán)保為特點(diǎn)的新能源逐步得到重視。新能源是借助新技術(shù)而開發(fā)利用的可再生能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、氫能、潮汐能等。[1]發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)既是對(duì)整個(gè)能源供應(yīng)系統(tǒng)的補(bǔ)充，也是實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)化發(fā)展的重要措施。從全球范圍來(lái)看，能源市場(chǎng)正處于轉(zhuǎn)型期。2016年，全球煤炭消費(fèi)減少了5300萬(wàn)噸油當(dāng)量，較2015年下降1.7%；除水電以外的可再生能源發(fā)電量增長(zhǎng)了14.1%，成為有記錄以來(lái)的最大增幅。英國(guó)的煤炭消費(fèi)甚至回落至兩百年前的水平，在2017年4月更是迎來(lái)了首個(gè)無(wú)煤發(fā)電日。在我國(guó)“十三五”發(fā)展規(guī)劃中也把新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列為重要發(fā)展方向。

在新能源產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的大背景下，新能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)科技人員和合格的產(chǎn)業(yè)工人需求量也隨之大幅上升，以及在“產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合”的思路推動(dòng)下，要做到產(chǎn)有所依，學(xué)有所用，各高校對(duì)新能源本科專業(yè)的開設(shè)和教育已刻不容緩，并且應(yīng)當(dāng)成為重中之重。澳大利亞的新南威爾士大學(xué)在2000年開設(shè)了光伏與太陽(yáng)能本科專業(yè)，2003年開設(shè)可再生能源工程專業(yè)，美國(guó)的俄勒岡州科技學(xué)院在2005年建立了可再生能源本科課程。[2]我國(guó)高校在新能源領(lǐng)域的教育培養(yǎng)方面起步較晚，2010年，經(jīng)教育部審批，在11所高校中首次開設(shè)了新能源科學(xué)與工程專業(yè)，截至2016年，開設(shè)該專業(yè)的院校數(shù)量已擴(kuò)大至78所。新能源專業(yè)是各專業(yè)融合過(guò)程中出現(xiàn)的新事物，同時(shí)也是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物。

2 新能源專業(yè)的特點(diǎn)

2.1 多學(xué)科交叉融合

新能源專業(yè)課程的本科教育主要是培養(yǎng)學(xué)生具備新能源相關(guān)的基礎(chǔ)理論以及掌握相關(guān)的基本方法，為以后從事新能源領(lǐng)域工作建立良好的理論基礎(chǔ)。新能源專業(yè)的教材內(nèi)容豐富，涉及的領(lǐng)域跨度較大，包括了太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能、氫能、電池等各種新型能源的研究開發(fā)與利用，涵蓋了材料化學(xué)、電子、固體物理學(xué)、機(jī)械、電化學(xué)、自動(dòng)控制等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，是多種學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物。[3]比如，講授燃料電池原理與關(guān)鍵技術(shù)時(shí)，就必須要涉及到材料的制備，材料的結(jié)構(gòu)缺陷化學(xué)，催化原理，催化劑的制備，氫氣的制備，氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，以及用碳?xì)浠衔餅槿剂蠒r(shí)的重整反應(yīng)，甚至還應(yīng)包含燃料電池汽車的控制、組裝和加氫站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2.2 緊跟科學(xué)前沿

目前，新能源的發(fā)展在全球范圍內(nèi)都處于一個(gè)黃金階段，各國(guó)對(duì)新能源的研發(fā)以及應(yīng)用方面都傾注了大量的心力。在新能源領(lǐng)域中，每年都有大量的最新研究成果，因此，新能源專業(yè)教育培養(yǎng)的教學(xué)教材和內(nèi)容也必須緊貼前沿發(fā)展，將最新的科研成果引入課堂，而不是一味地講授過(guò)時(shí)、淘汰的技術(shù)；讓學(xué)生掌握最新的行業(yè)動(dòng)態(tài)，做到學(xué)有所用；要讓學(xué)生了解學(xué)科前沿，接觸社會(huì)實(shí)際問(wèn)題，接受專業(yè)訓(xùn)練，成為有學(xué)科使命感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才。比如儲(chǔ)能電池相關(guān)的教學(xué)課程，就應(yīng)該減少鎳氫、鎳鎘電池的學(xué)時(shí)數(shù)量，重點(diǎn)講述目前常用的鋰離子電池以及正在研發(fā)的全固態(tài)電池、鋰硫電池和鋰空電池的關(guān)鍵技術(shù)及存在問(wèn)題。這些最前沿信息的介紹可以讓學(xué)生充分了解新能源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在瓶頸，有助于豐富學(xué)生專業(yè)研究興趣以及為學(xué)生畢業(yè)后工作的選擇提供參考依據(jù)。

3 新能源專業(yè)教育的獨(dú)特模式

3.1 課程設(shè)置

與傳統(tǒng)化工專業(yè)不同，新能源專業(yè)涵蓋了多類新能源，而且每一類新能源對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的要求不同，再者受到本科教學(xué)課時(shí)的限制，導(dǎo)致某一所學(xué)校不可能涉獵到所有的新能源研究領(lǐng)域。因此，在該專業(yè)課程的設(shè)置方面，學(xué)校應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)以及地域的優(yōu)勢(shì)，選擇某幾個(gè)領(lǐng)域作為本科教學(xué)的重點(diǎn)，讓學(xué)生深度掌握，其他領(lǐng)域的課程可以考慮以導(dǎo)論的形式或者以選修課的形式講授。

從新能源行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展來(lái)看，由于新能源形式的不穩(wěn)定性，完全依靠單種形式的新能源無(wú)法保證企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，本科高校在設(shè)置課程方面，可以以太陽(yáng)能為主，兼顧水能、風(fēng)能和生物質(zhì)能，注重幾種形式能源的有效互補(bǔ)。

3.2 教學(xué)方式

現(xiàn)在各高校普遍使用的是多媒體教學(xué)方式，在制作PPT課件時(shí)，應(yīng)精心準(zhǔn)備相關(guān)的動(dòng)畫視頻資料以及真實(shí)的場(chǎng)景圖片。如講授圓柱鋰離子電池與軟包鋰離子電池在安全控制方面的差別時(shí)，可以在電子課件中添加兩種電池在過(guò)熱、短路或過(guò)充等造成電池?zé)崾Э氐那闆r下發(fā)生一系列變化的動(dòng)畫視頻，這樣比單純文字性的描述更容易吸引學(xué)生的關(guān)注，并且還可以形象直觀地看到兩個(gè)電池對(duì)于熱失控的反應(yīng)，便于學(xué)生記憶和掌握；講解圓柱鋰離子電池制造過(guò)程時(shí)，可以加入制漿、涂布、烘干、卷繞等工藝的生產(chǎn)視頻。

此外，如今是“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代，在這樣的時(shí)代下，知識(shí)獲取和教育傳授方式發(fā)生著革命性的變化。新能源專業(yè)的教育應(yīng)該借助互聯(lián)網(wǎng)，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，充分培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)。例如，筆者將學(xué)生以每組3～5個(gè)人劃分為若干小組，提前一周將制作好的講授視頻、PPT課件以及教學(xué)大綱發(fā)送到班級(jí)交流群里，上課時(shí)隨機(jī)抽選某一組學(xué)生代表講述該課時(shí)內(nèi)容，教師與其他小組人員進(jìn)行補(bǔ)充。通過(guò)這種方式，完全將學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂的主體，不再是教師唱獨(dú)角戲的模式。教師通過(guò)聆聽(tīng)可以了解學(xué)生的盲點(diǎn)，有針對(duì)性的進(jìn)行答疑講解，學(xué)生也可鍛煉文獻(xiàn)調(diào)研、歸納總結(jié)的能力以及表達(dá)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)

工科類高校本科教育的目的更重要的是培養(yǎng)具有理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的應(yīng)用型人才，因此在培養(yǎng)方案中都會(huì)設(shè)置專業(yè)實(shí)踐課程，實(shí)行校企合作。傳統(tǒng)化工專業(yè)的實(shí)踐場(chǎng)所一般都會(huì)安排在大型化工廠內(nèi)。如筆者所在的學(xué)校安排化工專業(yè)的學(xué)生在貴州開磷集團(tuán)實(shí)習(xí)，在這種現(xiàn)代化大型化工企業(yè)中，學(xué)生能夠接觸到礦業(yè)、磷化工、煤化工、氯堿化工、氟化工和硅化工等，在實(shí)踐中認(rèn)知到所學(xué)的全部化工方面知識(shí)，可以做到基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)全面化的結(jié)合。而新能源專業(yè)在安排學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)面臨的難度較大。由于新能源專業(yè)的多元化特點(diǎn)，企業(yè)很難同時(shí)涉及多種新能源，甚至有些企業(yè)只是涉及到某種新能源開發(fā)利用過(guò)程中的個(gè)別環(huán)節(jié)。導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中只能認(rèn)知到所學(xué)專業(yè)中的一小部分內(nèi)容，缺乏全面、連貫性的產(chǎn)業(yè)鏈的認(rèn)知。學(xué)校在新能源專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)該充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽等環(huán)節(jié)，多角度、全方位的培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新能源專業(yè)的認(rèn)知能力，將學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)在校學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中。

其次，在實(shí)踐的方式中，應(yīng)順應(yīng)科技變革，建設(shè)各類新能源產(chǎn)業(yè)的仿真實(shí)驗(yàn)室，做到虛實(shí)結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

新能源產(chǎn)業(yè)是順應(yīng)時(shí)代潮流的產(chǎn)物，并且是正在快速發(fā)展壯大的產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)的化工專業(yè)教育無(wú)法滿足新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才需求。雖然我國(guó)已經(jīng)構(gòu)建了新能源專業(yè)教育體系，但是面對(duì)新時(shí)代新形勢(shì)新要求，開設(shè)新能源專業(yè)的學(xué)校仍然存在一些普遍性的突出問(wèn)題，也可以說(shuō)是該專業(yè)建設(shè)的突出薄弱環(huán)節(jié)和重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題。一是理念滯后，面對(duì)洶涌而來(lái)的新一輪世界范圍的科技產(chǎn)業(yè)變革，辦學(xué)理念仍然因循守舊，跟不上時(shí)代的步伐，模式和方法創(chuàng)新性不夠，內(nèi)容更新緩慢，滯后于時(shí)代的變革；二是投入不到位，包括領(lǐng)導(dǎo)、教師和學(xué)生的精力以及教育資源、資金投入的不到位；三是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和政策機(jī)制的導(dǎo)向存在問(wèn)題，評(píng)價(jià)系統(tǒng)不能充分對(duì)應(yīng)新工科的大背景。再者，由于與傳統(tǒng)化工專業(yè)教育差別較大，專業(yè)的課程設(shè)置和培養(yǎng)方案仍不成熟，比如，各大高校的研究生招生考試專業(yè)科目設(shè)置上大相徑庭。這些都需要繼續(xù)探索，不斷優(yōu)化，才能更好地為新能源產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)出優(yōu)秀的人才，為國(guó)家能源的可持續(xù)健康發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]徐志祥，王謙.關(guān)于新能源科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐的思考[J].課程教育研究，2017（22）：219-221.

作者簡(jiǎn)介：葛武杰（1989-），男，山西運(yùn)城人，博士，研究方向：儲(chǔ)能材料與器件。