通識(shí)教育選修課《新能源技術(shù)》教學(xué)模式探討

蘭偉 謝二慶

摘 要： 能源是人類社會(huì)存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)化石能源面臨枯竭，同時(shí)能源消耗給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞，新能源可有效改變能源結(jié)構(gòu)，增加能源供應(yīng)量，因此受到國(guó)家高度重視。以通識(shí)教育選修課形式在大學(xué)開設(shè)《新能源技術(shù)》課，給大學(xué)生普及新能源知識(shí)，開展新能源教育具有重要作用和意義。由于課程自身特點(diǎn)、課時(shí)限制和授課對(duì)象專業(yè)背景差異等因素，我們?cè)谡n程教學(xué)模式上進(jìn)行了探索性改革，目的在于讓不同專業(yè)背景學(xué)生群體都能受益，取得理想的教學(xué)效果，并為學(xué)生就業(yè)選擇和學(xué)業(yè)深造提供適當(dāng)參考。

關(guān)鍵詞： 新能源；選修課；教學(xué)模式改革；大學(xué)生

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7615（2018）06-0089-03

DOI：10.15958/j.cnki.jywhlt.2018.06.018

能源是人類社會(huì)存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著特別重要的戰(zhàn)略地位。隨著科技不斷進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來越大，全球尤其是發(fā)展中國(guó)家的能源需求增速更快，但是傳統(tǒng)不可再生能源面臨枯竭，因此能源短缺問題日趨嚴(yán)峻。大量化石能源消耗同時(shí)給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞，給國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略造成沉重壓力。中國(guó)目前能源供需矛盾尖銳，能源結(jié)構(gòu)仍是以傳統(tǒng)的煤炭、石油、天然氣為主，其他新能源為輔。新能源是除傳統(tǒng)化石能源之外的其它可再生能源[1]，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、核能、生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)崮艿?。發(fā)展和推廣新能源技術(shù)不僅可以改變現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)，增加能源供應(yīng)量，還可以有效保障國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略順利實(shí)施。近年來，隨著國(guó)家對(duì)新能源的重視，投入力度不斷加大，新能源技術(shù)發(fā)展非常迅速。為應(yīng)對(duì)新一輪產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動(dòng)服務(wù)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展重大戰(zhàn)略實(shí)施，支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，迫切需要復(fù)合型科技人才，特別是培養(yǎng)新工科高層次人才顯得尤為重要。在傳統(tǒng)理科見長(zhǎng)的綜合研究型大學(xué)，如蘭州大學(xué)，學(xué)生基礎(chǔ)理論扎實(shí)，但是知識(shí)應(yīng)用能力相對(duì)薄弱，因此有必要為學(xué)生開設(shè)《新能源技術(shù)》通識(shí)教育選修課，普及新能源知識(shí)，開展新能源教育，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與能力。這對(duì)于培養(yǎng)符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需要的復(fù)合型科技人才具有重要作用和意義。

一、課程教學(xué)理念與目標(biāo)

隨著中國(guó)現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的日益強(qiáng)大，國(guó)際社會(huì)影響力逐漸提升，國(guó)家需要具有寬廣的國(guó)際視野、扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，開拓進(jìn)取的創(chuàng)新能力的科技人才。作為人才培養(yǎng)的主體，高校肩負(fù)了主要責(zé)任。在傳統(tǒng)理科見長(zhǎng)的綜合研究性大學(xué)，基于學(xué)生特點(diǎn)有必要通過通識(shí)教育選修課的方式，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，將基礎(chǔ)與應(yīng)用并重，促進(jìn)學(xué)科交叉，提高科學(xué)素養(yǎng)與能力，以滿足國(guó)家對(duì)高水平新工科人才的需要。

《新能源技術(shù)》是一門科學(xué)素質(zhì)教育選修課，圍繞國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，普及新能源知識(shí)，使大學(xué)生了解新能源技術(shù)的基本科學(xué)原理、發(fā)展現(xiàn)狀、科學(xué)前沿和未來發(fā)展趨勢(shì)[2]，并為有志于將來從事新能源相關(guān)工作和研究的同學(xué)提供參考。

二、課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)特點(diǎn)

通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解目前能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、新能源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，重點(diǎn)掌握太陽(yáng)能利用的三種類型，包括光利用，熱利用，光化學(xué)利用。光利用方面，主要掌握光伏發(fā)電的基本原理，各類太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)、制備技術(shù)、發(fā)電系統(tǒng)和科學(xué)前沿問題。熱利用方面，主要掌握太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的基本原理和幾種不同形式的熱發(fā)電系統(tǒng)；光化學(xué)利用方面，了解光化學(xué)反應(yīng)的基本原理和前沿技術(shù)問題，如光催化降解、產(chǎn)氫、還原等技術(shù)的現(xiàn)狀和存在的問題。掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理、風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與類型，中國(guó)風(fēng)力資源利用的現(xiàn)狀與存在問題。掌握電能儲(chǔ)存技術(shù)的類型和特點(diǎn)，包括電池和超級(jí)電容器的基本原理，優(yōu)勢(shì)與不足、發(fā)展前沿和面臨的技術(shù)難題。熟悉核能利用的兩種類型重核裂變與輕核聚變的原理，核電站用反應(yīng)堆發(fā)電的種類，核泄漏的危害。熟悉氫能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、潮汐能等發(fā)電[3]的基本原理、利用現(xiàn)狀和存在的技術(shù)問題等。其教學(xué)特點(diǎn)主要體現(xiàn)為如下幾個(gè)方面。

其一，教學(xué)內(nèi)容涉及面廣。新能源涵蓋范圍較廣，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、核能、生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)崮艿?。由于各個(gè)國(guó)家尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視，大量資金投入和政策支持，新能源發(fā)展相當(dāng)迅速，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，而且產(chǎn)業(yè)化程度越來越高，因此該課程教學(xué)內(nèi)容更新速度較快，這給授課老師的教學(xué)準(zhǔn)備工作帶來了挑戰(zhàn)，要求老師及時(shí)掌握科學(xué)前沿進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)，不斷補(bǔ)充更新完善教案和PPT內(nèi)容。

其二，課程內(nèi)容理論性強(qiáng)。新能源技術(shù)屬于多學(xué)科交叉課程，主要涉及物理、化學(xué)、生物、材料等。課程內(nèi)容理論比較強(qiáng)，譬如太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，涉及固體物理、半導(dǎo)體物理、電子技術(shù)等，這些內(nèi)容一般屬于物理學(xué)本科生必修課，理論深且抽象，但是選修通識(shí)教育課的大多數(shù)學(xué)生沒有基礎(chǔ)知識(shí)，且授課學(xué)時(shí)非常有限，僅36課時(shí)，所以老師需要將復(fù)雜理論簡(jiǎn)化成直觀的簡(jiǎn)單圖形，使用通俗易懂的語(yǔ)言把知識(shí)點(diǎn)介紹清楚，方便學(xué)生理解接受，這是課堂教學(xué)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

其三，選課學(xué)生專業(yè)差異大?！缎履茉醇夹g(shù)》是面向全校學(xué)生開設(shè)的通識(shí)教育選修課，選課人數(shù)都在100人以上。選課學(xué)生來自不同學(xué)院專業(yè)，如物理、化學(xué)、生物、材料、信息等專業(yè)，甚至包括文科院系專業(yè)學(xué)生，所以學(xué)生知識(shí)背景差異非常大，如何將新能源技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，尤其是基本原理講授清楚，方便不同專業(yè)背景同學(xué)都能接受是教學(xué)環(huán)節(jié)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

三、課程教學(xué)方式

《新能源技術(shù)》屬于交叉科學(xué)類課程，教學(xué)內(nèi)容涉及面非常廣，包含復(fù)雜的理論基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)在的科技產(chǎn)品，還有科學(xué)前沿問題，而且授課對(duì)象為全校不同專業(yè)背景的大學(xué)生，在短短36課時(shí)教學(xué)過程中全面講授這些內(nèi)容是不可能的，因此需要在教學(xué)方法和形式上進(jìn)行改革創(chuàng)新。采用課堂教學(xué)與課下自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的綜合型教學(xué)模式，在課堂講授中偏重基本原理及其產(chǎn)品應(yīng)用的介紹，課下采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的探索型和研究型自主學(xué)習(xí)方式，進(jìn)行過程指導(dǎo)。為了方便老師和學(xué)生相互交流，以及過程指導(dǎo)，網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)是不可或缺的，譬如微信群、QQ群等。給學(xué)生布置調(diào)研類作業(yè)，例如以“硅基太陽(yáng)能電池發(fā)展?fàn)顩r”為題目，讓學(xué)生自由組合學(xué)習(xí)小組，根據(jù)不同專業(yè)背景學(xué)生的特點(diǎn)，可從不同側(cè)面進(jìn)行探索型學(xué)習(xí)調(diào)研，理科背景學(xué)生從電池效率提升方面調(diào)研，工科背景學(xué)生從企業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀方面調(diào)研，文科背景學(xué)生從產(chǎn)品價(jià)格、普及率和老百姓認(rèn)可度等方面調(diào)研，即同一個(gè)題目可以從不同的方面進(jìn)行調(diào)查研究。充分利用網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，對(duì)學(xué)生調(diào)研過程給予過程指導(dǎo)，同時(shí)方便不同學(xué)習(xí)小組交流經(jīng)驗(yàn)、展示調(diào)研報(bào)告、PPT內(nèi)容匯報(bào)等[4]。這個(gè)過程首先鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；其次學(xué)生可以從不同背景學(xué)習(xí)小組的調(diào)研結(jié)果中進(jìn)行相互學(xué)習(xí)，共同成長(zhǎng)；最后鍛煉了學(xué)生的總結(jié)、撰寫和語(yǔ)言表達(dá)能力。目前，大學(xué)基本上都設(shè)立了各種不同類型面向本科生的科研訓(xùn)練項(xiàng)目，譬如國(guó)家級(jí)/校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、

？?jī)伲?政基金、基地班創(chuàng)新基金等，鼓勵(lì)大學(xué)生積極申請(qǐng)和參與新能源技術(shù)相關(guān)的各類科研活動(dòng)，提高科研參與的積極性，讓學(xué)生主動(dòng)加入老師們的科研團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行新能源技術(shù)相關(guān)的研究型學(xué)習(xí)。

四、考核方法改革

作為通識(shí)教育選修課，期末通常采用開卷考試方式，最后以出勤率和期末論文兩項(xiàng)按照一定比例給出總成績(jī)。在實(shí)際教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生選課積極性非常高，以物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)生為例，全院一個(gè)年級(jí)有近一半的學(xué)生選修《新能源技術(shù)》課。學(xué)生上課出勤率也非常高，幾乎沒有缺課現(xiàn)象，這說明大學(xué)生非常喜歡該課程。相比出勤率，學(xué)生對(duì)期末論文的完成情況不是太理想，多數(shù)學(xué)生從網(wǎng)上下載資料進(jìn)行摘抄，缺乏獨(dú)立思考再整理。因此有必要采用上述任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式，給學(xué)生布置調(diào)研課題，由學(xué)習(xí)小組成員共同完成調(diào)研任務(wù)，撰寫調(diào)研報(bào)告，并以PPT報(bào)告錄制5-10分鐘小視頻，在網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)上共享，大家共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。將調(diào)研成績(jī)按照一定比例算入總成績(jī)。期末論文內(nèi)容不限，與新能源技術(shù)相關(guān)即可，采用科技論文模式撰寫成文，通過該過程，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生撰寫科技論文的水平和能力。因此，在總評(píng)成績(jī)中加入調(diào)研成績(jī)，降低期末論文比重，使成績(jī)更能真實(shí)反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

五、結(jié)語(yǔ)

在傳統(tǒng)理科見長(zhǎng)的綜合研究性大學(xué)，面上全校學(xué)生開設(shè)《新能源技術(shù)》通識(shí)教育選修課，由于課程自身特點(diǎn)、課時(shí)限制和學(xué)生知識(shí)背景差異大等因素，我們?cè)谡n程教學(xué)模式上進(jìn)行了探索性改革，將課堂教學(xué)與課下自主學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，主要目的是讓不同專業(yè)背景學(xué)生群體都能通過選修該課程得到收獲，拓寬學(xué)生知識(shí)面，開展新能源教育，了解科學(xué)前沿問題，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和能力，同時(shí)為學(xué)生就業(yè)選擇和學(xué)業(yè)深造提供適當(dāng)參考。

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（責(zé)任編輯：楊軍昌）