建設(shè)一流能源類課程教學模式的創(chuàng)新與實踐
——以“生物質(zhì)能”為例

趙 亮 田玉蘭 潘亞娣

(南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，江蘇 南京 210037)

能源類專業(yè)主要包括能源與動力工程、新能源科學與工程、過程裝備與控制工程等[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國共有200所以上高校開設(shè)上述及相關(guān)專業(yè)，數(shù)十年以來，能源類專業(yè)源源不斷地為我國能源領(lǐng)域培養(yǎng)了大批高水平專業(yè)人才。以南京林業(yè)大學為例，自2000年開始，在林科院校中首先開設(shè)了能源(熱能)與動力工程專業(yè)，之后依次開辦了過程裝備與控制工程、新能源科學與工程兩個本科專業(yè)，并于2018年開始實施能源類大類本科招生及培養(yǎng)方案，同時于2019年開始招收動力工程及工程熱物理學術(shù)型碩士研究生，目前累計培養(yǎng)能源類本科畢業(yè)生4 000余人。

課程建設(shè)始終是本科人才培養(yǎng)的關(guān)鍵點之一。南京林業(yè)大學在能源類課程建設(shè)過程中，密切結(jié)合林科院校特色，緊跟國家可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略，并注重農(nóng)林生物質(zhì)能的教學與實踐。我校現(xiàn)已開設(shè)生物質(zhì)及生物質(zhì)能相關(guān)本科課程有：“生物質(zhì)能”、“生物質(zhì)能源工程與技術(shù)”、“生物質(zhì)能源與化學品”等近20門，主要涉及能源動力類(具有相應(yīng)碩士點)、木材科學與工程(雙一流學科)、材料科學與工程(具有相應(yīng)碩士點)等多個本科專業(yè)。其中，“生物質(zhì)能”為能源與動力工程的專業(yè)必修課程，這門課程既是一門基礎(chǔ)理論類課程，又是一門技術(shù)應(yīng)用類課程，也是一門實踐運用類課程；既是一門專業(yè)類課程，又是一門通識類課程，也是一門思政類課程?！吧镔|(zhì)能”課程內(nèi)容主要包括生物質(zhì)能概述、生物質(zhì)物理轉(zhuǎn)化技術(shù)及應(yīng)用、生物質(zhì)熱化學技術(shù)及應(yīng)用、生物質(zhì)生物化學轉(zhuǎn)化技術(shù)及應(yīng)用等，這些課程內(nèi)容與熱工基礎(chǔ)課程(工程熱力學、工程流體力學和傳熱學)和熱工專業(yè)課程(鍋爐原理與設(shè)備、燃燒學、換熱器原理與設(shè)計)等密切相關(guān)，課程內(nèi)容所涉及到的專業(yè)知識點較為重要，且在實際教學過程中存在一些難點，因而該課程的教學模式亟需開展創(chuàng)新與實踐。2019年10月，教育部發(fā)布建設(shè)一流本科課程的實施意見，全面推進課程教學質(zhì)量提升。2020年，國家大力開展課程思政建設(shè)，在專業(yè)課程建設(shè)過程中牢牢樹立正確的思政價值導向[2]。這些政策和戰(zhàn)略也為《生物質(zhì)能》教學模式的創(chuàng)新與實踐提供了有力的指引和新的研究思路?；谝涣髡n程建設(shè)背景下，通過對《生物質(zhì)能》教學模式進行必要的改革和創(chuàng)新，所獲得的教學成效和經(jīng)驗總結(jié)將會顯著提升本課程的教學質(zhì)量，同時也為能源類課程的教學改革提供研究思路。

1 “生物質(zhì)能”教學現(xiàn)狀與思考

目前，南京林業(yè)大學“生物質(zhì)能”為大四上學期課程，每次開課學生人數(shù)為兩至三個班級(50～90人)，每周3課時，共計32課時。經(jīng)過該課程接近十年的實際教學過程，發(fā)現(xiàn)仍存在以下一些教學難點：(1)課程價值的精準引導；(2)教與學模式成效的再提高；(3)理論知識與實際應(yīng)用的充分結(jié)合；(4)課程考核評價體系的科學建立；(5)課程教學改革成果的總結(jié)與延伸。鑒于上述教學過程存在的難點，擬基于國家建設(shè)一流本科課程的背景，結(jié)合課程思政的發(fā)展趨勢，并考慮我校實際教學要求，針對《生物質(zhì)能》的教學模式開展相應(yīng)創(chuàng)新與實踐，為培養(yǎng)更高質(zhì)量的能源類本科人才添磚加瓦。

2 “生物質(zhì)能”教學模式的創(chuàng)新與實踐

為提高“生物質(zhì)能”課程教學質(zhì)量，使得學生更好的掌握本課程的知識內(nèi)容，從而對能源領(lǐng)域具有更深入的認識，本教改課題組對“生物質(zhì)能”教學模式進行了創(chuàng)新與實踐。首先，從課程思政入手，構(gòu)建完善的課程價值體系，然后針對不同線上線下教學模式，尋求更為高效的有機結(jié)合方式，同時注重理論知識與實際應(yīng)用的充分結(jié)合，進而建立科學的課程成績考核評價機制，并最終做好課程教改成果的總結(jié)與再提升。具體創(chuàng)新與實踐途徑如下。

2.1 課程思政建設(shè)

生物質(zhì)能屬于可再生能源范疇，開發(fā)農(nóng)林生物質(zhì)非常符合國家能源中長期發(fā)展規(guī)劃和“碳中和”目標[3]，生物質(zhì)能的發(fā)展有助于緩解化石能源過度消耗以及所帶來的大氣等環(huán)境污染，更有利于我國生態(tài)文明建設(shè)。我國正處于開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的新征程上，對“生物質(zhì)能”課程價值實現(xiàn)精準引導，以培養(yǎng)高質(zhì)量能源類人才來契合上述行動指南。在“生物質(zhì)能”課程教學過程中，通過認真學習國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標建議、以及將會發(fā)布的《生物質(zhì)能發(fā)展“十四五”規(guī)劃》相關(guān)材料，在“生物質(zhì)能”教學過程中注重將上述相關(guān)政策內(nèi)容引入課程思政教學環(huán)節(jié)中，激勵學生更有積極性、更有目的性的學好本課程，同時強化學生對于開發(fā)應(yīng)用生物質(zhì)能現(xiàn)實意義的認識，通過樹立正確的課程價值觀，從而增強學生對于本課程學習的主觀能動性以及對于能源專業(yè)的深厚認同感和歸屬感。

2.2 線上教學模式選擇與比較

受疫情突發(fā)因素影響，目前線上教學方式迅速成為線下教學方式的有力補充，各種線上教學平臺得到了廣泛發(fā)展和應(yīng)用。這些線上教學平臺主要分為兩種，一種是集成多媒體資料的在線開放課程平臺，例如：愛課程/中國大學MOOC和學習通/超星泛雅，這種教學平臺需要師生雙方熟悉操作界面，同時老師需要按照各平臺模塊要求分別制作、上傳相應(yīng)教學內(nèi)容，因而這些教學平臺模式完全不同于常規(guī)的線下課堂教學模式。另一種是類似于線下課堂教學形式的網(wǎng)絡(luò)直播平臺，例如：騰訊會議、ZOOM、QQ群直播等，這些線上教學平臺通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了云教學，將課堂教學整體移到了線上，將線下面對面直接變成了線上“面對面”[4]。這兩種線上教學平臺的抉擇，更多取決于課程的性質(zhì)，比如數(shù)理類型課程的教學過程涉及到較多連續(xù)的數(shù)理推導，這些課程相對更適合采取網(wǎng)絡(luò)直播平臺形式；而概念偏多或較多依賴多媒體手段的應(yīng)用類型課程，選用在線開放課程平臺較為適合，比如“生物質(zhì)能”，基于愛課程/中國大學MOOC和學習通/超星泛雅平臺的優(yōu)勢，可將該課程內(nèi)容以線上教學模式較好地傳遞給學生。

2.3 線下教學模式改革

線下課堂教學過程中，主要形式是教師為講授主體，學生為學習客體，其現(xiàn)實過程易演變?yōu)榻處熤鲃虞敵?，而學生被動輸入的狀態(tài)。為避免低效的課堂教學模式，有必要結(jié)合課程特點，對線下教學模式進行改革。對于“生物質(zhì)能”而言，課程內(nèi)容多涉及原理、設(shè)備、工藝及工程應(yīng)用，若單純采用主體講授-客體學習模式，學生對于本課程的掌握程度將不盡如意。因此，在“生物質(zhì)能”課程中，增加了小組討論及匯報環(huán)節(jié)，小組討論的主題由教師把關(guān)斟酌，這種方式極大的激發(fā)了學生對于本課程的投入度。另外，在日常教學過程中，還采用雙語教學形式，適當補充課程相關(guān)最新英文研究進展介紹。此外，為更好的講解生物質(zhì)處理技術(shù)和機理，在教學過程中，還可增加專業(yè)儀器設(shè)備(熱重、色譜-質(zhì)譜、電鏡、紅外分析儀等)和研究軟件(Fluent、Chemkin、Gaussian等[5])的介紹，使得學生在掌握本課程內(nèi)容的同時獲取更多的專業(yè)前沿發(fā)展動態(tài)，為今后工作實踐應(yīng)用以及研究生階段的學習提供初步的知識儲備。

2.4 虛擬仿真教學模式

虛擬仿真實驗教學可以便利的實現(xiàn)理論知識實踐化，以低成本、高逼真的成效讓學生對課程所學知識內(nèi)容進行自主課后再鞏固及提升[6]。目前，南京林業(yè)大學面向全社會開放校級以上虛擬仿真實驗教學資源，其中“生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)虛擬仿真實驗”(省級平臺)和“膠合板制造工藝虛擬仿真實驗”(國家評審)與“生物質(zhì)能”關(guān)聯(lián)度較大，在生物質(zhì)氣化和生物質(zhì)成型章節(jié)教學過程中，可分別穿插上述虛擬仿真實驗，這項舉措必將很大程度上提升學生對于本課程相應(yīng)知識內(nèi)容的掌握。

2.5 教材選取

教材的選取直接關(guān)系到學生對于課程學習的效果，目前與生物質(zhì)能相關(guān)的教材較多，但是尚沒有全國統(tǒng)一或?qū)I(yè)委員會推薦教材。而“生物質(zhì)能”課程的特點是：基礎(chǔ)知識點成熟且系統(tǒng)，新技術(shù)途徑不斷涌現(xiàn)?；诖爽F(xiàn)狀，我?！吧镔|(zhì)能”課程選取《生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術(shù)》作為教材，該教材涵括了生物質(zhì)基本概念、基本原理和技術(shù)，較為全面而系統(tǒng)。在此教材基礎(chǔ)之上，教師通過查找閱讀相關(guān)專業(yè)文獻，及時補充生物質(zhì)處理新技術(shù)，在課堂教學過程進行講解，或者作為學生課后閱讀資料。上述以經(jīng)典教材疊加最新文獻資料的融合模式，為“生物質(zhì)能”的學習提供了較為完善的教材。

2.6 課程成績考評改革

目前高校課程多采用“一考定結(jié)果”的模式(期末考試成績)，然而大學教育強調(diào)自主學習，即重視“過程學習”。課程成績考評機制若過多的注重期末考試環(huán)節(jié)，其結(jié)果往往是將學生向應(yīng)試教育進行片面引導，同時也未全面體現(xiàn)“過程學習”?；诖爽F(xiàn)狀，在“生物質(zhì)能”課程成績考評體系中，可適當進一步增加平時成績份額，即在課堂小組討論及匯報、線上自主學習、虛擬仿真實驗、課后文獻學習等“過程學習”環(huán)節(jié)分別量化賦值，在此基礎(chǔ)上，綜合“過程學習”成績和期末考試成績，可更加科學的反應(yīng)學生對于“生物質(zhì)能”課程的學習掌握情況。

2.7 教改成果總結(jié)與延伸

對于課程教學改革進行階段性總結(jié)和反思，將有助于本課程教學質(zhì)量的再一步提高，同時也可將教改過程中獲得的經(jīng)驗和教訓應(yīng)用于相關(guān)能源類課程中，以點帶面，協(xié)同提升能源類專業(yè)培養(yǎng)方案，提高能源類本科畢業(yè)生質(zhì)量。除此之外，可從高等教育研究、在線示范課程項目、課程思政示范項目、微課項目等多個維度進行創(chuàng)新與實踐，通過教改成果的總結(jié)與延伸，全面、綜合的提升“生物質(zhì)能”課程教學質(zhì)量。

3 結(jié)語

“生物質(zhì)能”是能源類專業(yè)重要課程之一，基于建設(shè)一流本科課程背景下，針對本課程的教學現(xiàn)狀進行思考，在教學過程中進行課程思政、線上/線下、虛擬仿真實驗、教材選取、考評機制等方面的創(chuàng)新與實踐，努力不斷提高教師教學水平和成效?；凇吧镔|(zhì)能”教學模式創(chuàng)新實踐研究的總結(jié)和延伸，也可為能源類相關(guān)課程(太陽能、風能、氫能等課程)的教改提供研究依據(jù)。最終，為能源類專業(yè)人才的高質(zhì)量培養(yǎng)做出一些貢獻。