可再生能源概論的教學(xué)改革與實(shí)踐

邢利利 ， 連劉超

(河南科技大學(xué) 車輛與交通工程學(xué)院 ， 河南 洛陽 471003)

可再生能源概論是熱能與動力工程專業(yè)的一門重要課程，該課程綜合了材料化學(xué)、物理學(xué)、膜科學(xué)、機(jī)械原理以及光學(xué)等多學(xué)科方面的內(nèi)容。這門課程同時也探討了器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計對材料性能的影響，引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識可再生能源利用與新材料性能之間的關(guān)系，達(dá)到真正理解并掌握其中的基礎(chǔ)學(xué)科理論。可再生能源概論課程本身高度集中了物理、化學(xué)、材料、機(jī)械器件工程等學(xué)科中相互交叉的綜合學(xué)科知識，對于學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)科理論知識要求相對較高，一部分基礎(chǔ)較差的學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程只停留在表面的認(rèn)識；另外課程名稱中概論的出現(xiàn)也導(dǎo)致部分學(xué)生主動學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)，無法形成學(xué)習(xí)本課程所需要的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而出現(xiàn)理解不深入的問題。而可再生能源概論課程實(shí)施教材內(nèi)容、教學(xué)方法等教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，將有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生對物理化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科理論知識的認(rèn)識，強(qiáng)化理解可再生能源在解決人類面臨的能源危機(jī)中不可替代的作用，增強(qiáng)學(xué)生積極投身可再生能源開發(fā)中材料和器件的研發(fā)，為我國培養(yǎng)更多的可再生能源技術(shù)領(lǐng)軍人才。

1 可再生能源概論改革措施

可再生能源概論課程教學(xué)環(huán)節(jié)中目前存在的主要問題有四個方面：①作為選修課中的必選課程，學(xué)生沒有建立相應(yīng)的主課認(rèn)識，學(xué)習(xí)動力不足；②可再生能源技術(shù)日新月異，課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)已經(jīng)不能適應(yīng)新時代教學(xué)活動的要求；③可再生能源概論缺乏相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐課程；④可再生能源課程是一門前沿課程，技術(shù)更新迭代很快，作為老師要不斷通過自身的學(xué)習(xí)，從而了解和掌握最新的科學(xué)，對任課教師提出了更高的要求。

1.1 教學(xué)目標(biāo)改革

由于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法和課堂教學(xué)的局限性，導(dǎo)致在教學(xué)過程中難以清晰直觀地呈現(xiàn)一些新技術(shù)開發(fā)思路及方法，整個教學(xué)過程中缺乏直觀認(rèn)知和感性認(rèn)識，使教學(xué)空洞化。隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生獲取知識的途徑越來越多，通過課下時間也能了解課堂知識，這促使人們加快了對傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行改革。通過多媒體動畫直觀體驗(yàn)相關(guān)技術(shù)及器件的工作原理，讓學(xué)生知其然，知其所以然。激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動參與的翻轉(zhuǎn)課堂為主。

1.2 教學(xué)方式改革

首先，在章節(jié)知識講解的過程中，教師要及時關(guān)注可再生能源相關(guān)利用技術(shù)的最新發(fā)展，了解世界各國的發(fā)展水平，在課堂上通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓學(xué)生分組查找相關(guān)國家的最新技術(shù)進(jìn)展，提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣，真正做到學(xué)在課堂，而不是睡在課堂。例如在講解太陽能時，讓學(xué)生查找我國與太陽能器件有關(guān)的公司，并分析各個公司的產(chǎn)品及技術(shù)，對比歐洲國家相關(guān)公司的成熟技術(shù)以及正在開發(fā)的新技術(shù)，讓學(xué)生感受新能源科技對于人類可持續(xù)發(fā)展所需求的清潔做出的巨大貢獻(xiàn)。

針對大學(xué)課堂出勤率不高的問題，傳統(tǒng)的方式多是通過點(diǎn)名的方式督促學(xué)生上課，通過改革考勤方式，課前進(jìn)行5 min的小測，針對上次課程的內(nèi)容，課后提交課堂筆記，通過進(jìn)出相結(jié)合的方式，避免學(xué)生課前遲到、課中早退的現(xiàn)象。通過這個過程也能了解學(xué)生對于本堂課程的理解程度，為接下來設(shè)置教學(xué)內(nèi)容提供參考。

1.3 教學(xué)內(nèi)容改革

①在以往的教學(xué)過程中，教師多注重講解的是太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、氫能等可再生能源的來源形式與傳統(tǒng)化石能源的對比優(yōu)勢，以及這些能源利用的過程中存在的地區(qū)差異、技術(shù)差異、能量密度、穩(wěn)定性等方面的相關(guān)知識。而對于這些可再生能源的利用原理和工程應(yīng)用技術(shù)講解較少，或者講解深度不夠。這在一定程度上影響了學(xué)生對于可再生能源新技術(shù)的開發(fā)以及這些裝置設(shè)計過程中所依據(jù)的基本科學(xué)原理結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，缺乏相關(guān)的理解。因此，教師在授課的過程中可以加強(qiáng)潛在可再生能源利用技術(shù)所使用的物理化學(xué)原理，通過相關(guān)科學(xué)原理，增強(qiáng)學(xué)生對于學(xué)科交叉中的熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、能量守恒定律、熱力學(xué)定律、質(zhì)能方程的理解。

②可再生能源是熱能動力工程、環(huán)境工程、暖通工程、電力、建筑、化工、冶金、礦業(yè)工程等常規(guī)選修課程，不同專業(yè)的學(xué)生對于課程的關(guān)注角度是不同的。根據(jù)熱能與動力工程專業(yè)對于學(xué)生的培養(yǎng)方向和專業(yè)特點(diǎn)對本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行的優(yōu)化。適當(dāng)增加新型太陽能和燃料電池設(shè)計技術(shù)中所利用的新型材料和技術(shù)，以及背后應(yīng)用的物理化學(xué)知識，緊跟科學(xué)前沿。課后讓學(xué)生自主利用學(xué)校數(shù)據(jù)庫根據(jù)相關(guān)的關(guān)鍵詞，進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，分組做報告討論。

③在教學(xué)的過程中，跟學(xué)生講解我國偉大的化學(xué)家侯德榜的故事，他從美國學(xué)成歸來，立志打破歐美對于純堿技術(shù)的壟斷。在當(dāng)時國內(nèi)化工設(shè)備基礎(chǔ)幾乎為零的情況下，而且生產(chǎn)過程中需要用到高溫高壓、易燃易爆炸、催化等高難度技術(shù)，他利用自己學(xué)習(xí)的化學(xué)知識，攻克了一系列的技術(shù)難題，于1926年成功制備了優(yōu)質(zhì)純堿—碳酸鈉。編寫了《純堿制造》一書。這個教學(xué)過程中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)老一輩科學(xué)家在艱苦的環(huán)境中，刻苦奮斗、不忘初心的優(yōu)秀品質(zhì)，達(dá)到課程思政，取得了良好的教學(xué)效果。這也為化學(xué)教育者提供了一種思政課程的教育方法。

2 實(shí)物制作教學(xué)

課堂教學(xué)必須最大限度地調(diào)動學(xué)生的積極性，一般的傳統(tǒng)課堂，老師講的理論知識偏多，導(dǎo)致課程內(nèi)容枯燥，從而導(dǎo)致在長時間的課堂教學(xué)活動中，學(xué)生的主動性會大大降低；同時理論知識的學(xué)習(xí)偏多，也影響了學(xué)生對于具體的裝置構(gòu)造直觀感受。這就要求老師在不同的教學(xué)環(huán)境以及章節(jié)中根據(jù)不同的內(nèi)容創(chuàng)設(shè)各種情景。在教學(xué)中一方面利用多媒體教學(xué)手段，在課件的制作過程中，添加一些實(shí)物的圖片以及相應(yīng)的動畫，做到圖文并茂，可以讓學(xué)生直觀地感受一些實(shí)物的工作原理。這個教學(xué)過程也能直觀呈現(xiàn)出各個位置的構(gòu)造，能使學(xué)生把抽象的思維轉(zhuǎn)變成形象思維，更有利于學(xué)生理論知識與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，做到理論聯(lián)系實(shí)際。在實(shí)踐教學(xué)的過程中，為了提高學(xué)生的動手能力，在課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中增加了一些可再生能源簡易裝置的制備。比如，讓學(xué)生分組通過網(wǎng)絡(luò)媒體搜集相關(guān)的可再生能源利用裝置，自己根據(jù)身邊一些資料，動手自制簡易風(fēng)車發(fā)電機(jī)、水果電池、電解水制備氫氣等裝置。讓他們分組在課堂上呈現(xiàn)自己的作品，通過實(shí)物的展示，增強(qiáng)課堂教學(xué)的互動性，趣味性。在這一過程中極大地提高了學(xué)生的動手能力。完成實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生講解其中的基本原理和方法，找到其中的不足，并進(jìn)行改進(jìn)，通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)評價，反饋學(xué)習(xí)的理論知識，做到真正融會貫通。

3 評價方式改革

通過課程中增加的課前評測和課后筆記檢查，增強(qiáng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的專注度，達(dá)到真正理解的目標(biāo)。本次課程采用的評價內(nèi)容：出勤與課堂表現(xiàn)、課前測試、作業(yè)完成情況、課后文獻(xiàn)檢索學(xué)習(xí)等及部分構(gòu)成。采用總評成績：過程評價(60%)(出勤20%+課前測試20%+作業(yè)20%)+終結(jié)評價成績(40%)。

4 結(jié)論

可再生能源概論課程課上采用多媒體立體動畫演示，豐富了課堂教學(xué)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，課堂氣氛；課前檢測和課前提問相結(jié)合的方法，保證了學(xué)生的出勤率以及課程的學(xué)習(xí)效果，評價方式更為多元化；課下實(shí)踐課程制作相關(guān)裝置，促進(jìn)了學(xué)生動手能力的提升，也提高了學(xué)生課堂的參與度，有利于學(xué)生課堂主人翁意識的建立。通過上述一系列改革，取得了良好的教學(xué)效果。