新工科與“雙碳”背景下生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)課程教學(xué)改革

劉麗娜 漆新華 孫妍 魯金鳳 于宏兵 孫紅文

摘 ?要：基于新工科建設(shè)的特點(diǎn)和內(nèi)涵，多學(xué)科交叉融合、彼此滲透成為環(huán)境類專業(yè)課程建設(shè)和改革的趨勢(shì)。在“碳達(dá)峰”和“碳中和”大背景下，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑?；诖?，文章探討了目前生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)課程面臨的挑戰(zhàn)，提出了將新工科和“雙碳”理念融入本科生課程理論體系的教學(xué)模式和教學(xué)方法，旨在激發(fā)學(xué)生興趣、挖掘?qū)W生潛力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新和實(shí)踐能力的“新能源”“新材料”“節(jié)能環(huán)?！倍囝I(lǐng)域交叉型高素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞：新工科;碳中和;多學(xué)科交叉;課程改革

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）S1-0121-03

Abstract： Based on the characteristics and connotation of new engineering， the interdisciplinary integration and mutual infiltration become the trend of the curriculum construction and reform of environmental majors. Based on the background of carbon peak and carbon neutral， biomass conversion and utilization technology is an effective way to achieve double carbon goal. This paper discusses the current challenges of the course Biomass Energy Conversion and Utilization Technology， and proposes the teaching mode and method that integrates the new engineering and dual carbon concepts into the theoretical system of undergraduate courses. It aims to stimulate students' interest and excavate their potential， as well as to cultivate high-quality talents with innovative and practical abilities in the fields of new energy， new materials and energy conservation and environmental protection.

Keywords： new engineering; carbon neutrality; interdisciplinary integration; curriculum reform

一、生物質(zhì)能利用在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中的意義

我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期依賴煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源。隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，能源消耗量急劇增加，我國(guó)正面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)。另一方面，大量“高碳”能源的使用導(dǎo)致溫室氣體排放量急劇增加，我國(guó)已成為世界上溫室氣體排放量較多的國(guó)家之一。2020年，我國(guó)提出2030年前二氧化碳排放量要力爭(zhēng)達(dá)到峰值，2060年前努力爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)碳中和的國(guó)家重大戰(zhàn)略方向[1]。

生物質(zhì)能作為具有“碳中和”屬性的一種重要可再生能源，是僅次于煤、石油和天然氣的世界第四大初級(jí)能源，具有儲(chǔ)藏量大、來(lái)源廣泛和環(huán)境影響低等特點(diǎn)。生物質(zhì)是指來(lái)源于生活或生物體的有機(jī)物質(zhì)，通常指不用于食物和飼料用途的植物或者植物性物質(zhì)，也被稱為木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。我國(guó)生物質(zhì)資源十分豐富，生物質(zhì)資源年產(chǎn)量可超過(guò)6億噸標(biāo)煤，實(shí)際可轉(zhuǎn)化為能源的也達(dá)到3億多噸標(biāo)煤。因此，大力開(kāi)發(fā)生物質(zhì)資源是我國(guó)改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和完成“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)的重要途徑之一。

二、課程培養(yǎng)模式改革

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

在新工科背景下，首先確定本課程在整個(gè)專業(yè)課程體系中的定位和作用，再根據(jù)課程目標(biāo)和要求進(jìn)行課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)。本課程內(nèi)容涉及環(huán)境、能源、化學(xué)和材料等學(xué)科知識(shí)，具有多學(xué)科知識(shí)交叉的典型特點(diǎn)，涉及內(nèi)容范圍廣泛[2-3]。在國(guó)家“碳達(dá)峰”和“碳中和”戰(zhàn)略大背景下，本課程內(nèi)容應(yīng)該將生物質(zhì)能利用過(guò)程中所涉及的碳減排新理論與新技術(shù)進(jìn)行及時(shí)地更新與補(bǔ)充，讓學(xué)生理解并掌握生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用與“碳減排”之間的關(guān)系，了解生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程最新的技術(shù)和相關(guān)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，從而對(duì)本課程內(nèi)容有更全面的認(rèn)識(shí)，為培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求的人才打下基礎(chǔ)。

以基于成果產(chǎn)出為導(dǎo)向的Outcome based education （OBE）理念為指導(dǎo)，通過(guò)反向設(shè)計(jì)及時(shí)調(diào)整，豐富課程教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，基于新工科建設(shè)對(duì)學(xué)科和課程建設(shè)的要求，融入更多側(cè)重于實(shí)用性、交叉性和綜合性的課程內(nèi)容。通過(guò)環(huán)境、化學(xué)、能源、材料等多學(xué)科交叉知識(shí)的介紹，梳理不同學(xué)科知識(shí)在生物質(zhì)能利用領(lǐng)域的交叉點(diǎn)，建立課程體系的邏輯結(jié)構(gòu)，與化學(xué)、能源、材料等多學(xué)科建立起聯(lián)系，拓寬環(huán)境類學(xué)生在化學(xué)、能源、材料等領(lǐng)域的視野，提高學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣和喜愛(ài)度，培養(yǎng)更多掌握生物質(zhì)能利用技術(shù)和“碳減排”技術(shù)的人才[4-5]。

（二）科研反哺教學(xué)

為有效實(shí)施OBE培養(yǎng)理念下學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升，給學(xué)生更大的提升空間，在傳授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，通過(guò)生物質(zhì)能源化利用相關(guān)領(lǐng)域的基金項(xiàng)目、科學(xué)前沿文獻(xiàn)等多種途徑，完善和豐富課程內(nèi)容。增加實(shí)際案例內(nèi)容，通過(guò)案例分析和生物質(zhì)利用相關(guān)的時(shí)政新聞等為切入點(diǎn)，在增加知識(shí)趣味性的同時(shí)，拓寬理論知識(shí)點(diǎn)，加深同學(xué)對(duì)知識(shí)的理解。課堂教學(xué)的時(shí)間有限，可以充分挖掘?qū)W生的課外科研時(shí)間。依托學(xué)院的生物質(zhì)資源化，利用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心、天津市生物質(zhì)類固廢資源化技術(shù)工程中心的科研資源，在課堂下為學(xué)生提供生物質(zhì)能源化利用與轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)和溝通平臺(tái)。

（三）課程思政元素融入教學(xué)

注重課堂上與學(xué)生的思想交流。課堂教學(xué)階段是教師和學(xué)生面對(duì)面直接交流的階段，也是課程思政的最有效時(shí)間。本課程的許多知識(shí)點(diǎn)與時(shí)政熱點(diǎn)等都有天然的聯(lián)系。例如在講述生物質(zhì)“碳中性”特點(diǎn)、生物質(zhì)能利用碳循環(huán)、生物質(zhì)氣化焦油和CO2等多污染物協(xié)同脫除時(shí)，可以聯(lián)系巴黎氣候協(xié)定，進(jìn)一步闡述低碳技術(shù)與“碳減排”的意義，同時(shí)介紹我國(guó)目前在低碳技術(shù)方面的現(xiàn)有發(fā)展水平，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心和自豪感。另外，在課件的制作過(guò)程中，可以有意識(shí)地選擇一些體現(xiàn)國(guó)家發(fā)展的背景素材等。

針對(duì)學(xué)生需求，把握學(xué)生特點(diǎn)。當(dāng)前的學(xué)生見(jiàn)識(shí)廣泛，思維活躍，有獨(dú)立思考精神，更關(guān)心的是比較實(shí)際的問(wèn)題。但是，他們也有理想主義的一面，也會(huì)關(guān)心“詩(shī)與遠(yuǎn)方”。這個(gè)時(shí)候，需要教師主動(dòng)去了解學(xué)生的需求，探索新的教學(xué)途徑，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)交流。通過(guò)把一些當(dāng)前學(xué)生比較容易接受的語(yǔ)言和素材作為教學(xué)的載體，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注環(huán)境、社會(huì)、國(guó)家。

結(jié)合實(shí)例使學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到學(xué)好本課程會(huì)給未來(lái)社會(huì)、環(huán)境帶來(lái)積極的影響，如何做到生物質(zhì)能源的高效利用與轉(zhuǎn)化以及實(shí)現(xiàn)環(huán)保事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展;培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)課程、熱愛(ài)專業(yè)、熱愛(ài)學(xué)校及愛(ài)國(guó)主義精神，講述當(dāng)前國(guó)家政策中跟生態(tài)文明建設(shè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)與裝備等相關(guān)的政策和法規(guī)，傳遞科技報(bào)國(guó)理想，進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究中認(rèn)真鉆研、不斷進(jìn)取的精神，讓學(xué)生明白實(shí)踐出真知[6]。

讓學(xué)生了解本課程與當(dāng)前環(huán)境類課程等主流課程的相關(guān)性與交叉性，了解生物質(zhì)資源化利用的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，建設(shè)學(xué)生真心喜愛(ài)、終身受益、充滿“思政元素”的專業(yè)課。結(jié)合課程現(xiàn)狀與特色，鼓勵(lì)學(xué)生投身我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)，在科學(xué)研究和工作中不斷探索和進(jìn)步，為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)做出貢獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和情懷[7]。

三、課程考核方式改革

（一）評(píng)價(jià)體系多元化

在考核理念上，考核形式采用多階段（平時(shí)測(cè)試、作業(yè)測(cè)試、課外閱讀和期末測(cè)試等）和多種類型相結(jié)合的考核方式，強(qiáng)化學(xué)生課外學(xué)習(xí)、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)道德、課堂表現(xiàn)及思想政治表現(xiàn)等成績(jī)的比重。從全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和提高“思政修養(yǎng)”角度出發(fā)，建立評(píng)價(jià)主體多元、評(píng)價(jià)內(nèi)容全面、評(píng)價(jià)方式多樣的評(píng)價(jià)體系，將在科學(xué)教育過(guò)程中促進(jìn)中學(xué)生的發(fā)展和教師能力的提高，有效地改進(jìn)教學(xué)， 以保證課程的有效實(shí)施。

在考試方式的改革上，減少期末考試在整個(gè)成績(jī)?cè)u(píng)定中的權(quán)重，將平時(shí)多項(xiàng)成績(jī)以不同權(quán)重納入總成績(jī)。這種考試方式不僅可引導(dǎo)學(xué)生在課外大量閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，同時(shí)還可提高學(xué)生的自學(xué)能力和表達(dá)能力。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、表達(dá)能力、合作能力等制定出嚴(yán)格的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)并給予量化。這種成績(jī)?cè)u(píng)定模式既能全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)，又有利于學(xué)生素質(zhì)和能力的全面提高。

（二）構(gòu)建學(xué)生自主評(píng)價(jià)體系

在基礎(chǔ)理論教學(xué)環(huán)節(jié)之外，基于OBE培養(yǎng)理念還設(shè)置了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)模塊。此模塊依托于學(xué)院不同的科研團(tuán)隊(duì)，針對(duì)本課程基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)研究方向，設(shè)置不同的研究題目，供同學(xué)們課后線下交流與互動(dòng)，并以小組研討的形式給出分?jǐn)?shù)，作為平時(shí)成績(jī)的參考。此外，鼓勵(lì)學(xué)生參加節(jié)能減排競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等學(xué)術(shù)科技活動(dòng)，供學(xué)生自主選擇，自主評(píng)價(jià)。

四、結(jié)束語(yǔ)

在世界能源緊張和“碳達(dá)峰”和“碳中和”戰(zhàn)略下，人們更關(guān)注具有碳中和屬性的可再生能源——生物質(zhì)能的利用。尤其是京津冀及周邊地區(qū)，由于結(jié)構(gòu)性污染突出，污染過(guò)程多發(fā)，對(duì)掌握新能源和可再生能源利用的高端人才需求更大。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)課程在新工科和“雙碳”背景下，立足“京津冀協(xié)同發(fā)展”等國(guó)家重大戰(zhàn)略對(duì)此方向新型人才的需求現(xiàn)狀，基于OBE培養(yǎng)理念，科學(xué)定位課程對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的支撐，合理構(gòu)建理論課程教學(xué)體系和基于“工程能力和創(chuàng)新能力”的多元化教學(xué)體系。本課程體系改革方案可以為其他高校后續(xù)新增此課程或修訂現(xiàn)有課程的教學(xué)方案提供參考。

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