工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下可再生及清潔能源技術(shù)教學(xué)改革探索

閆 飛，王茹潔，李 明，李 萍

(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，河北省燃煤電站煙氣多污染物協(xié)同控制重點實驗室，河北 保定 071003)

工程教育專業(yè)認(rèn)證目前已有數(shù)百年歷史，是實現(xiàn)國際教育互認(rèn)的重要途徑。我國工程教育認(rèn)證在課程體系設(shè)置、師資隊伍建設(shè)以及辦學(xué)條件等方面圍繞著學(xué)生這一中心展開，第一受益者為學(xué)生，并且通過持續(xù)改進(jìn)建設(shè)，逐漸完善教育體系。

環(huán)境工程專業(yè)作為華北電力大學(xué)的老牌專業(yè)，于2019年通過了工程教育認(rèn)證。為更好地服務(wù)“雙碳”目標(biāo)，開設(shè)可再生及清潔能源技術(shù)課程，對學(xué)生視野的開闊，復(fù)合人才的培養(yǎng)具有重要意義。

1 可再生及清潔能源技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

課程特點：①內(nèi)容繁多，學(xué)時較少?？稍偕茉窗ㄌ柲?、風(fēng)能、生物質(zhì)能、小水電能、潮汐能、波浪能、地?zé)崮芎蜌淠?，而清潔能源技術(shù)又包括儲能技術(shù)和燃料電池技術(shù)。而儲能技術(shù)又可以細(xì)分為飛輪儲能、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、空氣電池和超級電容器等。燃料電池又包括5類：堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池。課程內(nèi)容覆蓋面較大，而課程設(shè)置通常為32學(xué)時，致使學(xué)生只能形成淺顯認(rèn)知，無法深入了解和掌握，給教學(xué)質(zhì)量帶來極大的考驗。②課程內(nèi)容更新較快。目前，可再生能源的利用已成為當(dāng)今研究的熱點和重點，國內(nèi)外學(xué)者對此爭先研究，同時研究成果持續(xù)在國內(nèi)外期刊進(jìn)行報道。因此在課程內(nèi)容中需要不斷地更新，比如儲能技術(shù)，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，研究者紛紛在空氣電池基礎(chǔ)上研究二氧化碳電池并取得一定成果，高水平論文不斷涌出，因此，在后續(xù)的課程中需要不斷更新內(nèi)容，將二氧化碳電池的成果也要和學(xué)生進(jìn)行講授。此外，隨著科研人員的深入研究，“十三五”規(guī)劃中提到的待解決問題到“十四五”期間已找到解決方案，因此課程內(nèi)容也要逐漸更新，將新的待解決問題涵蓋進(jìn)去。

教學(xué)方法和評價體系：該課程教學(xué)過程中普遍采用教師課堂授課的方法，該方法常使學(xué)生會感到枯燥，如果大量加入視頻或動畫元素會使課程內(nèi)容較少，無法全面介紹。因此陷入兩難境地，亟需對此方法進(jìn)行改革。

在現(xiàn)有評價體系中，仍然以傳統(tǒng)命題為主，題型包括填空題、選擇題、判斷題、簡答題等題型，問答千篇一律，學(xué)生僅僅靠應(yīng)試記住知識點而無法形成長期記憶，無法在腦中構(gòu)建思維導(dǎo)圖。因此無法使學(xué)生深入了解課程內(nèi)容，無法進(jìn)行開放思考。

2 可再生及清潔能源技術(shù)課程教學(xué)改革

2.1 精心組織教學(xué)內(nèi)容

在當(dāng)前32學(xué)時的教學(xué)時間內(nèi)無法對所有的可再生能源和清潔能源技術(shù)進(jìn)行深入而又全面的介紹。因此教師可結(jié)合自身的研究方向，比如筆者是做燃料電池研究的，在課程中對氫能可再生能源以及燃料電池清潔能源技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，除教材中介紹的內(nèi)容以外，還在課程中加入科研相關(guān)工作，如固體氧化物燃料電池電極材料研究進(jìn)展、固體氧化物電解池技術(shù)電解水/二氧化碳電極材料及相關(guān)原理和技術(shù)，講述了電極設(shè)計的依據(jù)和評判標(biāo)準(zhǔn)。在授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于此部分內(nèi)容非常感興趣，聽課積極性提高，這主要是由于環(huán)境工程專業(yè)大部分學(xué)生要繼續(xù)深造，因此對于科研部分相對感興趣，可以為未來科研工作提供相關(guān)經(jīng)驗。

除了課堂授課外，還可組織學(xué)生去實驗室參觀，為學(xué)生演示相關(guān)實驗，如燃料電池性能測試實驗、電解池電解水/二氧化碳、鋰離子電池性能測試等相關(guān)實驗，讓學(xué)生更加直觀深入地了解氫能、燃料電池技術(shù)和儲能技術(shù)，不僅僅局限于理論教學(xué)，為國家培養(yǎng)復(fù)合型人才。

2.2 增強(qiáng)課堂互動

通過課堂派系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)提問、設(shè)置投票、課上答題等環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在授課期間發(fā)送彈幕，對講解內(nèi)容進(jìn)行提問或點評，提高學(xué)生參與性，通過互動的形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于可再生及清潔能源技術(shù)是一門專業(yè)選修課，因此這種互動形式不會造成課堂混亂，是相對可控的，學(xué)生的學(xué)習(xí)興致相對較高，通過互動可強(qiáng)化學(xué)生記憶，加深學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)和認(rèn)知，是一種良性循環(huán)。

在課堂上采用啟發(fā)式教學(xué)方式，引入案例或者組織學(xué)生自行設(shè)計，提高學(xué)生的參與性。比如在對小水電能的建筑物和建站型式進(jìn)行講解時，傳統(tǒng)授課方式是給學(xué)生講解建筑物有哪些，包括廠房、攔河壩、引水口及進(jìn)水閘、引水渠道、前池、壓力水管及其他建筑物。而在啟發(fā)式教學(xué)中，可讓學(xué)生自行設(shè)計小水電能的建站型式和建筑物，逐漸引導(dǎo)學(xué)生搭建并設(shè)計一套小水電發(fā)電系統(tǒng)，增強(qiáng)學(xué)生的互動性和參與性，讓學(xué)生在設(shè)計的同時加深對小水電能的印象，真正實現(xiàn)工程教育專業(yè)認(rèn)證所要求的以學(xué)生為中心。再比如介紹單庫單向型潮汐電站時，可讓學(xué)生自行模擬設(shè)計電站運行時的各種工況，真正使學(xué)生理解并掌握潮汐電站的發(fā)電原理和運行過程。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

通過設(shè)疑、研討、翻轉(zhuǎn)課堂的方法引導(dǎo)學(xué)生自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，利用所學(xué)知識對問題進(jìn)行解答，形成獨立思考、掌握查閱研究材料、匯總和調(diào)研相關(guān)技能。該方法可真正地做到以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)。作為一種新興的教學(xué)方式，該方法首次由美國中學(xué)教師提出，通過將教學(xué)內(nèi)容提前錄制成視頻或者制作成微課讓學(xué)生在課前提前觀看，通過課中輔導(dǎo)的方式，將授課形式從先教后學(xué)變成先學(xué)后教，這種教學(xué)模式即為翻轉(zhuǎn)課堂。該方法有利于學(xué)生的自我成長，通過教學(xué)形式的改變，使上課形式由教師主講變成以學(xué)生為主，學(xué)生的角色由被動變?yōu)橹鲃?，增?qiáng)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣。

2.4 優(yōu)化考核方式

考核過程對教學(xué)質(zhì)量的評判具有重要的影響，傳統(tǒng)考核方式主要是通過考試這一傳統(tǒng)模式心境，該方法限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。對于可再生及清潔能源技術(shù)這門專業(yè)選修課，可有兩種途徑對學(xué)生進(jìn)行考核，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心。①選修該專業(yè)課的學(xué)生為環(huán)工專業(yè)大三學(xué)生，專業(yè)知識掌握較多，可采用小組考核機(jī)制對課程進(jìn)行考核。在教學(xué)中采用學(xué)習(xí)小組，制作課程學(xué)習(xí)的相關(guān)報告，并選派一名代表在課堂上進(jìn)行答辯，匯報結(jié)束后，教師和其他小組成員可對其進(jìn)行提問，組內(nèi)成員對問題進(jìn)行解答，教師和其他小組成員對該小組情況進(jìn)行打分。該方法可培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作精神，同時調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。②可通過結(jié)課論文的形式對學(xué)生課程學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核，該方式不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣和創(chuàng)新意識進(jìn)行論文書寫，通過調(diào)研資料、整合資源，提高學(xué)生文字表達(dá)和解決問題的能力，通過該方法可以了解學(xué)生的興趣所在。該方法已針對2017級學(xué)生進(jìn)行首次實施，設(shè)立論文范圍為介紹一種可再生能源和清潔能源技術(shù)，通過匯總發(fā)現(xiàn)，有近三分之一的學(xué)生針對風(fēng)能相關(guān)技術(shù)進(jìn)行調(diào)研并匯報，說明學(xué)生對當(dāng)今熱門的風(fēng)能技術(shù)很感興趣，在后續(xù)的講課中可多多加入風(fēng)能技術(shù)相關(guān)知識，調(diào)動學(xué)生的積極性。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)教學(xué)主要通過教師課上講授，學(xué)生學(xué)習(xí)為主，考核方式也主要以命題考試為主。而工程教育認(rèn)證提倡以學(xué)生為中心，基于該認(rèn)證體系對可再生及清潔能源技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和考核方式等多方面進(jìn)行優(yōu)化，真正做到以學(xué)生為中心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，為國家培養(yǎng)復(fù)合型人才。