新能源專業(yè)研究生培養(yǎng)中的學科交叉問題

摘 要：新能源專業(yè)作為一個高度跨學科且極具綜合性的專業(yè)，面臨著技術迅猛發(fā)展與研究生培養(yǎng)挑戰(zhàn)并存的復雜局面。在此背景下，學科交叉顯得尤為關鍵，不僅為解決問題提供獨特的視角，也是推動新能源技術突破與發(fā)展的重要動力。該文在“雙碳”戰(zhàn)略背景下深入探討新能源專業(yè)研究生培養(yǎng)的學科交叉問題。在審視現(xiàn)有培養(yǎng)模式的基礎上，提出多學科交融的教學模式，并以電解水研究方向為例說明學科交叉的重要性。旨在全面提升研究生的綜合素養(yǎng)和能力，深化國際合作，從而構建一個更加完善、更具前瞻性的培養(yǎng)體系，為實現(xiàn)“雙碳”目標、推動新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展輸送源源不斷的專業(yè)人才。

關鍵詞：學科交叉；新能源；綜合育人；教育改革；“雙碳”戰(zhàn)略

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）35-0051-04

Abstract： As an interdisciplinary and comprehensive field， the major of new energy is confronted with the dual challenges of rapid technological advancement and the complexities of postgraduate education. Within this context， interdisciplinarity emerges as a critical factor， offering not only innovative problem-solving perspectives but also serving as a significant catalyst for breakthroughs and advancements in new energy technologies. By reviewing current training methodologies， a novel multidisciplinary integrative teaching model is proposed in this paper. The significance of disciplinary convergence is exemplified through the case study of water electrolysis research. The objective is to enhance the overall quality and capabilities of postgraduates， foster international collaboration， and develop a more robust and forward-looking educational framework. This approach aims to continuously supply skilled professionals essential for achieving the dual-carbon objectives and promoting the robust development of the new energy technologies.

Keywords： cross-disciplinary; new energy; integrated education; educational reforms; Dual-Carbon strategy

隨著全球人口的不斷增長和經(jīng)濟的持續(xù)繁榮，能源需求呈現(xiàn)出前所未有的增長態(tài)勢。新能源不僅能夠有效減少環(huán)境污染，緩解能源危機，更是推動21世紀世界經(jīng)濟發(fā)展的關鍵領域之一。自2011年我國新能源產(chǎn)業(yè)邁入高速發(fā)展階段后，可再生能源在我國能源消費總量中的占比持續(xù)穩(wěn)步增長，顯著提升了我國能源消費結構的綠色化水平。在“雙碳”背景之下，能源科技創(chuàng)新驅動能源行業(yè)高質量發(fā)展，其核心是人才驅動，培養(yǎng)和集聚高層次科技人才是提升科技創(chuàng)新的關鍵，高質量能源學科建設是必由之路[1]。高質量能源學科建設不僅關乎科技創(chuàng)新的成敗，更是提升國家競爭力的核心所在。革新新能源方向研究生的培養(yǎng)模式不僅是為了支撐“雙碳”目標早日實現(xiàn)，更是為了培育高端人才，為我國的能源戰(zhàn)略注入強大動力。傳統(tǒng)的專業(yè)教育擁有明確的學科界限[2]，難以應對技術更新迅速以及就業(yè)競爭激烈的現(xiàn)狀，必須加強學科之間的交叉融合，與產(chǎn)業(yè)需求緊密對接，拓寬研究生的知識視野與深度。同時，實踐教學的重要性不言而喻，其不僅能夠提高研究生的綜合素質與創(chuàng)新能力，更能夠增強就業(yè)競爭力，為國家的社會經(jīng)濟發(fā)展與綠色轉型貢獻力量。

一 學科交叉對新能源領域發(fā)展的重要意義

（一） 促進高新技術發(fā)展

多學科交叉的創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)是以兩個或兩個以上學科知識融合作為學習、研究內容，從而形成復合型的能力、知識、素質結構[3]。新能源專業(yè)作為物理、化學、材料科學等多學科交叉融合的典范，其深度的跨學科融合為新能源技術的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展提供了源源不斷的動力。通過系統(tǒng)的交叉學科方法，各領域的專業(yè)知識得以有機融合，從而催生出一系列新穎獨特的研究思路與技術路徑，為新能源領域的研究注入活力與靈感。這種跨界的思維碰撞，不僅可以極大地拓展研究視野，更能夠提升新能源研究的高度與深度，為新能源領域帶來顛覆性的技術革新。

（二） 培養(yǎng)復合型技術人才

在多領域知識與技術深度融合的時代背景下，學科交叉成為培養(yǎng)復合型技術人才的關鍵路徑。這種培養(yǎng)模式不僅能夠賦予學生跨學科的知識和技能，更能夠塑造學生全面深入的思考能力，使他們能夠創(chuàng)新性地解決實際問題。通過這種跨學科的培養(yǎng)方式，能夠為社會和經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)出更多適應性強、創(chuàng)新能力高的新能源人才，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展貢獻能源力量。

（三） 推動高校教育改革

新能源領域的發(fā)展不僅代表了高等教育對未來科技走向的敏銳洞察，更是對傳統(tǒng)教育模式的一次深刻挑戰(zhàn)與全面革新。學科交叉推動了高校學術研究與教學質量的顯著進步。全球知名學府如哈佛大學、斯坦福大學、麻省理工學院等已經(jīng)敏銳捕捉到這一未來走向，紛紛斥資創(chuàng)建跨學科研究平臺，將生物學、物理學、化學等多領域知識融為一體，催生新的科研成果與教育理念。這種跨學科研究模式，不僅可以激發(fā)高校學術活力，助推學術水平實現(xiàn)跨越式提升，更將為人類社會的可持續(xù)發(fā)展注入強大的動力與智慧。

（四） 促進國際合作深入開展

在國際合作深度開展的背景下，國際標準的制定成為各國共同遵循的準則。通過學科交叉的橋梁作用，各國專家得以緊密合作，共同制定并互認標準。中國作為全球新能源市場的重要參與者和推動者，憑借龐大的市場規(guī)模和豐富的工程實踐案例，展現(xiàn)出了強大的競爭力。比如在光伏領域，組件成本的不斷降低和產(chǎn)品的高質量，使得中國在國際市場上占據(jù)了重要地位。這一成就不僅彰顯了中國新能源產(chǎn)業(yè)的實力，也為全球新能源市場帶來了新的活力與發(fā)展機遇。通過匯聚多元智慧，跨學科合作有效促進了科技成果的轉化和應用，進一步提升了產(chǎn)業(yè)效率。此外，這種合作模式還加強了國際間的深度合作，實現(xiàn)了創(chuàng)新資源的共享，共同推動新能源產(chǎn)業(yè)向著更加可持續(xù)和高效的方向發(fā)展。

二 電解水技術存在的學科交叉現(xiàn)象及其重要性

電解水技術，作為新能源領域中的關鍵一環(huán)，直接關系到氫能經(jīng)濟的未來布局，其研究與應用不僅涉及電化學、材料科學等核心學科，還廣泛融合了工程熱物理、機械工程以及環(huán)境科學等多個學科的知識和技術（圖1）。例如，工程熱物理學科通過深入研究能量轉換與傳遞的基本規(guī)律，為電解水過程中的熱能管理、效率提升及系統(tǒng)優(yōu)化設計提供了堅實的理論基礎，在推動新能源技術革新與可持續(xù)發(fā)展中具有不可替代性。電解水技術的u9kgY8NWYFJD/JHFIrxtIufrtkuG/cThEfavIRc4RYU=突破與創(chuàng)新，正是學科交叉融合的典型案例，體現(xiàn)了多學科協(xié)作對于新能源技術發(fā)展的重要推動作用。

（一） 電極材料的研發(fā)

電化學與材料科學、物理學的交叉，為電解水技術提供了新型電極材料。這些材料具有更高的催化活性、更好的穩(wěn)定性和更低的成本，能夠顯著提高電解水的效率和經(jīng)濟性。例如，通過引入納米技術、進行表面改性等方法，可以制備出具有優(yōu)異性能的電極材料，從而推動電解水技術的創(chuàng)新。

（二） 電解槽的設計與優(yōu)化

電解水是一個從微觀到宏觀的電化學反應和物質傳輸相耦合的多尺度、多相復雜體系[4]?；瘜W工程和工程熱物理學科提供了反應器的設計原理、流體流動與傳熱的分析方法，而電化學則專注于電極材料的選擇、電解液的性質以及電化學反應機理的研究。電氣工程和機械工程提供了電解槽的整體設計方案和能量轉換效率的提升策略，而材料科學則關注電解槽內各部件材料的選擇與布置。通過多學科的合作，可以設計出結構合理、性能優(yōu)越的電解槽，進一步提高電解水效率。

（三） 電解水系統(tǒng)的運行與優(yōu)化

在電解水系統(tǒng)的設計與運行中，機械工程與自動化控制也發(fā)揮了重要作用，機械工程學科為電解槽的密封技術以及設備維護提供了技術支持。自動化控制則幫助實現(xiàn)電解過程的智能化管理，提高了系統(tǒng)的運行效率與穩(wěn)定性。這種跨學科的協(xié)同作用促進了電解水系統(tǒng)的整體優(yōu)化與升級。

（四） 電解水系統(tǒng)的應用與推廣

電解水技術在實際工程和生活中的應用還需要考慮其對環(huán)境的影響。環(huán)境科學為電解水技術的可持續(xù)發(fā)展提供了重要的指導。通過評估電解水過程中的能耗、排放以及電解液的回收與再利用等問題，環(huán)境科學為電解水技術的綠色化改造提供了科學依據(jù)和發(fā)展方向。

高校的電解水研究近年來均取得了顯著進展，主要體現(xiàn)在科研創(chuàng)新、人才培養(yǎng)以及產(chǎn)學研合作等多個方面。以西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室為例，該實驗室在推動電解水/光解水技術的學科交叉方面取得了顯著成果。該校通過構建“學科交叉共同體”，匯聚了來自化學、材料科學、工程熱物理等多個學科的科研力量，共同開展電解水技術的研發(fā)工作。在跨學科協(xié)同攻關下，該校成功研制出多種高效電解水制氫產(chǎn)品，并致力于推動其大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，為綠色氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻。

電解水領域的學科交叉對于推動技術創(chuàng)新、提升產(chǎn)業(yè)化應用水平具有重要意義。未來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，將進一步打造電解水領域的學科交叉共同體，為新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

三 新能源專業(yè)研究生培養(yǎng)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

（一） 缺乏有效交流平臺

交叉學科并非是簡單地將各個學科疊加，而是在深度交流與融合后，形成全新的、富有創(chuàng)新活力的學科領域。新能源行業(yè)是一個典型的跨學科研究領域，集成了許多不同的學科，不同學科之間需要建立一個新的系統(tǒng)[5]。研究生不僅要擁有扎實的專業(yè)理論知識，更要有將知識運用到實際中的能力。然而，現(xiàn)實教育環(huán)境中，盡管新能源專業(yè)師生們都在努力尋求跨學科的交流與合作，但仍然面臨著合作機制不完善、有效交流平臺缺乏的問題。這些問題限制了跨學科合作的深度和廣度，使得真正的學科交融變得難以實現(xiàn)。

（二） 課程及實踐內容設置不合理

新能源專業(yè)的課程與實踐設置亟需進行全面的審視與優(yōu)化。現(xiàn)有的知識結構可能存在明顯短板，未能完全覆蓋新能源領域的核心內容和前沿技術。同時，部分課程缺乏與國際標準的對接，導致學生難以適應全球化的工作環(huán)境。此外，若過分強調理論而忽略了實踐操作和項目經(jīng)驗的積累，將阻礙學生培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。為此，必須及時調整課程設置，強化實踐操作，以確保學生具備完整的知識結構和出色的實踐能力，能夠從容應對未來的工作挑戰(zhàn)。

（三） 師資力量和評價機制不夠完善

學科交叉的背景下，研究生導師制度面臨嚴峻挑戰(zhàn)[6]。目前中國研究生培養(yǎng)主要采取“學徒制”的模式，第一導師作為科研道路的領路人，對研究生尤為重要，導師的學術高度、知識程度以及對相關專業(yè)前沿研究把控的水平對研究生培養(yǎng)質量起著非常重要的作用[7]。然而當前教師團隊的教育背景相對單一，教學模式僵化，過于注重理論知識，缺乏對學生主動性與創(chuàng)新思維的激發(fā)。不僅抑制了學生的學習熱情，也制約了教學質量的提升。同時，課程評價機制過度依賴考試成績，忽視了對學生實際能力的全面考量。目前需要構建一個更加科學、全面的評價體系，將學生的創(chuàng)新思維、實踐能力、團隊協(xié)作等多方面能力納入考察范圍，以更準確地評估學生的綜合素質與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

四 深入推動新能源專業(yè)研究生學科交叉培養(yǎng)工作的思路

推動新能源專業(yè)研究生學科交叉培養(yǎng)的思路如圖2所示，包括以下幾點。

（一） 整合課程內容和培養(yǎng)方案

為了構建全面且系統(tǒng)的新能源知識體系，可以重新設計課程和培養(yǎng)方案，將不同學科的知識點巧妙融合。同時可以引入多場景應用科研教育平臺，匯總國內外產(chǎn)學研用經(jīng)典案例，形成全方位覆蓋新能源相關多學科技術的多媒體教學資源庫。在整合課程內容和培養(yǎng)方案的探索中，以西安交通大學動力工程及工程熱物理學科的新能源方向作為范例，該學科不僅針對新能源方向的研究生教育積極改革培養(yǎng)方案，實施個性化分類培養(yǎng)，還成功構建了一套融合了實驗教學、產(chǎn)學研合作的綜合培養(yǎng)體系，顯著提升了研究生的培養(yǎng)質量，并推動了理論與實踐的緊密結合。為了將這種成功的培養(yǎng)模式進一步拓展至本科教育階段，西安交通大學特別增設了交叉融合型培養(yǎng)模式。在該培養(yǎng)模式下，新能源方向在本科教育階段遴選體現(xiàn)新能源領域核心知識的理論課程，形成跨學科的交叉課程清單。本科生在完成基礎學業(yè)的同時，可以選修與新能源方向緊密相關的研究生進階課程，實現(xiàn)本科與研究生專業(yè)體系無縫銜接，這種培養(yǎng)模式打破了傳統(tǒng)專業(yè)壁壘，鼓勵學生跨領域學習，增強綜合素養(yǎng)，為未來的科學研究或職業(yè)生涯奠定堅實基礎。

（二） 匯聚多元師資力量

可以設立跨學科研究種子基金，資助有創(chuàng)新潛力的交叉學科項目，開設交叉學習研修班，鼓勵教師積極參與國內外學術會議和研討會，以加強學術交流和合作。對于具有實際意義的多學科交叉研究項目，應給予充足的資金支持，并圍繞教師關心的熱點議題組織專題研討，從而有效提升教師的跨學科知識儲備。在招聘教師時，學校應更加注重多元化，積極吸納來自不同學科背景的專家，以進一步優(yōu)化教師隊伍結構。此外，學校應積極為教師搭建實踐平臺，提供多樣化的實踐項目和案例。將實踐中的新發(fā)現(xiàn)引入課堂，豐富教學內容，激發(fā)學生的學習興趣和探索欲，旨在打造一支既具備理論知識又具備實踐經(jīng)驗的高素質教師隊伍，為新能源專業(yè)研究生的培養(yǎng)提供堅實的師資保障。

（三） 開展學術交流活動和校企合作

在開展基礎教學和科研活動的同時，通過“內搭平臺、外聯(lián)企業(yè)”，持續(xù)推進產(chǎn)教融合協(xié)同育人，不斷提升學生的專業(yè)知識水平、實踐應用能力和社會適應能力，以適應未來的發(fā)展需求[8]。通過構建學習社群，組織小組討論和項目合作等方式為學生和教師提供共享信息的平臺，使他們有機會接觸不同學科領域的知識，進而運用這些知識解決實際問題。例如，在線或線下舉辦多學科交叉學習沙龍，激勵學生自發(fā)組建跨學科研究小組，共同探索新能源領域的前沿問題。同時，不能忽視對學術活動和課堂授課效果的評估與反饋。教師應全面審視學生的學科思維深度和跨學科能力廣度，為學生量身定制培養(yǎng)方案，以促進學生在學術道路上的持續(xù)進步與成長。這些措施能夠更有效地培養(yǎng)學生的跨學科素養(yǎng)，為他們在新能源領域的發(fā)展奠定堅實基礎。

（四） 組織成立多學科項目學術平臺

通過跨學科交叉學術平臺，匯聚多個領域的頂尖人才，來自不同領域的專家和研究者可以共同分享和討論他們的知識和經(jīng)驗?？朔鄬W科交叉實現(xiàn)過程中的障礙，并促進知識的整合和創(chuàng)新[9]。這種跨學科的協(xié)同合作模式在解決實際問題時展現(xiàn)出巨大潛力。以清華大學為例，自2013年起，成立了多個學科交叉碩士生培養(yǎng)項目，專門聚焦新能源領域的研究。不僅成立了多個國家重點實驗室，更與中廣核等業(yè)界領先企業(yè)聯(lián)合設立了核電材料及服役安全聯(lián)合實驗室、儲能材料聯(lián)合研究中心等產(chǎn)學研合作平臺。此外，學科交叉教育項目、學科交叉研究所、學科交叉學院、學科交叉研究院、學科交叉中心是我國大學學科交叉教育依托的主要平臺[10]，不僅強化了學術研究與產(chǎn)業(yè)實踐之間的緊密聯(lián)系，也構建了一個包含科研、教學與產(chǎn)業(yè)孵化于一體的綜合性生態(tài)系統(tǒng)。

五 結束語

新能源專業(yè)研究生的培養(yǎng)策略需與時俱進，深度融合多學科知識，緊密契合國際發(fā)展趨勢，以打造具備高度競爭力的復合型人才。通過建立創(chuàng)新實踐平臺，鼓勵研究生參與前沿科研項目，激發(fā)其創(chuàng)造創(chuàng)新思維；通過加強國際化合作與交流，拓寬研究生的國際視野，促進學術與技術的跨國界融合。此外，還需構建涵蓋科研、教學、產(chǎn)業(yè)等多方面的全方位支撐體系，確保研究成果能夠快速轉化為實際應用，為新能源領域的技術進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量，推動新質生產(chǎn)力的發(fā)展，引領科技創(chuàng)新潮流。

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