面向新能源專業(yè)的“可再生能源”課程教學(xué)探討

摘要：面向新能源專業(yè)教學(xué)的需要，分析了新能源的專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，提出了可再生能源課程的教學(xué)改革和課程體系。通過對(duì)可再生能源課程應(yīng)用的知識(shí)構(gòu)成和當(dāng)前實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)特點(diǎn)的分析，提出了面向新能源專業(yè)的可再生能源課程教育教學(xué)思路。

關(guān)鍵詞：新能源；可再生能源；教學(xué)改革；課程體系；教學(xué)方法

作者簡介：蘇文佳（1982-），男，吉林集安人，江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，講師；王謙（1968-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，教授。（江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

基金項(xiàng)目：本文系國家自然科學(xué)基金青年基金（項(xiàng)目編號(hào)：51206069）、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（項(xiàng)目編號(hào)：20123227120017）、江蘇省自然科學(xué)基金青年基金（項(xiàng)目編號(hào)：BK2012295）、江蘇大學(xué)高級(jí)專業(yè)人才科研啟動(dòng)基金（項(xiàng)目編號(hào)：1281130015）、江蘇省博士后科研資助計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：1301049C）、江蘇大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2011JGYB082）、江蘇省高等教育教學(xué)改革研究重中之重課題（項(xiàng)目編號(hào)：2011JSJG006）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）36-0115-03

進(jìn)入21世紀(jì)，人類社會(huì)面臨著嚴(yán)重的能源緊缺和環(huán)境污染。傳統(tǒng)能源中的石油和天然氣將在未來幾十年內(nèi)耗盡，煤盡管還能使用一二百年，但它會(huì)對(duì)生態(tài)和環(huán)境帶來很多副作用。[1]2013年中國東北地區(qū)由于燃煤供暖的開始，出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，使得交通癱瘓、人類呼吸系統(tǒng)患病的事件屢見不鮮，又一次向人類敲響了環(huán)境保護(hù)的警鐘，發(fā)展新能源刻不容緩。而我國在新能源的教育和科研方面，較美國、英國、德國和日本等發(fā)達(dá)國家還相對(duì)落后，這也同時(shí)催生了新能源專業(yè)在我國大學(xué)教育中的快速發(fā)展。[2]低碳、節(jié)能、環(huán)保作為一種綠色可持續(xù)發(fā)展的理念，是在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下提出并推行的以低消耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展的重要選擇，而建設(shè)以此為基礎(chǔ)的新能源專業(yè)教育則是我國的戰(zhàn)略重點(diǎn)和全面教育的重要方向。[3]

大學(xué)是現(xiàn)代社會(huì)人才培養(yǎng)、知識(shí)傳播和文明傳承的重要載體，理應(yīng)在新能源發(fā)展和建設(shè)中發(fā)揮引領(lǐng)和示范作用。[4]“可再生能源”課程作為新能源、熱能動(dòng)力工程、建筑設(shè)備環(huán)境、車輛工程等眾多理工科專業(yè)的專業(yè)必修課，其研究內(nèi)容與目前全球廣泛關(guān)注的新能源汽車、太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能、小水電、潮汐能、波浪能、地?zé)崮堋淠芎腿剂想姵氐日n題密切相關(guān)。多學(xué)科的交叉給“可再生能源”課程的教學(xué)帶來非常大的困難，因此本文結(jié)合新能源專業(yè)的特點(diǎn)，以及學(xué)生未來的發(fā)展方向，對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行探討。

一、“可再生能源”課程設(shè)置的重要性和緊迫性

早在20世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國家工科類專業(yè)（包括機(jī)械、電子、化工、材料等）就普遍開設(shè)能源與環(huán)境、可再生能源技術(shù)等相關(guān)課程。例如，美國許多大學(xué)都可設(shè)了名為Renewable Energy，Alternative Energy，Sustainable Energy或單獨(dú)的Solar Energy，Wind Energy，F(xiàn)uel Cell等課程。近年來，國內(nèi)許多大學(xué)也都開設(shè)了相關(guān)課程。面對(duì)我國日益嚴(yán)峻的生態(tài)失衡和能源短缺，作為21世紀(jì)的理工科大學(xué)生，迫切需要具備能源與環(huán)保、可再生能源技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)。

二、新能源專業(yè)

1.專業(yè)特點(diǎn)

新能源（New Energy）專業(yè)主要學(xué)習(xí)新能源的種類和特點(diǎn)、利用的方式和方法、應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)。具體內(nèi)容涉及太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、核電能、小水電和潮汐能、波浪能、地?zé)崮堋淠芎腿剂想姵亍⒒茉吹鹊取Ｒ虼耍履茉磳I(yè)是多學(xué)科多領(lǐng)域的綜合，主要涉及的科學(xué)領(lǐng)域有工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、半導(dǎo)體物理、電化學(xué)反應(yīng)、物理化學(xué)、生物學(xué)、電磁學(xué)、機(jī)械原理與制造、地質(zhì)學(xué)等。若想真正掌握新能源技術(shù)，需要較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，并不是學(xué)習(xí)一個(gè)學(xué)科可以完成的任務(wù)，這就需要在教學(xué)中有意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)課程的選修。

2.新能源專業(yè)開設(shè)現(xiàn)狀

我國高校在新能源專業(yè)設(shè)置和專業(yè)人才培養(yǎng)方面還落后于發(fā)達(dá)國家。近幾年國內(nèi)僅有十幾所高校增設(shè)了核能相關(guān)專業(yè)，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等開設(shè)了核物理、核工程與核技術(shù)、核反應(yīng)堆工程等專業(yè)。華北電力大學(xué)、河海大學(xué)、長沙理工大學(xué)、河北建筑工程學(xué)院等近十余所高校開設(shè)了風(fēng)能與動(dòng)力工程專業(yè)。山東建筑大學(xué)、南昌大學(xué)等幾所高校開設(shè)了太陽能建筑一體化、光伏材料等專業(yè)。國內(nèi)尚沒有高校開設(shè)生物質(zhì)能相關(guān)專業(yè)。目前能夠招收新能源專業(yè)學(xué)生的高校包括：河海大學(xué)、河北建筑工程學(xué)院、南京理工大學(xué)、江蘇大學(xué)、鹽城工學(xué)院、淮海工學(xué)院東港學(xué)院、華北電力大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、福建師范大學(xué)、浙江大學(xué)、上海理工大學(xué)、西安交通大學(xué)、中南大學(xué)、華中科技大學(xué)、重慶大學(xué)、東北大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、常熟理工學(xué)院、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)、貴州大學(xué)、中南大學(xué)、三峽大學(xué)、南京大學(xué)、蘭州交通大學(xué)、蘇州大學(xué)、沈陽航空航天大學(xué)等。大多數(shù)高校是在原有熱能與動(dòng)力工程等專業(yè)基礎(chǔ)上增設(shè)了部分與新能源有關(guān)的選修課程，作為對(duì)新能源領(lǐng)域知識(shí)的一種補(bǔ)充，或進(jìn)行了專業(yè)名稱的更改。所有這些，無論是課程內(nèi)容設(shè)置的科學(xué)性，還是人才培養(yǎng)的專業(yè)性，尚不能適應(yīng)國家對(duì)新能源領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的需求。

3.培養(yǎng)目標(biāo)和服務(wù)面向

新能源專業(yè)面向新能源產(chǎn)業(yè)，根據(jù)能源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國家發(fā)展戰(zhàn)略需要，知識(shí)、能力、素質(zhì)全面發(fā)展，科學(xué)精神和人文素養(yǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有良好的綜合素質(zhì)、扎實(shí)的熱流體科學(xué)基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)的新能源科學(xué)與工程專業(yè)知識(shí)與技能，具備熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、自動(dòng)控制、能源科學(xué)、系統(tǒng)工程等寬厚理論基礎(chǔ)，掌握新能源轉(zhuǎn)換與利用原理、新能源裝置及系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)，能勝任新能源技術(shù)相關(guān)的科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)管理、清潔能源生產(chǎn)、可再生能源開發(fā)利用、能源環(huán)境保護(hù)、新能源開發(fā)、優(yōu)化運(yùn)行與生產(chǎn)管理的跨學(xué)科創(chuàng)新型人才和復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。

新能源科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)生可在風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源和節(jié)能減排領(lǐng)域的企事業(yè)單位、高等院校和政府部門從事技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、新能源科學(xué)教育與研究、新能源管理等相關(guān)工作。

4.專業(yè)課程設(shè)置

新能源專業(yè)在課程內(nèi)容體系的設(shè)置上緊密結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)要求，既注重“厚基礎(chǔ)”，突出基本理論與方法，又注重“寬方向”，豐富課程知識(shí)結(jié)構(gòu)。注重學(xué)生“知識(shí)結(jié)構(gòu)”的構(gòu)建和“能力結(jié)構(gòu)”的形成。表1為江蘇大學(xué)新能源專業(yè)核心課程。

理論部分：在基礎(chǔ)教育系列中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性與綜合性相結(jié)合的原則。包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等工程技術(shù)基礎(chǔ)課群；大學(xué)外語、馬克思主義原理等社會(huì)科學(xué)課群。在專業(yè)教育系列中重點(diǎn)遵循厚基礎(chǔ)、寬口徑的原則。第一，整體優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，突出專業(yè)特點(diǎn)。本專業(yè)核心必修課程包括工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、能源與環(huán)境系統(tǒng)工程概論、可再生能源概論、流動(dòng)傳熱數(shù)值分析、現(xiàn)代熱物理測試技術(shù)、能源環(huán)境化學(xué)、太陽能原理與技術(shù)、生物質(zhì)能原理與技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)、新能源材料與技術(shù)。本專業(yè)選修課程包括：燃燒污染與控制、能源低碳利用技術(shù)、能源生產(chǎn)過程控制、Pro/E軟件應(yīng)用基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、能源工程管理、化石燃料清潔應(yīng)用、能源與環(huán)境技術(shù)進(jìn)展、節(jié)能原理與技術(shù)、新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)、水力發(fā)電與水電站、氫能及氫動(dòng)力系統(tǒng)、燃料電池原理與技術(shù)、熱泵原理與應(yīng)用、生物柴油制備與應(yīng)用、生物質(zhì)燃燒與混合燃燒技術(shù)、風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)、薄膜材料與器件。專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)使學(xué)生具備從事可再生能源和新能源領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)與工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。第二，加強(qiáng)基礎(chǔ)教育、拓寬專業(yè)口徑。在本專業(yè)的課程體系設(shè)置中，前兩年主要安排基礎(chǔ)課程和大類技術(shù)基礎(chǔ)課程，加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)教育。拓展新能源科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)教育平臺(tái)，使學(xué)生具備扎實(shí)的能源學(xué)科基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)面向，增強(qiáng)專業(yè)適應(yīng)性。第三，培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立思考和自行實(shí)踐的能力。基礎(chǔ)理論課程與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，任務(wù)明確，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的。

實(shí)踐部分：第一，開設(shè)工程訓(xùn)練和課程設(shè)計(jì)。目的使學(xué)生獲得對(duì)設(shè)備部件加工的感性認(rèn)識(shí)和基本操作技能，并將理論課程學(xué)習(xí)知識(shí)應(yīng)用到專業(yè)課程設(shè)計(jì)中。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。單獨(dú)設(shè)立“能源工程綜合實(shí)驗(yàn)”課程，目的是充分利用學(xué)科的開放式實(shí)驗(yàn)室，指導(dǎo)學(xué)生開展設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新能力。第二，開設(shè)專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)。目的使學(xué)生建立對(duì)專業(yè)工作崗位群的感性認(rèn)識(shí)，通過對(duì)可再生能源和新能源領(lǐng)域相關(guān)單位的考察和學(xué)習(xí)，將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，深入了解本專業(yè)所從事工作崗位的實(shí)際情況，為畢業(yè)生擇業(yè)提供良好的選擇。第三，開設(shè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，進(jìn)行工程技術(shù)和科學(xué)研究基本訓(xùn)練的主要教學(xué)環(huán)節(jié)。

以上所有開設(shè)的新能源課程，均與“可再生能源”課程息息相關(guān)。即使是傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、半導(dǎo)體物理、薄膜材料與器件等與“可再生能源”課程沒有直接關(guān)系的課程，也是為后續(xù)該課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的課程，否則也很難令學(xué)生學(xué)精。因此，“可再生能源”課程的學(xué)習(xí)與新能源專業(yè)其他課程的學(xué)習(xí)聯(lián)系緊密。

5.畢業(yè)生就業(yè)去向

目前來看，新能源專業(yè)相關(guān)學(xué)生的畢業(yè)方向大致有以下三方面：第一，工程學(xué)（engineering），比如開發(fā)新能源技術(shù)，這就要選擇工程類院校，并且對(duì)新能源有一定側(cè)重的；第二，能源經(jīng)濟(jì)學(xué)（energy economics），從經(jīng)濟(jì)的角度分析各種新能源的可行性，經(jīng)濟(jì)類別的學(xué)校都可以選擇，有沒有能源側(cè)重都無所謂，經(jīng)濟(jì)原理到哪都適用；第三，能源政策（energy policy），主要從國家政策的角度研究環(huán)境保護(hù)政策，以及促進(jìn)新能源開發(fā)政策等，這就要選擇國家政策比較好的學(xué)校，并且有能源政策或環(huán)境政策側(cè)重。

三、“可再生能源”課程的教學(xué)改革

1.明確具有專業(yè)特點(diǎn)的課程任務(wù)

針對(duì)新能源的專業(yè)特點(diǎn)，提出適合該專業(yè)的“可再生能源”的課程任務(wù)，具體是首先介紹在利用可再生能源過程中需要掌握的基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)等傳統(tǒng)能源專業(yè)必修的課程，還需要在江蘇大學(xué)全校范圍內(nèi)尋找開設(shè)物理化學(xué)、半導(dǎo)體物理、生物學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)課程的學(xué)院，積極聯(lián)系以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合共同培養(yǎng)學(xué)生的目的。以上基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)完成后，才可以繼續(xù)開始“可再生能源”課程的學(xué)習(xí)，只有掌握了其中的基本原理，才能使學(xué)生更深入地理解并創(chuàng)新出新型的可再生能源技術(shù)。

2.加強(qiáng)結(jié)合科研的實(shí)踐方法

結(jié)合與低碳、節(jié)能和環(huán)保有關(guān)的工程實(shí)際，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中通過引入包含可再生能源科研的最新研究內(nèi)容和成果，了解和掌握可再生能源轉(zhuǎn)化過程中提高轉(zhuǎn)化效率的途徑和方法，并將其應(yīng)用于實(shí)際裝置和設(shè)備分析中。這在增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)的同時(shí)，能夠更好地培養(yǎng)其綜合素養(yǎng)，提高其創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力。

結(jié)合江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院自身的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)室條件，在“可再生能源”課程教學(xué)過程中嘗試為學(xué)生增加了包括太陽空氣集熱器、太陽房、太陽能蔬菜大棚、太陽能光伏電池等在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如圖1所示。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)的演示、觀摩和操作，使學(xué)生對(duì)可再生能源有了更形象、深入的理解，并對(duì)教材中所涉及的相關(guān)內(nèi)容有了更深入的認(rèn)識(shí)，并可舉一反三，獨(dú)立設(shè)計(jì)新型可再生能源利用系統(tǒng)。

3.靈活多樣的考試考核方式

針對(duì)“可再生能源”課程涉及知識(shí)面特別廣泛的特點(diǎn)，根據(jù)江蘇大學(xué)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了考試題庫。每次考試的形式也多種多樣，可選擇試卷考試；也可選擇創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)一種新型可再生能源利用系統(tǒng)，通過必要的工程計(jì)算和作圖，動(dòng)手完成一部系統(tǒng)樣機(jī)。這樣不僅克服了傳統(tǒng)考試過程死記硬背的缺點(diǎn)，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，并使學(xué)生學(xué)以致用，充分利用各種知識(shí)，包括：機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、畫法幾何、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)等，開闊了學(xué)生的眼界。

此外，還可鼓勵(lì)學(xué)生多參加和可再生能源有關(guān)的課外競賽活動(dòng)，如大學(xué)生節(jié)能減排大賽、星光杯創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽、江蘇大學(xué)科研立項(xiàng)等，以此培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)可再生能源過程中的創(chuàng)新能力，提高其科研協(xié)作精神。通過這些活動(dòng)，將為促進(jìn)大學(xué)生理解可再生能源內(nèi)涵、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

針對(duì)中國的能源戰(zhàn)略體系框架而言，無論是到2050年的能源發(fā)展長期規(guī)劃，還是“十二五”的近期規(guī)劃，均將以可再生能源的節(jié)能環(huán)保發(fā)展作為我國能源結(jié)構(gòu)的思路。為配合我國的“低碳環(huán)保”發(fā)展戰(zhàn)略，在“可再生能源”教學(xué)中增強(qiáng)理論基礎(chǔ)并結(jié)合科研實(shí)踐教學(xué)將是教改的一個(gè)重要方向。無論是課堂教育還是實(shí)踐環(huán)節(jié)，如何將“可再生能源”的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和低碳、節(jié)能減排進(jìn)行合理、科學(xué)的整合，是教學(xué)過程中需要深入探索和研究的內(nèi)容。

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