“生物質能開發利用技術”教學改革探索

施愛平+葉麗華+馬茜

摘 要： 目前，生物質能技術的開發與利用已成為世界重大熱點之一，受到世界各國政府與科學家的關注。在這樣的背景下在高等院校中開設“生物質能開發利用技術”課程是符合培養高層次綜合性人才需求的。但是目前在教學過程中存在教學內容老舊、課堂形式單一枯燥等問題。作者根據能源與動力工程學科的特色，結合生物質能開發利用技術課程的特點，在教學內容、教學方法和考試方法上進行了改革嘗試。經過一段時間的檢驗，學生反饋效果良好，改革初步獲得了成功。

關鍵詞： 生物質能 開發利用 教學改革

引言

21世紀，人類已面臨嚴重的能源問題，解決能源短缺問題和能源開發利用中引起的環境污染問題將是人類可持續發展的關鍵所在。為緩解能源需求的壓力，兼顧經濟增長和環境保護，新能源和可再生能源的開發利用已成為大勢所趨。新能源和可再生能源資源豐富，分布廣，開發潛力巨大，是保護生態環境的清潔能源。未來以化石燃料為主體的世界能源系統將轉換為以生物質能等可再生能源為主體的世界能源系統[1]-[2]。

目前，生物質能技術的開發與利用已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學家的關注。許多國家都制訂了相應的開發研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的酒精能源計劃等，其中生物質能源的開發利用占有相當的比重。國外的生物質能技術和裝置多已達到商業化應用程度，實現了規模化產業經營，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質轉化為高品位能源利用已具有相當可觀的規模，分別占該國一次能源消耗量的4%、16%和10%，同時我國國內的生物質能的開發和利用在逐年增加與重視。生物質發電在我國已經有40多年的歷史，其主要原料是稻殼和谷殼，且主要用于大米加工廠。目前全國已經建設推廣了100多個熱解氣化技術示范工程。許多企業已經開發出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。

因此，在這樣的背景下在高等院校中開設“生物質能開發利用技術”課程是符合培養綜合性高層次人才需求的。“生物質能開發利用技術”課程是能源與動力工程專業的一門研究生專業選修課，主要講述國內外生物質能開發和利用的基本理論和前沿動態。重點介紹了各種生物質能壓縮成型和碳化技術、氣化技術、熱裂解技術、發電技術等方面的知識。“生物質能開發利用技術”課程是在專業基礎課程的基礎上開設的，是基礎理論通向專業應用的重要橋梁和紐帶。該門課程的講授，有利于開闊學生的視野，有利于提高學生的專業素養。傳統教學過程中存在一些問題。如在教師講授中以理論知識介紹為主，知識專業性強；純粹講述內容，形式比較單一；課堂氣氛相對比較沉悶和呆板，學生吸收知識的反饋效果不是很好。學生本科時的基礎知識都學得很扎實，學習內容比較廣泛，但是專業知識學得很少。現在生物質能開發利用技術這方面的知識非常有專業性和針對性，如果還像本科教學那樣籠統簡單泛泛而談，學生就會覺得太簡單了。如果教學內容的專業性和針對性很強，學生之前沒有生物質能開發和利用技術這方面的基礎，學習起來比較吃力，就會覺得太深奧無法理解，所以在教學內容選取上要把握好這個度。因此，有必要對這門課進行教學改革。在講授該課程時，采用理論與實踐緊密結合的方法，結合其他各專業的特點，精選教學內容，改革教學方法，改革考試方法，通過課程教學改革，不僅使學生充分掌握生物質能開發利用方面的理論知識，而且提高學生解決問題的能力，培養學生創新思考的能力[3]-[4]。

1.精選教學內容

經過50多年的建設和發展，本校能源與動力工程學院熱能與動力工程專業已形成了實力較強、特色明顯的學科體系。在教學過程中充分依托學科優勢，注重學生動手能力、創新能力和綜合素質的培養。在長期實踐中已形成了完備的人才培養體系和良好的學術氣氛。“生物質能開發利用技術”課程是能源與動力工程專業的一門研究生專業選修課，屬于增長學生知識的技術基礎課。該門課程的講授，有利于開闊學生的視野，有利于提高學生的專業素養。其教學目的是讓學生了解國內外生物質能開發和利用前沿動態，掌握生物質壓縮成型和炭化技術、氣化技術、熱裂解液化技術及生物柴油的制備技術，深化理解生物質能資源的利用現狀。“生物質能開發利用技術”課程從以前的30學時課堂理論教學轉變成24學時理論教學，2學時講座，4學時實踐。總課時不變，但是減少了理論教學時間，增加了講座和實踐。之前的課堂教學是純粹的灌輸式講課，形式過于單一。并且教學內容相對過時，跟不上時代發展的步伐，不符合學生的需要，不容易吸引學生的注意力。改革后的教學安排時刻注意選擇那些適合學生發展和學習的知識，把最前沿的技術動態傳授給學生，把教學改革的探索融入課堂。改革后理論教學將更系統全面地介紹各種生物質能壓縮成型和碳化技術、氣化技術、熱裂解技術、發電技術等方面知識。其中將重點介紹生物質氣化技術，熱裂解技術和生物柴油的制備技術。具體來說，包括生物質氣化原理，氣化工藝、氣化設備與工作原理，氣化過程的指標及其影響因素；生物質熱裂解機理及概念，生物質發電技術，生物質熱裂解液化技術；生物柴油制備熱力學與動力學，生物柴油制備基本技術，多相生物柴油制備技術。在課堂講述時會重點介紹這些技術是如何利用在生物質能開發上的，將和其他能源利用技術進行對比。其中生物柴油的制備將是重中之重，將重點闡述筆者在這方面的研究現狀，介紹這方面的內容，拓寬他們的視野。通過介紹國內外生物質能研究、開發和利用情況，激發學生對課程內容的興趣。從生物質能生產原理的介紹，加深學生對生物質能的理解。講述時，生物質能原理介紹將是重點內容。舉例來說，氣化原理就是在一定的熱力學條件下，只提供有限氧的情況下使生物質發生不完全燃燒，生成一氧化碳、氫氣和低分子烴類氣體等可燃氣體。即氣化是將化學能的載體由固態轉換為氣態，氣化反應中放出的熱量小得多，氣化取得的可燃氣體再燃燒則可進一步釋放出其具有的化學能。在講述原理時將重點區分各原理間的不同之處。例如可將氣化與燃燒比照，燃燒過程中氧氣充足，是將化學能轉換為熱能。氣化時氧氣僅僅是一定量，熱能很小，僅以獲得可燃氣體為主要目的。通過介紹兩者的不同之處，學生能更清楚這些技術是如何利用的。

2.改革教學方法

傳統教學方法多是直接式的，以課堂上老師直接傳輸教學內容為主要表現形式，以教師講，學生聽為主。這種傳統老舊的教學方式過于死板教條，不適合現今研究生的需要、教育需要、社會需要，迫切需要進行改革。針對本課程的特點，我們將采取多樣化的教學方式，注重現代教學工具的應用，注重課堂上教師與學生的互動。

（1）課堂教學

在課堂教學中教師起著引導者的作用，激發學生的興趣，開闊學生的視野，引導學生自主深入學習。從傳統的教師“教”的模式向學生“學”的模式轉變。在教學過程中教師會大量使用投影儀播放PPT清晰地講述理論知識，播放相關視頻介紹主要技術背景。這將激發學生的熱情和興趣，更好地傳輸相關知識。在講述過程中老師會大量提出問題，以拋磚引玉，由學生自己尋找答案，進行激烈討論，在討論中自我完善對問題的認識，從而充分掌握知識點。在課堂講述中教師將充分運用現代工具，如實物、模型、三維動畫課件、電影片、PPT等。在實物模型方面，在條件允許的情況下，教師會帶著實物、模型走進學生中，讓他們近距離看到、摸到，充分認識所講內容；教師會將實物、模型擺放在教室中某一位置，讓學生觀察到，從而充分了解所講內容，加深學生的理解。在三維動畫課件、電影片方面，教師會在觀看前提出問題，讓學生帶著問題觀看視頻，在欣賞中積極思考，努力尋找答案，觀看完，再讓學生進行激勵討論，給他們時間，讓他們主動積極總結歸納理解與認識。最后與教師交流，其中也是以學生的暢所欲言為主，教師起到最后總結的作用，統領知識點，讓學生的理解更加準確化和清晰化。在所用的PPT中將應用各式各樣的形式，盡量做到多元化和美觀化，字少圖多易于理解，這樣可以杜絕單調死板，激發學生的興趣，吸引學生自主深入學習。教師在用PPT講述時不能照著讀，而是注重和學生的互動，提高教學質量，多提問，多假設，引導學生自主學習，從形式上調動學生情感，提高學生的學習效率。

（2）講座學習

“生物質能開發利用技術”課程教學周期中，將會邀請國內外相關領域知名學者到我校我院講座報告。教師鼓勵學生認真聆聽講座，并且積極向學者提問互動，使學生在愉悅濃郁的學術氣氛中學到更多書本外的知識，并且加深對書本知識的理解與掌握。聽完講座后要求學生做一份學習報告。教師需要說明報告撰寫的目的、格式、內容等各個方面的要求。在學習報告的寫作中鼓勵學生多多查閱相關資料，獨立自主地完成。教師通過具體例子向學生介紹如何通過網絡、圖書、數據庫獲得相關資料。在寫作過程中，學生有困難，教師會幫助其解決問題。在閱讀完學習報告后，教師會在課堂上依次點評最具有代表性的學習報告，肯定學生的成績，和學生一起討論報告問題所在，對錯誤進行糾正和補充。再舉行班級內的學習報告演講比賽，鼓勵學生踴躍參加報告演講，調動學生的積極性和參與性。讓學生當課堂學習的主人，通過自主學習、教師引導、互相討論，激發學生的興趣，很好地完成對學生的知識傳輸。

（3）實踐學習

“生物質能開發利用技術”課程教學周期中，將會安排組織學生到學校鍋爐房參觀氣化爐，深刻了解生物質氣化技術。由教師現場講授生物質氣化原理、氣化工藝、氣化設備與工作原理等內容。在條件允許的情況下，讓學生進入氣化爐控制室，學習參觀具體操作。教師要鼓勵學生多向工作人員提出問題，激發學生的興趣，注重和學生的互動。這樣可以開闊學生的視野，提高學生的動手能力。教師還會安排組織學生到周邊企業參觀實踐，例如鎮江恒順集團，可以帶學生了解醋糟這類生物質的利用技術。這類生物質書本上介紹得很少，國內外研究較少，卻是生活中接觸到的生物質。教師在去工廠車間參觀前先在課堂上向學生講述有關醋糟知識，讓學生有初步的認識，這樣更有益于學生的理解和掌握。在參觀生產車間現場時要鼓勵學生多向企業相關工作人員提問，調動學生的積極性和參與性。最后由教師現場做針對性的總結。同樣的，學生需要完成實踐報告，在完成過程中有問題可以向教師求助。教師將會選出具有代表性的實踐報告，并且在班級內舉行實踐報告演講比賽，鼓勵學生踴躍參加，調動學生的積極性和參與性，讓學生加深對知識點的理解與掌握。

3.改革考試方法

以前的考試方式是以期末閉卷為主，帶有應試教育色彩，不能全面真實反映學生的學習情況，不符合當今社會教育的需要。根據教學大綱和專業知識點的要求，結合“生物質能開發利用技術”課程教學內容的安排，為了提高學生綜合素質，提高教師教學質量，我們對考試方式進行了改革，大膽創新，取消了期末試卷考核。課程學習成績由平時成績、講座學習成績、實踐學習成績三部分綜合評定。考核的比重為平時成績占30%，講座學習成績占35%，實踐學習成績占35%。平時成績基本就是看平時考勤和課堂表現，由教師自主判定給分。平時考勤就是看課堂教師點名，課堂表現主要看學生回答問題情況。講座學習成績由講座考勤、學習報告和演講比賽三部分得分組成。學習報告由教師自主按報告內容給分，具體對撰寫的目的、格式、內容、方式等內容打分。演講比賽有名次得分及參與得分。應用這樣的考核方法能有效減少學生逃課現象，減少學生平時學習馬虎、考前復習突擊的現象，充分考核學生的學習情況，真實反映學生的學習能力。這樣的考試方法較以往更合理公正地反映學生的成績，促進學生知識、能力、素質的培養。

結語

通過精選教學內容、改革教學方法、改革考試方法三方面實踐教學改革和完善，開展熱能與動力工程專業“生物質能開發利用技術”實踐教學改革，培養綜合型人才，使學生充分掌握生物質能開發利用方面知識，提高學生解決問題的能力，培養學生的創新能力，這對于培養學生綜合素質能力、發展學生開放性思維、提高專業教學質量具有重要意義。

參考文獻：

[1]費世民.發展林業生物質能源的戰略思考[J].四川林業科技，2008，29（4）：28-41.

[2]劉榮厚，牛衛生，張大雷.生物質熱化學轉換技術[M].化學工業出版社，2005.

[3]張季超，童華煒.加強實踐性教學培養學生應用能力的探討[J].廣州大學學報（自然科學版），2003，2（6）：584-586.

[4]馬明國，蔣建新.“生物質能源利用原理與技術”教學改革初探[J].中國林業教育，2009，27（4）：64-67.