研究生高水平課程的建設與實踐

于敦喜

（華中科技大學 能源與動力工程學院煤燃燒國家重點實驗室，湖北 武漢 430074）

研究生高水平課程的建設與實踐

于敦喜

（華中科技大學 能源與動力工程學院煤燃燒國家重點實驗室，湖北 武漢 430074）

為進一步提高研究生課程教學質量，全面提升研究生課程體系的國際化程度，華中科技大學從2010年開始啟動了高水平研究生課程的建設工作。介紹了熱能工程專業高水平全英文課程《Carbon Capture，Utilization and Storage》的建設規劃、教學實踐以及良好教學效果，可為國內同行提供參考。

研究生；高水平；課程建設；實踐

研究生的培養質量是衡量一個國家經濟和科技發展水平的重要標志。華中科技大學是教育部直屬重點大學，是首批列入國家“211工程”和國家“985工程”重點建設的高校之一，因此，一直肩負著培養高質量研究型人才的光榮使命。研究生的培養主要體現在教學和科研兩個方面，在持續提高研究生科研素質的同時，我校還在研究生課程建設方面進行了一系列創新性探索。為進一步提高研究生課程教學質量，全面提升研究生課程體系的國際化程度，我校從2010年開始啟動了高水平研究生課程的建設工作。根據《關于開展研究生課程體系建設和高水平課程建設的通知》，課程建設的主要目標是，按照各學科研究生培養的目標要求，借鑒國際國內一流同類學科的研究生課程設置，形成適應國家科技、教育、經濟、社會發展對高層次人才要求的課程體系。課程體系建設“要對本學科或專業原來的課程體系進行評估和再設計，綜合考慮本科的課程，體現本、碩、博不同層次課程的區別與銜接，優化整合部分內容陳舊或重復的課程”。工作方式的突出特點是將研究生高水平課程建設自主權下放各研究生培養單位，要求各單位將高水平國際化課程建設納入本單位研究生課程體系建設與優化中統籌考慮，全面建設，分步實施。全英文課程和國際一流水平課程是學校研究生高水平課程的建設重點，“各院（系、所）應根據本學科或專業的特點，結合學生的實際情況，開展高水平課程建設”。能源與動力工程學院積極響應學校全面建設研究生高水平國際化課程的號召，通過廣泛調研，并結合學科、專業特點，承建了一批具有鮮明特色的高水平國際化課程。經過近四年的教學實踐，獲得學生的廣泛好評，取得了良好的效果。本文重點介紹了熱能工程專業高水平全英文課程《Carbon Capture，Utilization and Storage》（碳捕集、利用與封存，以下簡稱CCUS課程）的建設規劃及教學實踐，以期為國內同行提供參考。

一、課程建設規劃

華中科技大學是國內最早形成熱能工程學科的高校之一，本學科從20世紀50年代初開始培養本科生，60年代初開始培養研究生，70年代至80年代逐漸建立了完整的學科體系。自1981年以來，本學科先后被批準為首批博士、碩士點，首批國家重點學科，1988年獲準建設煤燃燒國家重點實驗室，是“211”工程重點建設學科。經過長期發展，已經形成以煤燃燒國家重點實驗室、熱能工程學科平臺、熱能與動力工程實踐教學基地等為支撐的創新性學科體系。對于這樣一個傳統優勢學科，如何從教學上進一步提高研究生的培養質量，是進行高水平課程建設首先要考慮的問題。根據學校通知精神，高水平課程建設可從兩方面入手，一方面可對原有的課程體系進行優化整合，另一方面可根據學科發展需要設置新的研究生課程。筆者根據當前國際能源與環境技術的發展趨勢，并結合自身的知識結構、研究領域以及依托單位的資源優勢，提出圍繞二氧化碳的排放控制建設一門新的全英文研究生課程，即CCUS課程。眾所周知，二氧化碳是引起全球氣候變化的罪魁禍首，而化石能源（尤其是煤炭）的利用是重要的二氧化碳排放源，因此，為控制二氧化碳排放而提出的各種碳捕集、利用與封存（簡稱CCUS）技術成為國際上一個新興而前沿的研究領域。我國已經超過美國，成為世界上最大的二氧化碳排放國，迫于嚴峻的國際政治形勢，我國正承受著前所未有的二氧化碳減排壓力，因此，CCUS成為應對全球氣候變化的重要技術選擇，已經被列入“十二五”國家碳捕集利用與封存科技發展專項規劃。在此形勢下，開設CCUS課程具有十分重要的現實意義，可為培養從事CCUS技術研究及應用的專門人才做出積極貢獻。筆者所在的煤燃燒國家重點實驗室是國內最早開展相關研究的科研機構，從20世紀90年代開始碳捕集技術研究至今，已經建成國內第一臺0.3MW中試規模富氧燃燒綜合試驗臺、中國首套具有世界先進水平的3MW富氧燃燒碳捕集試驗系統，目前，10萬噸級別的富氧燃燒二氧化碳捕集示范工程正在積極建設中。實驗室還制定了從0.3MWt，3MWt，35MWt，到100MWe的富氧燃燒二氧化碳規模捕集技術的發展規劃和放大路線，在國內富氧燃燒碳捕集技術領域起著十分重要的引領作用，被能源領域頂級期刊《Progress in Energy and Combustion Science》評為“世界上最具影響力的15個低碳富氧燃燒研究團隊”。與此同時，實驗室還大力發展二氧化碳的利用技術，并對二氧化碳封存過程中關鍵科學問題開展了創新性研究。總之，煤燃燒國家重點實驗室在CCUS技術前沿領域開展了長期而富有重要國際影響的科學研究，無論是在知識儲備還是在科研平臺上均可為CCUS課程的建設提供強有力的資源支持。CCUS課程的教學方案設計緊緊圍繞二氧化碳的捕集技術、利用技術及封存技術，通過介紹技術的源起、各自的優勢及不足、國際發展趨勢，使學生重點了解CCUS技術的特點及發展中存在的前沿科學問題，培養興趣以吸引優秀學生投身相關研究。同時，通過本課程，使學生對二氧化碳的環境影響有更深刻的認識，從而增強學生的碳減排意識?；谘芯可囵B經驗，我們發現學生的專業英語水平普遍較低，在與國際同行交流中往往詞不達意，不能獲得很好的溝通效果，從而影響到前沿知識及創新思維的獲取，因此有必要采用全英文教學，以提高學生的英語聽說水平。教學團隊由煤燃燒國家重點實驗室的3名骨干青年教師組成，團隊成員分別在二氧化碳的捕集技術、利用技術及封存技術方面具有學術專長，并長期工作于科研一線，對于相關技術的最新發展趨勢能夠很好地把握，從而保證了知識傳播的及時性和前沿性。此外，團隊成員全部擁有博士學位、副教授以上職稱，并具有國外學習或工作的經歷，具備較高的專業英語水平，能夠保證全英文教學的效果?？紤]到CCUS課程主要面向熱能工程專業碩士研究生，以對國際前沿技術的通識教育為核心目標，預期課堂規模不會很大，因此設定32學時，共計2個學分。由于9月份是新生入學的時間，為兼顧其選課需求并及時傳遞最新知識，決定每年秋季開課。CCUS涵蓋了較多的技術領域，目前尚未發現合適的英文教材，因此主要采用專題講座的形式，同時輔以具有較高評價的國外英文參考書，這樣既保證了知識的全面性、前沿性，又兼顧了知識的系統性。

二、教學實踐

教學實踐是實現人才培養目標的重要環節，也是對高水平課程建設思想及舉措的科學性、合理性的主要檢驗手段之一。CCUS課程設置以傳授前沿知識為目標，因此，傳統的課堂教學仍然是教學實踐活動的重點。不僅如此，我們還根據本課程的特點及學生的課堂反饋，在具體實踐中及時調整教學形式，實施了一些創新性舉措，具體包括：（1）采用教師講授與課堂研討相結合的教學形式；（2）邀請國際學術權威或著名學者開展專題講座；（3）安排學生開展課外參觀學習。研究生雖然屬于廣義的“學生”范疇，但與本科生存在本質的不同。一般來講，本科生仍然以學習新知識為主，而研究生則是研究新知識的人，因此在課堂教學形式上理應做出相應的調整。當研究生進入學習階段，對自身定位已有清晰的認識，即所有的學習活動都應該圍繞著具體的研究課題而開展，借此以獲得專門的知識以及培養獲得專門知識的能力。教師課堂講授是獲取知識的主要途徑，但在有限的教學時間內很難就某些主題進行深入闡述。我們的做法是，首先由教師根據教學大綱對主體內容進行系統綜述，逐步介紹技術的源起、現狀、國際發展趨勢以及亟待解決的關鍵科學問題，隨后，安排時間就學生感興趣的主題開展深入的課堂研討。課堂研討主要圍繞教學內容，主題源于學生對教師授課內容、參考材料學習及其在具體科研活動中的疑問、心得或體會，采用教師引導、學生演講與課堂討論相結合的形式。具體過程是，遴選感興趣的主題，安排學生就主題內容進行較系統的學習與調研，準備課件并進行課堂演講，隨后進行課堂討論。采用這種教師講授與課堂研討相結合的教學形式，取得了較好的效果：（1）主講教師對相關技術的國際發展趨勢具有較全面的了解，通過課堂集中教學，保證了知識傳授的系統性；（2）課堂演講促使學生進行廣泛的自主學習，使其對感興趣的特定主題具有更深入、全面的理解；（3）學生通過課堂演講和討論既增強了交流溝通能力，又提高了專業英語聽說水平；（4）課堂研討降低了傳統“填鴨式”教學所帶來的疲勞感，對學生研究性學習能力、創新精神的培養具有重要促進作用。與國際同行的學術交流是學生獲取前沿知識的另一個重要途徑，但是由于操作上的困難（如教學時間固定、國外學者費用等問題），在教學過程中卻常常被忽略。為進一步提升CCUS課程的國際化水平，我們充分利用煤燃燒國家重點實驗室的國際合作資源，邀請國際著名學者結合自身研究優勢開展專題講座，為學生介紹CCUS技術的最新知識及國際發展動態。例如，在美國猶他大學化工系主席教授Jost Wendt博士訪問實驗室之際，邀請他給學生做了關于富氧燃燒二氧化碳捕集技術的專題講座。Jost Wendt博士是2004年度AIChE環境領域“Lawrence K.Cecil”獎的獲得者、美國化工學會Fellow，曾任美國環保局EPA高級訪問科學家，迄今在Nature等權威期刊上發表有重要影響的學術論文200多篇，曾擔任國際燃燒學會固體燃燒分會主席。Jost Wendt博士是富氧燃燒技術研究領域的國際權威，他為學生介紹了該技術的起源、前景及其在二氧化碳控制應用中所面臨的挑戰，同時，還結合其科研興趣介紹了階段性研究成果，為學生提供了既宏觀又具體的前沿知識。又如，我們還邀請澳大利亞昆士蘭大學Bo Feng博士為學生做了關于二氧化碳利用技術的專題講座。Bo Feng博士是2004年Pergamon Carbon Prize獲得者，是國際著名期刊Energy&Fuels，Bioresource Technology，Fuel，Chemical Engineering Science，ChemicalEngineering Journal，AIChE Journal等的評委，還是澳大利亞和挪威研究委員會的評委，迄今發表重要期刊論文近90篇。Bo Feng博士為學生介紹了國際上正在興起的各種二氧化碳利用技術，重點介紹了他對于這些技術應用前景的思考和評價，極大地開拓了學生的視野。這些國際著名學者的專題講座不僅傳授了關于CCUS技術的最新知識，同時也為學生了解國際同行的科學思維及科研方法提供了很好的媒介。除課堂教學之外，我們還增設了課外實踐環節，主要采用參觀學習的方式。煤燃燒國家重點實驗室自20世紀90年代中期開始進行CCUS技術的相關研究，已經建成一批具有國際水平的實驗系統及裝備。我們在教學的過程中，及時安排部分學時，用于學生對相關系統及裝備的參觀學習。例如在介紹富氧燃燒二氧化碳捕集技術時，帶領學生參觀了位于實驗室的0.3MW中試規模富氧燃燒綜合試驗臺，使學生對于富氧燃燒技術的原理及工藝過程有了更直觀的了解。同時，還安排學生參觀了中國首套具有世界先進水平的3MW富氧燃燒碳捕集試驗系統，使其不僅對富氧燃燒技術的規?；瘧?，還對氧氣分離、二氧化碳凈化和壓縮等工藝過程，都有了更為感性的認識。為加深對二氧化碳光催化還原制取甲醇技術的理解，還帶領學生對實驗室規模試驗系統進行了參觀學習，取得了預期效果。所有這些課外實踐活動極大地提升了學生的認知水平，并加深了其對課堂知識的理解與掌握。

三、教學效果

由于CCUS課程采用了一系列創新性舉措，如采用教師講授與課堂研討相結合的教學形式、邀請國際著名學者開展專題講座、安排課外參觀學習等，學生普遍反映教學方式靈活、互動性強，學習興趣明顯高于一般課程；通過理論結合實踐、與國際學者的直接對話，獲得了最新知識及創新思維；同時，自主學習能力、英文聽說水平等都得到相當程度的提高，從課堂參與度的提高也可以看出學生具有較高的積極性。迄今，CCUS課程開課兩次，學生人數從25人增加到31人，課程考試平均成績從80.28分提升到88.97分，充分說明課程設置及教學方式為學生所廣泛認同。對學生的跟蹤調查發現，課程結束后有約1/2的研究生選擇了從事CCUS相關研究，他們均表示通過CCUS課程的學習培養了研究興趣，對于后續研究方向的選擇具有重要引導作用。

G643

A

1674-9324（2014）43-0140-04

華中科技大學高水平國際化課程建設重點項目資助

于敦喜（1975-），男，漢族，湖北廣水人，博士，教授，為高水平全英文課程《Carbon Capture，Utilization and Storage》主講教師。