“新工科”建設背景下新能源科學與工程專業能源化學教學模式探索與實踐

楊帆 靳登超 裴舒蕓 鮑振博 楊磊 王莉

摘 要：為了迎接新經濟時代的機遇和挑戰，我國高等工程教育正在積極推進"新工科"建設及其教學改革。本文針對"新工科"建設背景下新能源科學與工程專業的能源化學課程的教學目標、教學內容、教學理念和教學模式進行深入探討和分析，提出注重學科交叉整合，加強實踐教學和科研創新活動，結合學生社會能力和職業素養培育的教學改革方案，為新能源和能源環保領域培養綜合性、復合型工程技術人才提供相應的參考。

關鍵詞：新工科；新能源科學與工程；能源化學；教學改革

當今世界知識經濟大發展，新一輪科技革命和產業變革的浪潮滾滾而來，以互聯網和工業智能為核心的新興產業極大地推動了世界經濟和工業的發展。各發達國家已經在上述新興技術領域和先進制造技術領域做出重大戰略部署，意在建立具有核心競爭力的新型經濟和工業體系，增強綜合國力[1]。

高等工程教育院校是為社會培養工程科技人才的基地。為實現新科技和產業革命的蓬勃發展，歐美主要發達國家都發布了關于大力推進工程教育改革的前瞻性戰略報告，如美國的《培育2020的工程師：為新世紀而改革工程教育》（2005）、《國家行動計劃：應對美國科學、技術、工程和數學教育系統的緊急需要》（2007）等，歐洲的“加強歐洲工程教育”（E4）、“歐洲工程的教學與研究”（TREE）等，均為歐美各國高等工程教育改革與發展產生了重要而深遠的影響[2]。2016年我國正式加入《華盛頓協議》，標志著我國高校工程教育全面融入世界，實現國際實質等效，但我國高校工程教育普遍存在滯后社會需求的問題。

2017年2月，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設。

“新工科”是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求 而提出的我國工程教育改革方向。新工科專業，主要指針對新興產業的專業，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等相關工科專業?！靶鹿た啤比瞬啪哂泄こ虒嵺`能力強、創新能力強和高國際競爭力，著眼于互聯網革命、新技術發展、制造業升級等時代特征，培養學生快速學習新事物的能力，將科學、人文、工程交叉融合在一起，具備整合能力、全球視野、領導能力和實踐能力，成為人文科學和工程領域的領袖人物[3]。“新工科”建設對于我國推動創新驅動發展，實現“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”、“人工智能2.0”等重大戰略具有重大意義。

新能源科學與工程專業作為新工科專業，主要針對國家能源領域的發展需求，著重培養學生在風能、太陽能、生物質能等新能源領域和節能減排領域的開發研究、工程設計、優化運行及生產管理工作的能力，為我國新能源產業培養跨學科復合型工程技術人才，和具有較強工程實踐和創新能力的專門人才。

新能源領域和傳統能源節能減排領域的開發研究、工程設計、優化運行及生產管理綜合素質和能力的提升離不開能源化學課程的培養和實踐。含碳能源（煤、石油和天然氣）的高效潔凈利用及具有清潔、低碳、可再生等優勢的太陽能、風能、生物質能等新能源的開發和利用成為未來中國經濟可持續發展的關鍵，為適應我國新能源產業現實需求和彌補其未來發展的人才需求缺口，能源化學課程必須結合“新工科”建設的要求，從教學目標重新定位、教學內容重新優化、教學理念的革新和教學模式的改革四個方面著力，為培養實踐創新能力強的復合型“新工科”人才不斷努力。

1 能源化學教學培養目標

新經濟時代需要具有全球視野、跨學科整合能力、工程實踐能力和創新能力的綜合性、復合型工程科技人才。能源化學的教學目標就不僅是傳授扎實的能源專業知識，而且應具有“學科交叉融合”特點，應該結合當今能源環境領域最新發展方向，加強能源化學與機械設計、化工設計、電廠化學、材料科學、能源儲存、節能減排和新型環保技術革新等學科的相互滲透，促進融合，使得學生具有“大工程觀”?！按蠊こ逃^”還強調“回歸工程設計”[4]，注重工程教育的應用實踐性，所以還應加強能源化學的實踐教學環節，將課程的基本理論、基本設計和學生的基本操作實踐技能有機的綜合在一起，學以致用，極大地提升學生實踐和創新能力。

2能源化學教學內容優化梳理

基于目前新能源和能源環境領域相關產業快速發展和人才需求的現實背景，結合本校教學科研主要發展方向，能源化學的教學內容應主要包括：（1）傳統化石能源（煤、石油和天然氣）的高效利用和節能減排技術；（2）新能源（太陽能、生物質能和氫能等）化工過程的工程研發技術；（3）新型儲能材料及新能源轉化和利用技術；（4）環境友好材料及凈水技術研發。目前適合于新能源科學與工程專業的能源化學特色教材比較少，為此選擇李文翠等主編，化學工業出版社發行的《能源化學工程概論》為授課參考教材，并參考化學工業出版社發行的多部教材，如陳軍，陶占良主編的《能源化學》，袁權主編的《能源化學進展》；周基樹等主編，西安交通大學出版社發行的《能源環境化學》。對某些教學內容進行適當調整，對傳統學科的一般性內容大量融合和壓縮，保留重要的基本內容，同時結合當前新能源和環境保護領域研究熱點問題，新增相關的前沿熱點知識內容。

能源化學是一門內容豐富又與多學科交叉的課程，不同的能源技術包含化學、化工、物理、材料、機械、電學、熱力學和控制理論等多門類學科知識，所以授課過程中涉及到其他學科知識要注重引導學生回憶已學知識和靈活運用于本課程學習，注重培養學生的跨學科整合能力。另一方面，將本門課的理論學習與實際問題緊密聯系，激發學生的興趣和思考。運用研究性、案例型教學，使得重要的知識點均與實際工程工藝或技術難點案例剖析相結合，變枯燥知識為生動的案例，培養和提高學生從事能源與環境領域開發研究、工程設計及生產管理的能力，努力使其成為創新和實踐能力強的應用型人才。

3.能源化學教學理念革新

教學理念是對學校教育和學生認識的集中體現，明確表達的教學理念對教學活動有極其重要的指導意義[5]。“新工科”建設以創新驅動為核心，在關鍵領域和核心技術方面占據創新制高點，實現提升我國科技綜合競爭力和國際影響力的戰略目標，并在更大程度上提升國民的整體綜合素質水平，增強大學生的社會責任感和創新創業實踐能力[4]。傳統教學理念已經無法滿足“新工科”人才培養需求，必須轉向以促進人的全面發展為核心，實踐教學與能力培養為突破口，學生知識、能力和素質協調發展的新型教學理念。

首先應突顯綜合性、復合型人才培養的中心地位。“新工科”建設強調個人的綜合素質得以提升。首先，學生個體的個性化得到更大程度的發展，如興趣和特長得到更充分的挖掘，創新和創造能力得到更全面的指導與培養等；其次，學生個體的社會化能力提升，通過學習構筑自身的認知體系，能夠更為積極主動地適應社會、融入社會，掌握并認同社會的知識和規范，自身的社會責任感和歷史使命感不斷增強。另一方面，學生個體的跨界整合能力得以發展。通過不同學科、領域知識的交叉融合學習，學生能夠了解和理解世界上不同國家的文化、習俗和思維方式的特點與差異，學生主動融入和參與國際合作事務的能力得到提升；學生具備較強的組織、管理和領導才能，能夠適應新經濟的現實需求和未來發展趨勢，擁有較強的跨界整合能力[4]。所以能源化學的授課過程中應注重多學科融合，為學生設計自由討論課題，鼓勵學生積極參與大學生創新創業、各類英語、計算機和學科相關競賽等活動項目，營造個性化的教育環境和氛圍； 其次，提倡寬容精神與師生互動，承認并尊重學生的個性差異，為每一位學生個性的展示與發展提供平等機會和條件，給個性的健康發展提供寬松的生長空間[5]。課堂教學的手段應向實踐化、信息網絡化延伸；教授內容應向國際前沿和實際生產生活延伸，將學生視野從書本拓展至互聯網、延伸至國際領域。

4.能源化學教學模式改革

基于“新工科”建設背景，能源化學課程的教學模式應逐步向“教學信息網絡化”、“側重工程應用的教學實踐化”和“跨學科教學融合化”的方向發展，并強調學生社會能力和職業素養的鍛煉和培育。新經濟時代“互聯網+”、“大數據”、“人工智能”、“先進制造”等新興事物層出不窮，知識的更新速率更是呈幾何級數倍增，僅僅依靠課本或圖書已經不能滿足學生對專業前沿方向知識的追求。課堂教學中應結合電教、互聯網和數據庫等多重手段，引領學生對新知識的掌握和渴求；指導學生自主通過互聯網或數據庫查閱文獻資料和電子書；引導和組織學生以團隊討論的形式分析問題和解決問題，培養學生獨立思考和團隊協作的精神。能源化學是一門理論和實踐性并重的學科，加強和改革實踐教學環節不僅有利于理論知識的理解和深化，還鍛煉了學生的實踐動手能力，分析問題和解決問題的能力，更激發了學生探索未知的積極主動性。能源利用和化工污染控制技術實驗技能的培養主要包括：通過獨立查閱文獻資料熟悉基本實驗原理，設計實驗方案，掌握常規化學實驗規范和方法，熟練操作常規化學實驗儀器，數據處理和分析，綜合運用所學知識解決問題。在此過程中老師啟發和引導學生獨立思考，獨立操作或團隊協作，培養和提升學生綜合素質。此外，鼓勵學生參與教師的科研項目，申報大學生創新創業項目，參與各類學科競賽活動，創造條件讓學生盡早參與創新性實驗，增強學生創新實踐能力、邏輯思維能力和團隊協作能力。

5.結語

在“新工科”建設背景下，結合新能源及能源環保領域對新能源科學與工程專業的人才需求，對該專業開設的能源化學課程教學目標、教學內容、教學理念和教學模式等方面的改革和實踐進行探討。轉變和提升教學目標，培養學生跨學科整合能力、實踐創新能力和社會化能力。優化和融合多學科知識，運用研究性、案例型教學深化理解能源化學知識，培養學生具備解決工程實際問題能力。教學理念應以人的全面發展為核心，實踐教學與能力培養為突破口，實現學生各方面素質協調發展。教學模式逐步向“教學信息網絡化”、“側重工程應用的教學實踐化”和“跨學科教學融合化”的方向發展，強調提升學生社會能力和職業素養，為新經濟和新產業發展提供綜合性、復合型人才。

參考文獻：

[1]蔣潤花，左遠志，陳佰滿，徐勇軍，楊敏林.“新工科” 建設背景下能源與動力工程專業人才培養模式改革探索[J].《東莞理工學院學報》，2018，25（3）：118-121.

[2]孔寒冰.歐美工程教育改革的幾個動向[J].《清華大學教育研究》，2009，13（2）：28-32.

[3]胡波，馮輝，韓偉力，等.加快新工科建設，推進工程教育改革[J].《復旦教育論壇》，2017，15（2）：20-28.

[4]張海生.“新工科”建設的背景、價值向度與預期效果[J].《湖北社會科學》，2017，9：167-173.

[5]郭天祥，王淑勤，汪黎東.能源化學工程專業教學機制轉變與革新[J].《山東化工》，2018，47：184-187.

作者簡介：

楊帆（1983.11-），女，河南新鄉人，現為天津農學院工程技術學院教師，工學博士，講師。

*基金項目：2014年度國家自然科學基金資助項目“再生水管網生物膜中微生物代謝產物對水泥內襯管的腐蝕機理（項目編號：51308392）”