新工科與“雙碳”背景下生物質能源轉化與利用技術課程教學改革

劉麗娜 漆新華 孫妍 魯金鳳 于宏兵 孫紅文

摘 ?要：基于新工科建設的特點和內涵，多學科交叉融合、彼此滲透成為環境類專業課程建設和改革的趨勢。在“碳達峰”和“碳中和”大背景下，生物質轉化與利用技術是實現“雙碳”目標的有效途徑。基于此，文章探討了目前生物質能源轉化與利用技術課程面臨的挑戰，提出了將新工科和“雙碳”理念融入本科生課程理論體系的教學模式和教學方法，旨在激發學生興趣、挖掘學生潛力，培養具有創新和實踐能力的“新能源”“新材料”“節能環保”多領域交叉型高素質人才。

關鍵詞：新工科;碳中和;多學科交叉;課程改革

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0121-03

Abstract： Based on the characteristics and connotation of new engineering， the interdisciplinary integration and mutual infiltration become the trend of the curriculum construction and reform of environmental majors. Based on the background of carbon peak and carbon neutral， biomass conversion and utilization technology is an effective way to achieve double carbon goal. This paper discusses the current challenges of the course Biomass Energy Conversion and Utilization Technology， and proposes the teaching mode and method that integrates the new engineering and dual carbon concepts into the theoretical system of undergraduate courses. It aims to stimulate students' interest and excavate their potential， as well as to cultivate high-quality talents with innovative and practical abilities in the fields of new energy， new materials and energy conservation and environmental protection.

Keywords： new engineering; carbon neutrality; interdisciplinary integration; curriculum reform

一、生物質能利用在實現“雙碳”目標中的意義

我國的能源結構長期依賴煤炭、石油、天然氣等傳統化石能源。隨著我國工業化、城鎮化和現代化進程的加快，能源消耗量急劇增加，我國正面臨著嚴重的能源危機。另一方面，大量“高碳”能源的使用導致溫室氣體排放量急劇增加，我國已成為世界上溫室氣體排放量較多的國家之一。2020年，我國提出2030年前二氧化碳排放量要力爭達到峰值，2060年前努力爭取實現碳中和的國家重大戰略方向[1]。

生物質能作為具有“碳中和”屬性的一種重要可再生能源，是僅次于煤、石油和天然氣的世界第四大初級能源，具有儲藏量大、來源廣泛和環境影響低等特點。生物質是指來源于生活或生物體的有機物質，通常指不用于食物和飼料用途的植物或者植物性物質，也被稱為木質纖維素生物質。我國生物質資源十分豐富，生物質資源年產量可超過6億噸標煤，實際可轉化為能源的也達到3億多噸標煤。因此，大力開發生物質資源是我國改善生態環境，實現可持續發展和完成“碳達峰”“碳中和”目標的重要途徑之一。

二、課程培養模式改革

（一）教學內容改革

在新工科背景下，首先確定本課程在整個專業課程體系中的定位和作用，再根據課程目標和要求進行課程內容的設計。本課程內容涉及環境、能源、化學和材料等學科知識，具有多學科知識交叉的典型特點，涉及內容范圍廣泛[2-3]。在國家“碳達峰”和“碳中和”戰略大背景下，本課程內容應該將生物質能利用過程中所涉及的碳減排新理論與新技術進行及時地更新與補充，讓學生理解并掌握生物質能源轉化利用與“碳減排”之間的關系，了解生物質能源轉化與利用過程最新的技術和相關領域的最新研究進展，從而對本課程內容有更全面的認識，為培養適應時代發展需求的人才打下基礎。

以基于成果產出為導向的Outcome based education （OBE）理念為指導，通過反向設計及時調整，豐富課程教學內容。同時，基于新工科建設對學科和課程建設的要求，融入更多側重于實用性、交叉性和綜合性的課程內容。通過環境、化學、能源、材料等多學科交叉知識的介紹，梳理不同學科知識在生物質能利用領域的交叉點，建立課程體系的邏輯結構，與化學、能源、材料等多學科建立起聯系，拓寬環境類學生在化學、能源、材料等領域的視野，提高學生對本課程的學習興趣和喜愛度，培養更多掌握生物質能利用技術和“碳減排”技術的人才[4-5]。

（二）科研反哺教學

為有效實施OBE培養理念下學生自主學習能力的提升，給學生更大的提升空間，在傳授專業知識的同時，通過生物質能源化利用相關領域的基金項目、科學前沿文獻等多種途徑，完善和豐富課程內容。增加實際案例內容，通過案例分析和生物質利用相關的時政新聞等為切入點，在增加知識趣味性的同時，拓寬理論知識點，加深同學對知識的理解。課堂教學的時間有限，可以充分挖掘學生的課外科研時間。依托學院的生物質資源化，利用國家地方聯合工程研究中心、天津市生物質類固廢資源化技術工程中心的科研資源，在課堂下為學生提供生物質能源化利用與轉化的學習和溝通平臺。

（三）課程思政元素融入教學

注重課堂上與學生的思想交流。課堂教學階段是教師和學生面對面直接交流的階段，也是課程思政的最有效時間。本課程的許多知識點與時政熱點等都有天然的聯系。例如在講述生物質“碳中性”特點、生物質能利用碳循環、生物質氣化焦油和CO2等多污染物協同脫除時，可以聯系巴黎氣候協定，進一步闡述低碳技術與“碳減排”的意義，同時介紹我國目前在低碳技術方面的現有發展水平，增強學生的民族自信心和自豪感。另外，在課件的制作過程中，可以有意識地選擇一些體現國家發展的背景素材等。

針對學生需求，把握學生特點。當前的學生見識廣泛，思維活躍，有獨立思考精神，更關心的是比較實際的問題。但是，他們也有理想主義的一面，也會關心“詩與遠方”。這個時候，需要教師主動去了解學生的需求，探索新的教學途徑，總結經驗，加強交流。通過把一些當前學生比較容易接受的語言和素材作為教學的載體，引導學生關注環境、社會、國家。

結合實例使學生能夠認識到學好本課程會給未來社會、環境帶來積極的影響，如何做到生物質能源的高效利用與轉化以及實現環保事業的可持續發展;培養學生熱愛課程、熱愛專業、熱愛學校及愛國主義精神，講述當前國家政策中跟生態文明建設、環保產業與裝備等相關的政策和法規，傳遞科技報國理想，進行愛國主義教育。培養學生在科學研究中認真鉆研、不斷進取的精神，讓學生明白實踐出真知[6]。

讓學生了解本課程與當前環境類課程等主流課程的相關性與交叉性，了解生物質資源化利用的現狀與發展趨勢，建設學生真心喜愛、終身受益、充滿“思政元素”的專業課。結合課程現狀與特色，鼓勵學生投身我國環境保護事業，在科學研究和工作中不斷探索和進步，為我國生態文明建設做出貢獻，培養學生的科學精神和情懷[7]。

三、課程考核方式改革

（一）評價體系多元化

在考核理念上，考核形式采用多階段（平時測試、作業測試、課外閱讀和期末測試等）和多種類型相結合的考核方式，強化學生課外學習、職業素養、職業道德、課堂表現及思想政治表現等成績的比重。從全面培養學生的科學素養和提高“思政修養”角度出發，建立評價主體多元、評價內容全面、評價方式多樣的評價體系，將在科學教育過程中促進中學生的發展和教師能力的提高，有效地改進教學， 以保證課程的有效實施。

在考試方式的改革上，減少期末考試在整個成績評定中的權重，將平時多項成績以不同權重納入總成績。這種考試方式不僅可引導學生在課外大量閱讀相關文獻，同時還可提高學生的自學能力和表達能力。根據學生的學習態度、表達能力、合作能力等制定出嚴格的評分標準并給予量化。這種成績評定模式既能全面、客觀地評價學生學習成績，又有利于學生素質和能力的全面提高。

（二）構建學生自主評價體系

在基礎理論教學環節之外，基于OBE培養理念還設置了學生的自主學習模塊。此模塊依托于學院不同的科研團隊，針對本課程基礎知識相關領域的前沿熱點研究方向，設置不同的研究題目，供同學們課后線下交流與互動，并以小組研討的形式給出分數，作為平時成績的參考。此外，鼓勵學生參加節能減排競賽、大學生創新創業項目等學術科技活動，供學生自主選擇，自主評價。

四、結束語

在世界能源緊張和“碳達峰”和“碳中和”戰略下，人們更關注具有碳中和屬性的可再生能源——生物質能的利用。尤其是京津冀及周邊地區，由于結構性污染突出，污染過程多發，對掌握新能源和可再生能源利用的高端人才需求更大。生物質能源轉化與利用技術課程在新工科和“雙碳”背景下，立足“京津冀協同發展”等國家重大戰略對此方向新型人才的需求現狀，基于OBE培養理念，科學定位課程對人才培養目標的支撐，合理構建理論課程教學體系和基于“工程能力和創新能力”的多元化教學體系。本課程體系改革方案可以為其他高校后續新增此課程或修訂現有課程的教學方案提供參考。

參考文獻：

[1]郭得鋒，楊鳳葉，胡衛星.碳中和背景下能動專業的教學改革[J].決策探索（中），2020（12）：95.

[2]李樹生，康寶濤，葉晨，等.新工科背景下《功能高分子》課程教學改革[J].高分子通報，2021（10）：102-105.

[3]宋亞坤，劉軍輝，勾明雷，等.新工科背景下《工業催化》課程改革與實踐[J].廣州化工，2021，49（18）：154-155.

[4]陳婷，郭春顯，谷雨，等.新工科背景下材料工程基礎課程改革研究[J].科教文匯（中旬刊），2021（9）：98-100.

[5]田金磊，牛志強，陳軍.新工科背景下南開大學應用化學專業建設[J].化學教育（中英文），2021，42（18）：61-65.

[6]胡芬.德育原理課程思政建設的探索與思考[J].教育觀察，2021，10（45）：105-107.

[7]張東霞，高建靜，姚瑞娟，等.“立德樹人”理念下《工程化學》課程思政教學探索與實踐[J].輕工科技，2021，37（12）：148-149.