能量簡史：天地演進之本通識教育核心課程建設

摘" 要" 針對能量簡史通識教育核心課程建設進行探討。闡述了能量簡史課程的性質和價值，提出課程建設的目標和內容。詳細論述了能量簡史課程的教學內容與架構，包括課程講授、專題研討、演示實驗與仿真實驗、課堂練習與研討、課后作業與報告、課程設計以及混合式教學等。探討了能量簡史課程的全過程課程思政，涵蓋了文化自信、民族自豪感、工匠精神、共享發展理念、能源安全意識、可持續發展與人文關懷等思政元素。還介紹了能量簡史課程的評價與考核方式，以及課程的實施、保障與成效。對能量簡史課程的教學改革方向作出展望。

關鍵詞" 能量簡史；通識教育；課程建設；課程思政；混合式教學

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）21-00-07

0" 引言

在當今科技迅猛發展的背景下，通識教育核心課程[1]作為培養高素質人才的重要途徑，面臨挑戰?，F有通識課程在知識體系、教學方法、考核機制、課程思政等方面存在諸多不足[2-4]，難以滿足新時代人才培養的需求。能量簡史：天地演進之本（以下簡稱能量簡史）是四川大學的一門通識教育核心課程，課程以能量為核心，幫助學生構建一個完整的能量科學知識體系。通過這門課程，學生可以了解能量在宇宙、自然界和人類社會中的重要性，并從能量管理的角度跨學科思考、跨文化交流和解決實際問題；學生將深度思考能量與宇宙、生命、人類的關系，了解人類在利用能源方面所面臨的各種問題，如環境污染、氣候變化等。通過探討這些能量（能源）相關問題，加強自我約束，增強社會責任感。

1" 能量簡史課程的性質和價值

建設能量簡史課程具有一定的必要性。首先，能量是宇宙和自然中的基本元素，也是物質運動和生命活動的基礎，了解能量的本質、來源、轉化和利用，對于培養學生的科學素養、提升學生的綜合素質具有重要意義。其次，能量科學在人類科技發展中占據核心地位，從新能源、新材料到環境科學、航空航天等領域，都與能量科學密切相關。能量簡史通識教育核心課程有助于激發學生對能量科學的興趣，培養能源技術創新和實踐人才。

能量簡史課程的性質和價值包含以下幾點。

1）基本性。能量簡史課程可以幫助學生了解能量概念的本質和基本原理，掌握能量的量化、轉化和傳遞等基本概念，理解能源類型和能源技術的基本原理和應用，建立扎實的能量基礎知識框架，對于學生日后的學習和研究具有重要的作用。

2）整體性。能量簡史課程從宏觀和微觀兩個角度，全面探討能量與能源的起源、類型、轉化、耦合、利用和發展趨勢。它關注能量與能源系統的整體性、能量（能源）的相互聯系和相互影響、能量系統的復雜性，培養學生整體思維和系統思維的能力。

3）多元性。能量簡史課程涉及多個學科領域，包括電氣工程、能源動力、物理學、生物學、政治學、經濟學、化學、哲學等，幫助學生理解不同空間的能量概念原理、能源在不同領域的應用，以及能量與物質、能量與文明、能量與哲學等的關系。教師以及學生具有不同的專業背景，能帶來不同的觀點和思考方式，這種多元性讓學生能夠更好地理解復雜的能量和能源理論與技術，理解學科間的交叉關系和相互作用。

4）歷史性。能量簡史課程關注能量的認識過程與能源的發展歷程，以及能源技術和能源政策對人類社會的影響，具有一定的歷史性。學生將了解能量形式與能源利用的歷史演變，以及能量與能源在不同歷史時期的重要性和影響作用。

5）時代性。能量簡史課程關注能量（能源）與環境、經濟、戰爭等問題，具有很強的時代性。課程旨在幫助學生了解能量（能源）與環境問題的嚴重性和緊迫性，認識能量（能源）、環境和經濟可持續發展的重要性，引導學生思考如何通過科技創新來應對這些問題，促進人類社會的和諧與可持續發展。

2" 能量簡史課程建設的目標和內容

通過能量簡史課程的學習，從能量的起源、能量與物質、能量與生命、能量與能源，以及能量的掌控、利用與歸宿等方面，讓學生深入了解宇宙和自然界中能量現象的本質，并掌握利用能量進行實踐應用的基本原理和技術。同時，學生也能夠探索如何在能量利用中實現能量的最大化和效率提升，從而在解決現實問題時具備更寬廣的視野、更全面的能力。能量簡史課程的具體內容包括以下幾點。

1）了解能量的起源，理解宇宙大爆炸、奇點理論以及能量在宇宙中的傳遞和轉換。學生將了解能量的起源，理解宇宙大爆炸理論和奇點理論；將了解關于宇宙起源的其他理論，包括恒星形成、黑洞等；將探討宇宙起源的科學方法，包括觀測、模擬和實驗等；將理解能量在宇宙中的傳遞和轉換，以及這些過程在宇宙演化中的重要性；同時將掌握有關宇宙演化的重要概念，包括暴脹理論、微波背景輻射和星系聚團等。

2）探討能量的歸宿，理解耗散猜想和奇點猜想。學生將掌握宇宙學中的一些基本概念和計算方法，如宇宙學常數、宇宙學模型等，更深入地探究能量的歸宿問題；將了解能量歸宿的兩個重要猜想。

3）理解能量與物質的關系，掌握物質與能量的轉換方式。學生將了解宇宙大爆炸后的物質、宇宙中物質的形成和演化、暗物質和暗能量；將理解能量與物質之間的等價性（即：質能等價原理/質能方程），了解其意義和歷史背景；將理解物質的穩定性，了解原子核的構成和穩定性，以及放射性衰變和核裂變的過程；將掌握能量與物質的轉換方式，如核反應、化學反應等。

4）理解能量與生命的關系，掌握生物體內能量轉換的原理。學生將理解能量在生命活動中的重要性以及植物、動物能量轉換的基本原理；將了解光合作用在植物體內的過程和意義，理解能量在生態系統中的流動；將了解生物體內能量轉換的主要途徑，理解生物能量轉換與環境因素的關系，如溫度、光照等對生物體能量代謝的影響；將通過分析能量流動的過程，建立生命觀念的物質和能量觀。

5）理解能量的定義，掌握能量的形式、傳遞、轉化和守恒。學生將了解能量的物理定義以及它在自然界中的作用和重要性；將學習各種形式的能量，包括太陽能、風能、水能、熱能、電能、氫能等，并了解它們之間的相互轉化；學會如何描述和分析能量在物質之間的傳遞和轉化過程，從而深入了解自然界中各種能量現象的本質；將了解能量守恒定律的基本原理，以及如何利用這一定律分析解決實際問題。

6）理解能量與能源的關系，了解能源的歷史、發展、類型和利用。學生將深入了解能源與能量之間的關系，并探索如何實現能量的最大化和效率提升[5]；了解能源在人類歷史中的重要性和發展趨勢，從古代人類的食物和木材利用，到化石燃料和新型能源的使用；學習各類能源（如煤、石油、天然氣等）的轉化和利用方式，了解它們在各領域的應用（如工業、農業、交通、住宅、商業等）；將增強能源安全意識，了解能源管理的方法和技術手段，強化節能減排、可持續發展的理念。

7）理解能量（能源）與人類文明、環境、經濟、戰爭與哲學的關系。學生將探討能量在人類社會中的作用和影響，包括能量利用對人類社會和經濟的影響、人類文明的能源轉型等；了解能源的使用如何影響環境和全球氣候，以及可再生能源的環境效益和挑戰；探討能源開發和利用與經濟發展之間的關系，以及能源成本和價值的關系；討論能源在戰爭中的作用和影響，如石油戰爭、核武器和核能的應用等；理解能量與哲學的關系，能夠以哲學的觀點看待能量，包括存在與變化、平衡與轉化、原因與結果、能量與意識、物質與精神等多個重要的哲學議題，最終理解“人類要尋求一種平衡，既要尊重自然規律，又要發揮主觀能動性”。

8）把握能源政策與能源未來。學生將學會如何評估和制定能源決策，包括了解能源政策和法規、能源市場和經濟等相關知識；探討未來能源的發展趨勢和挑戰，包括可再生能源、能源存儲和能源效率等方面的創新和技術；了解全球能源的前景和挑戰，以及如何應對這些挑戰。

3" 能量簡史課程的教學內容與架構

3.1" 教學內容

能量簡史課程遵循學生的認知規律和能力培養規律，科學設計了課程教學單元和教學環節，合理安排教學內容和教學時數（共32學時），具體如表1所示。

3.2" 教學架構

結合教學目標和內容，建立了能量簡史課程教學設計框架，如圖1所示，包含了教學內容的邏輯關系、教學方法與手段以及全過程課程思政等內容，后文將展開論述。

4" 能量簡史課程的教學方法與手段

能量簡史課程注重知識傳授和能力培養，通過課堂講授、專題研討、案例分析、演示與仿真實驗、課堂練習（含討論）、作業、課程項目/設計、混合式教學和全過程思政[6]等方式，培養學生探究能量（能源）問題的能力和創新思維。

4.1" 課程講授

通過課堂講授，傳授學生能量（能源）相關的基本概念、原理方法、主要歷史事件、技術發展趨勢以及與其他領域的關系等內容。

4.2" 專題研討

引導學生從不同角度探討能量簡史相關主題，并結合實際案例進行深入探究。研討主題包括：能量測量、能量轉化、能量存儲、能量控制、能量與文明、能量與哲學、能源的發展歷程、能耗與能效、能源轉型、能源與環境、能源與社會、能源與資本、能源與戰爭、能源與可持續發展、未來理想能源等。

4.3" 案例教學

通過分析能量（能源）歷史事件、技術發展或應用的案例，讓學生深入了解能量與能源發展歷史及其影響。相關案例包括：1）能量的起源案例——黑洞；2）能量與物質案例——核反應；3）能量與生命案例——糖代謝；4）能源效率案例；5）電力—綠氫系統案例等。

4.4" 演示實驗與仿真實驗

通過設計相關演示實驗與仿真實驗來展示和驗證能量原理或能源技術，加深學生對相關原理或技術的理解認識。相關實驗包括：1）太陽能（風能）演示實驗；2）能量轉換演示實驗；3）綜合能源系統仿真實驗等。

4.5" 課堂練習與研討

通過設置一些課堂練習題，鞏固學生對能量簡史知識的掌握和應用能力。相關課堂練習包括：

1）能量與物質的轉化；2）能量與生命的關系；

3）計算能量轉換效率；4）研討能量存儲技術；

5）設計節能方案；6）能量歸宿的研討等。

4.6" 演示實驗與仿真實驗

安排學生獨立完成與能量簡史相關的書面或實踐作業，提高學生的綜合能力和獨立思考能力。相關作業的主題包括：1）能量的守恒與利用；2）能量的流動、存儲、測量與控制；3）能量轉換效率評估；4）生物系統的能量流動；5）能量與人類文明；6）能源地圖等。

修讀學生專業包括：化學（拔尖計劃）、材料類（新能源與納米材料）、材料科學與工程、材料成型及控制工程、醫學類、經濟學（拔尖計劃）、土木工程、電子信息工程（卓越工程師班）、通信工程（卓越工程師班）等。為了更好地激發學生的學習興趣和創造力，通過個性化的課后作業與報告布置方式，鼓勵學生結合自己的專業背景深入思考能量（能源）科學與工程領域的相關問題。例如：化學或材料專業的學生可以嘗試研究能量（能源）材料的性質、性能、制備或合成方法及其應用，分析能量（能源）材料發展的前沿問題和應用前景；醫學專業的學生可以分析能量攝入與人體健康的關系，還可以探討能源領域從業者的職業健康問題，如噪聲污染、輻射污染等對健康的影響，并提出預防和保護措施；經濟學專業的學生嘗試分析能源市場的供需關系、價格波動和政策影響，探討能源政策對經濟發展的影響；土木工程專業的學生可以關注能源基礎設施建設、選址以及能源系統優化等方面的問題；電子信息或通信工程專業的學生可以研究能量傳輸、儲存和控制技術，探討智能電網、能源互聯網等新興領域的發展。

4.7" 課程項目（課程設計）

通過團隊（小組）合作項目，學生撰寫能量簡史相關的課程設計報告，增強學生對能量簡史課程內容的理解和認識，培養學生的批判性思維和問題解決能力，提升學生主動獲取信息和知識的能力、分析問題和解決問題的能力、團隊協作能力、書面表達能力和報告撰寫能力。相關課程項目包括：

1）能量與生命項目；2）能量對世界歷史的影響項目；3）能量守恒項目；4）能量與信息項目；

5）能源社區共享項目等。

4.8" 混合式教學

能量簡史課程采用多種教學方法相結合的方式，融合了在線教育技術[7]和傳統教學方法，加深了學生對能量簡史教學內容的理解，提高了學生的自主學習能力。例如，結合講授和演示實驗，讓學生觀察太陽能（風力）發電實驗現象，分析相關原理。相關混合式教學還包括以下幾種。

1）類比教學。在能量簡史課程中，通過將復雜概念與易于理解的事物進行類比，加深學生的理解和認識。例如，在講授“能源信息物理系統的決策過程”時，將其與之前講授的“生命系統的能量流動”進行類比，如圖2所示。在生命系統中，能量按照“不可使用狀態→可使用狀態→將物質重構→以信息形式向上構建→引導能量的流向及規?！鷥灮芰康牧鲃雍拖摹敝鸺壛鲃?；在能源信息物理系統中，能源數據逐步由隱性數據轉化為顯性數據，顯性數據經分析處理成為信息，信息最終通過綜合決策轉化為有效的知識并固化在能源信息物理系統中，同時產生的決策通過控制系統轉化為優化的數據作用到能源系統，使得能源系統朝向資源配置更為優化的方向發展。通過這種類比，可以啟發學生將知識聯系起來，同時也可以激發學生的學習興趣。

2）翻轉課堂。教師在課前將“暗物質與暗能量”“新能源發電”“電氫耦合”“能源互聯網”等文獻資料、案例材料等課程資源上傳到網絡平臺上，供學生自學，課堂時間則用來讓學生口頭報告、研討和答疑。

3）在線討論。開設在線討論區，讓學生自主發表對“能量與人類文明”“能量與經濟發展”等話題的看法，并與同學交流、討論。

4）數字教學資源。在課程教學中，利用團隊已開發的多種數字資源，如電力—綠氫聯合系統相關的圖表、動畫、視頻、模型等，增強能源新技術的可視化呈現。

5" 能量簡史課程的全過程課程思政

將能量簡史通識教育與課程思政有機結合，對于培養學生的綜合素質和人文情懷具有重要意義。在課程設計過程中，注重將能量（能源）科技史與思政教育相結合，培養愛國主義情懷和社會責任感[8]；在課堂教學中，通過講述能量（能源）領域的科學家故事，引導學生學習科學家探索精神；在實踐教學中，組織學生參觀博物館（如三星堆博物館、金沙博物館）和實驗室（如智能電網四川省重點實驗室、四川大學能源互聯網研究中心）等場所，讓學生親身感受文明的力量、體驗科技的魅力，激發學生的創新意識和探索精神。

基于以上環節，能量簡史課程進行了全過程課程思政，具體內容如表2所示。

6" 能量簡史課程的評價與考核

6.1" 階段性評價與總結性評價相結合

通識課程在中國大學的開展已比較普遍，但依然存在很多問題[9-10]。能量簡史課程在講授過程中也會遇到各種問題，學生的學習能否達到前述教學目標是關鍵。因此，課程采用了一套科學合理的教學效果評價體系，包括階段性評價與總結性評價，通過調查問卷，深度調研學生的學習需求和效果，請學生對能量簡史課程的教學情況與學習作出客觀評價，包括：1）課程設計；2）教學內容；3）教學方法；4）教學效果；5）教師素養；6）健全人格；7）人際交流；8）學習能力；9）創新能力；10）視野拓展等，對能量簡史課程進行持續閉環改進。

在2023年《能量簡史》課程的教學過程中，教學團隊收集了學生在不同階段對教學的評分反饋。根據百分制評分體系，綜合評分為95.04分。此次評價活動的時間范圍是從2023年10月24日至10月29日，共有60名學生參與了評價。

6.2" 全過程考核與非標準答案考查相結合

能量簡史課程采用全過程考核與非標準答案考查相結合的方式，全面評估學生學習效果和水平。全過程考核不僅可以關注學生對能量科學與能源技術知識的掌握程度，還可以關注他們的學習能力、解決問題能力以及創新思維能力等方面的發展。同時，非標準答案的考查也可以鼓勵學生對能量科學與能源技術進行更深入的思考和探索。課程的考核內容包括：課堂討論與練習、個人報告（含設計作業、實驗報告等）、團隊項目報告、期末報告（論文），考核項目和成績構成如表3所示。

7" 能量簡史課程的實施、保障與成效

7.1" 師資隊伍建設

能量簡史課程組建了跨學院、跨學科、跨專業以及產學研融合的教學團隊，團隊結構合理，老中青結合，團結協作性強。授課教師來自電氣工程學院、歷史文化學院、商學院、水利水電學院等單位，具有豐富的教學經驗，研究領域涵蓋了電力系統、熱能與動力工程、太陽能高效利用、水能資源、電力市場、能源戰略與經濟管理、新石器考古、文明史、計量經濟學、制造業轉型升級等，可為學生提供全方位、跨學科的學習體驗。未來，教學團隊將繼續吸納物理學、社會學、哲學等專業的教師。

7.2" 教學資源保障

在課程資源建設方面，注重收集和整理能量科技史相關的文獻、圖片、視頻等資料，為學生提供豐富的學習資源。同時，制作高質量的教學課件和視頻（目前，已完成兩個教學型視頻案例成果《計及氣候環境影響的“電力綠氫”系統聯合運行優化研究》和《考慮氣候環境因素的綠氫供應鏈分析》的制作，并已被中國專業學位教學案例庫收錄），方便學生自主學習。未來，還將建立能量簡史慕課平臺，為廣大學生和社會公眾學習能量簡史課程提供便利條件；通過對慕課教學資源的整合和優化，提高能量簡史慕課教學質量和效果。

7.3" 課程建設成效

7.3.1" 課程目標達成度高，學生學習效果好

1）拓寬了學生的知識面。學生全面了解了能量的概念、種類、轉化等基本知識，并了解了能量（能源）在生活和產業中的應用，提升了學生的知識水平和綜合素質。

2）培養了學生的探究精神。通過學習能量簡史，激發了學生對能量（能源）科學問題的好奇心和求知欲。

3）提升了學生創新能力。通過能量（能源）經典案例和前沿技術的學習，培養了學生的創新思維和能力。

7.3.2" 教師學科素養顯著提升，創新活力不斷增強

1）通過能量簡史課程建設和教學實踐，加深了教師對能量（能源）科學的理解和掌握，增強了教師的學科素養和教學能力。

2）通過建立能量簡史教學資源共享平臺與教學互動平臺，促進了不同專業（方向）教師之間的跨學科合作與交流，激發了教師學科創新和教學研究的靈感。

8" 結束語

能量簡史通識課程涵蓋了物理學、生物學、電氣工程、能源動力、政治學、經濟學、哲學等多個學科的知識，具有較強的學科交叉特色。該課程以能量（能源）為主線，結合宇宙起源和演變，以及人類歷史、文明、科技與文化的演進，闡明了能量科學和能源技術的基礎理論和發展趨勢，對于提升學生對能量的認識與理解、拓寬學生知識面、激發學生興趣、培養學生跨學科思維和創新能力，都具有重要意義。能量簡史課程建設取得了一定的成效，如課程內容的改革與創新、教學方法的改進、教學資源的豐富等。然而，課程建設也存在一些挑戰，如與教學實踐之間的銜接問題、跨學科教師隊伍建設問題等。能量簡史課程未來將更加注重教學內容的創新與整合，更加關注教學方法的改革與探索，繼續加強教師隊伍建設，以著力提高課程的吸引力和實效性。

9" 參考文獻

[1] A. M.-H. Lam. Making Sense of Interdisciplinary General Education Curriculum Design： Case Study of Common Core Curriculum at the University of Hong Kong[J].ECNU Review of Education，2023，6（3）：410-432.

[2] Stone Russell. Promoting the Public Impact of General Education[J].The Journal of General Education，2022，69（3）：142-153.

[3] 謝鑫，王世岳，張紅霞.哈佛大學通識教育課程實施：歷史、現狀與啟示[J].高等教育研究，2021，42（3）：100-109.

[4] 閻光才.關于本科通識教育的林林總總[J].中國高教研究，2021（12）：12-17，56.

[5] 滕福生，滕歡，周步祥，等.電力系統調度自動化和能量管理系統[M].2版.成都：四川大學出版社，2021.

[6] 楊天華，李潤東，賀業光，等.“思政—思辨—思維”三元融合的高校通識課“能源環境與可持續發展”探索與實踐[J].高等工程教育研究，2023（增刊1）：98-101.

[7] 張宏業，汪存友.信息化環境下高校通識課教學與管理的需求與對策[J].中國教育信息化，2012（21）：63-65.

[8] 趙君，張瑞.通識教育視角下高校思想政治理論課建設的思考[J].思想教育研究，2012（5）：48-51.

[9] 王軍，王彩霞.高校通識課教學質量影響因素及提升路徑研究：基于學生評教文本的分析[J].中國高教研究，2020（8）：98-103.

[10] 張壽松，徐輝.通識教育課程建設的問題與建議[J].課程·教材·教法，2005（1）：80-83.

*項目來源：四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目“基于多場景互動、跨學科融合的電氣類通識課程《能量簡史》建設探究”（項目編號：JG2021-66）；四川大學新世紀高等教育教學改革工程研究項目“《能量簡史》通識核心課程建設”（項目編號：SCU9181）。

作者簡介：周步祥，博士，教授、博士生導師；陳實，博士，副教授、博士生導師；臧天磊，通信作者，博士，副教授、博士生導師；羅歡，博士，副教授、碩士生導師；周毅，博士，助理研究員，碩士生導師。