“雙碳”背景下“氫能技術”課程教學改革與探索

摘 要：能源是經濟社會發展的重要基礎和保障，隨著“雙碳”目標的推進，能源體系正朝著綠色低碳方向前進，氫能作為清潔綠色的能源載體將加速產業化進程，這必將加劇氫能產業對專業人才的需求。本文旨在探討“雙碳”目標背景下“氫能技術”課程的教學現狀和存在的問題，從課程內容、思政元素、教學方法和考核方式等方面提出教學改革措施，以提高課程教學質量，培養學生解決問題的能力，提升創新意識，為國家“雙碳”目標的達成貢獻力量，為新時期“雙碳”背景下推動“氫能技術”課程的教學發展提供參考和借鑒。

關鍵詞：雙碳；氫能技術；教學改革

在全球氣候持續變暖的背景下，減少二氧化碳排放已成為國際社會的共識和迫切任務［1］。氫能有其清潔、零碳的特性，其大規模開發利用對達成“低碳”目標具有重要的戰略意義。為積極推動氫能產業發展，我國政府已發布《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》等系列政策文件，明確將氫能發展置于國家能源戰略的優先位置。2019年，“氫能”首次寫入《政府工作報告》，標志著其在中國未來能源結構中已占據不可或缺的地位。隨著國家氫能戰略的深入實施和技術的持續進步，社會對氫能領域高層次專業人才的需求與日俱增。然而，我國氫能產業起步相對較晚，專業人才儲備較為薄弱，現有的人才隊伍尚難滿足產業高速發展的需求。

國內外高等院校及科研機構正積極開展氫能技術的教學與科研工作，旨在提高學生對氫能技術的認知與理解，提高其對可再生能源的重視，從而為氫能技術的長遠發展提供堅實的技術支撐和人才儲備［2］。以筆者所在的常州大學為例，面向化學、能源動力、資源環境等專業的碩士研究生開設了“氫能技術”專業選修課（32學時，2學分）。該課程緊扣氫能研究的前沿熱點，內容涵蓋產氫、儲氫、用氫及氫安全等核心方向，系統講授氫能原理與利用技術，深入分析我國氫能開發利用面臨的挑戰，并展望國際發展趨勢，期望為學生將來從事氫能技術研發、材料開發及系統應用等工作打下扎實的理論基礎，使其能更好地應對新能源領域的快速發展與挑戰。但在實際教學中發現，該課程體系較為復雜，對學生的學科基礎要求較高，加之內容兼顧學術深度與產業應用，導致學生普遍感到理解困難、學習難度大，學習興趣也受到一定影響。因此，本文立足“雙碳”目標背景，分析當前“氫能技術”課程教學的現狀與問題，并提出相應的教學改革策略，旨在激發學生的學習興趣與主動性，提升其在氫能技術領域的實踐創新意識和應用能力。

一、“氫能技術”課程教學的現狀剖析

“氫能技術”是本學院工程熱物理、能源動力等專業研究生的專業選修課，當前的教學實踐顯示，該課程在教學現狀方面存在若干問題，主要表現在以下幾個方面。

首先，課程內容廣泛涉及熱力學、流體力學、物理化學等多個學科，加之氫產業鏈本身的復雜性，導致教學內容的概念體系顯得龐大且交錯，給學生的深入理解和系統掌握帶來挑戰。這就要求授課教師必須有效整合跨學科知識點，構建邏輯清晰、內在關聯的知識框架，以引導學生把握課程核心。同時，氫能領域作為學術界與產業界共同關注的前沿熱點，技術迭代迅速，教師必須持續追蹤并更新教學素材，確保內容能緊密對接產業最新發展和學術前沿動態。

其次，現行教學模式仍以傳統講授為主，互動性與實踐性教學環節相對薄弱，這在一定程度上削弱了部分學生的學習興趣。氫能技術本身具有高度專業化且實踐性強，亟須教師創新教學方法，例如引入實物材料展示、組織氫能器件制作實驗、安排樣品觀摩以及利用生動的視頻動畫等多元化教學資源，幫助學生更直觀、深入地理解抽象理論。此外，在當前產業應用背景下，氫能技術已是備受矚目的新能源技術，行業企業的實踐經驗對提高教學質量極具價值。然而，目前課程教學主要依賴高校專職教師，行業專家的參與度明顯不足。

最后，課程的考核方式亦顯傳統和單一。當前主要采用閉卷考試或課程論文形式進行評價，這些方法在全面、客觀評估學生的綜合能力方面，特別是實際應用技能方面存在局限性。

鑒于上述教學實踐中反映出的問題，筆者圍繞課程內容體系優化與思政元素有機融入、教學模式與方法創新以及考核評價體系多元化設計等關鍵維度，展開教學改革的探索與實踐。這些改革旨在有效提升課程教學的整體質量與效果，深化學生對核心知識、產業發展脈絡及學術前沿動態的認知與理解，最終更好地服務于國家“雙碳”目標，為氫能產業培養高素質創新型人才。

二、優化升級課程內容

當前，“氫能技術”課程主要選用吳朝玲、王剛、王倩等人于2022年編著出版的《氫能與燃料電池》作為核心教材。該教材在系統梳理氫能與燃料電池基礎知識方面奠定了良好基礎，其內容廣泛覆蓋了氫能研發背景、發展脈絡、氫的物理化學特性，以及五種典型的制氫技術（例如碳氫化合物制氫、電解水制氫等）、六類代表性的儲氫方法（包括高壓氣態儲氫、液氫儲存、固態材料儲氫等）、氫能的主要應用場景（如氫燃料電池汽車、固定式與移動式燃料電池發電系統），并詳細介紹了堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池這五種主流技術。然而，鑒于氫能相關技術正處在日新月異的高速發展期，制氫、儲氫及燃料電池等關鍵環節的材料與技術不斷推陳出新，任何單一教材都難以完全捕捉最新的技術動態，該教材因此也存在一定的時效性問題。比如，面對日益增長的儲氫技術需求，學術界與產業界正對高性能液體儲氫介質進行多維度、深層次的探索，使得有機液體儲氫介質成為當前研究的熱點，但該教材對此類新型介質的介紹尚付闕如。因此，在推進課程教學改革的過程中，基于現有教材對課程內容進行全面的優化與迭代升級顯得尤為迫切。

首先，需要更新關于化石燃料制氫工藝的內容。盡管化石燃料制氫在現階段仍是主要方式，但隨著新型工藝的深入研究與推廣，諸如化石燃料重整與二氧化碳捕集相結合等新興技術路線正嶄露頭角，部分甚至已實現產業化應用［3］。故應適時補充這些新型化石燃料制氫工藝的介紹，使學生能深入了解該領域的技術前沿。其次，增補對最新型有機儲氫介質的介紹也十分必要。伴隨儲氫技術的持續進步，有機儲氫介質的儲放氫效率有了顯著提升，成本亦逐步降低，例如H18二芐基甲苯（H18DBT）、甲基環己烷（MCH）、H12N乙基咔唑（NEC）等代表性材料。教師將這些內容納入教學，有助于學生掌握有機儲氫領域的最新進展。最后，課程中關于氫能整體產業鏈系統集成的部分也亟待更新。目前的技術與過去制氫、儲氫、用氫等環節相對獨立的模式不同，現代技術發展已能促進氫能系統與其他能源系統（如新能源發電、儲能、微電網等）的互聯互通，構建更為智能化、高效化的綜合能源體系［4］。因此，應擴展對新型氫能系統及其耦合應用的介紹，確保學生及時把握最新的系統技術與應用前景。

在優化課程專業內容的同時，教師亦應著力發掘課程本身所承載的思政育人價值，并將其有機融入教學過程，以引導學生構建正確的世界觀、人生觀、價值觀。例如，在課程導論部分，可結合國家發展和改革委員會發布的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》等關鍵政策文件進行解讀，幫助學生深刻認識到氫能在國家新能源戰略布局中的核心作用，進而強化其將個人所學與國家產業發展需求緊密聯系的意識。在講授氫燃料電池技術時，可引入北京冬奧會期間大規模示范運營816輛氫燃料電池汽車的生動案例——這不僅是國際重大賽事中氫燃料電池汽車應用規模的里程碑，更鮮明地展示了我國在氫能應用領域取得的矚目成就和推動綠色發展的目標。通過巧妙融入此類思政元素，既能有效強調氫能技術對我國實現綠色可持續發展戰略的深遠意義，亦有助于引導學生深刻領會并自覺踐行精益求精的工匠精神。

三、探索多元教學模式

以往“氫能技術”課程的教學在很大程度上依賴傳統的課堂講授模式，這種相對固化的教學方式，在實踐中逐漸暴露出一些問題。一是理論傳授與實際應用之間存在一定隔閡，不利于有效激發學生的實踐操作興趣及應用轉化能力；二是教學互動形式較為單一，這在一定程度上限制了學生的學習主動性；三是師資結構有待優化，特別是缺少具備深厚行業背景與實踐經驗的教師資源。為有效克服當前教學方法存在的短板，切實調動學生的學習積極性，筆者著力探索并實踐多元化的教學策略，通過多途徑協同發力，實現課程教學質量的整體躍升。具體的改進思路主要涵蓋以下幾個層面。

（1）著力深化實踐教學環節的融入。氫能技術作為一門實踐屬性極強的學科，要求學生必須具備扎實的動手操作能力。因此，強化課程教學的實踐導向顯得尤為關鍵。在課程教學設計與執行中，應加大實踐教學的比重，盡可能地為學生創設豐富的動手實踐場景，例如，鼓勵學生親身參與氫氣制備等核心環節，從而切實提升其操作技能與創新意識。此外，應積極順應數字化信息時代的潮流，運用現代化的教學輔助工具，提升教學過程的現代化與信息化水平。其中，虛擬仿真實驗技術展現出巨大的應用潛力，引入虛擬仿真實驗，能夠有效規避傳統實驗在安全風險、經濟成本及場地條件等方面的固有局限，為學生搭建一個更為安全、靈活且經濟高效的虛擬實踐平臺。

（2）積極創新教學方法。在教學互動中，可更多地采用啟發式、探究式教學策略，始終貫徹以學生為主體的教育理念，旨在充分點燃學生的內在學習熱情與創新能力。例如，可以設計引導學生自主探究氫氣儲存核心原理的學習任務，鼓勵學生參與課程教學環節的設計，或引導學生運用所學理論知識嘗試解決具體的工程技術問題等，以此增強學生的學習興趣。

（3）優化師資隊伍構成。授課教師需持續深化對氫能技術領域的學習與研究，不斷迭代自身的知識體系，確保能及時捕捉并傳授最前沿的科技動態和產業發展脈絡，努力為學生構建一個全面、深入且緊跟時代步伐的知識框架。同時，教師應嫻熟運用包括課堂講授、案例剖析、實驗設計指導、項目式學習、小組研討等在內的多元化教學方法組合，以適應不同學生的學習偏好與需求，進而提升整體教學效果。另外，積極探索并實踐“產教融合”的協同育人新范式也至關重要。可以考慮邀請來自氫能產業界的資深專家或企業技術骨干參與部分教學環節，由他們向學生介紹產業的實際運行狀況、前沿技術的落地應用等鮮活內容。這不僅能有效激發學生的學習興趣與創新思維，更有助于深化教育與產業的良性互動，培養出更加契合行業發展需求的復合型高素質人才。

四、構建多樣化過程評價體系

目前，“氫能技術”課程的考核評價主要沿用傳統的閉卷考試形式。這種方式往往過度側重于檢驗學生的知識記憶程度，而在評估諸如實踐能力、創新思維等更高層次的能力方面則顯得稍有不足。同時，閉卷考試的內容通常局限于課堂所授，難以全面反映學生在課外自主學習與實踐探索過程中積累的知識和經驗，使得這部分學習成果無法在評價中得到有效體現。為了克服傳統考核方式的這些固有弊端，構建一套更為科學且多元化的評價體系顯得尤為必要。為此，可以考慮實施以下幾方面的改革措施。

首先，將傳統的閉卷考試調整為半開卷形式。半開卷考試允許學生查閱有限的參考資料，其考核重心自然從單純的知識復述轉向對知識理解深度、實際應用能力以及創新性思維的綜合衡量，這種轉變有助于更全面、客觀地評價學生的真實學習成效。其次，應適當提高課程平時作業完成情況和課堂表現在最終總評成績中的比重。課程作業，尤其是隨堂布置的練習，能夠有效反映學生對各章節知識點的掌握情況，是構成學生學習過程評價的重要一環。此外，小組討論與匯報亦是一種極具價值的過程性評價手段，通過組織小組討論，不僅能鍛煉學生的口語表達能力，也能提高他們的團隊協作能力。

在具體的教學實踐中，筆者已著手探索并構建了一套融合多樣化評價方式的過程性評價體系，力求在教學（“教”）與學習（“學”）兩個維度上，實現對學習過程（“過程”）與學習成果（“結果”）的有機結合與統一評價［5］。具體構成如下。

（1）平時作業評價。在課程進行期間，布置與教學內容緊密關聯的平時作業，旨在檢驗學生對核心知識點的理解程度和應用能力。該部分成績占總評成績的20%。（2）課堂發言與提問評價。在課堂教學中，通過設計啟發性問題，鼓勵學生積極思考、踴躍發言、分享見解。這不僅有助于激發課堂活力，調動學生的學習積極性與主動性，也能依據學生發言的深度、提問的質量進行即時評價。該部分成績占總評成績的15%。（3）小組討論匯報評價。引導學生基于所學專業知識，結合對氫氣儲存等相關產業發展現狀的調研，自主選定研究主題，以小組形式在課堂上進行研究成果的公開匯報與展示。由其他未匯報的小組學生及授課教師共同組成評議組，從內容深度、表達清晰度、團隊協作表現等多個維度對匯報小組進行綜合評分。該部分成績占總評成績的15%。（4）期末考試評價。在期末考試前，授課教師會結合課程的核心教學內容，并密切關注氫能領域的最新技術進展，篩選出當前幾種關鍵的制氫、儲氫、用氫技術及其原理作為考核重點，提前向學生公布大致的考試范圍與核心內容，以便學生能更有針對性地進行復習準備，期末考試成績占總評成績的50%。

結語

在國家“雙碳”戰略目標對能源領域人才培養提出更高要求的時代背景下，“氫能技術”課程的教學優化與改革顯得尤為關鍵。本文從課程內容的與時俱進、思政元素的有機融入、教學模式的多元探索以及評價體系的科學構建等多個維度，系統地提出了教學改進的思路與措施。期望這些探索能夠為切實提升“氫能技術”課程的教學質量、全面促進學生專業素養與實踐創新能力的協同發展提供有益的參考與借鑒。

參考文獻：

［1］張思文.基于雙碳背景下“鍋爐原理課程設計”教學改革探索：以南京工程學院為例［J］.科技風，2024（33）：8789.

［2］馬美倩，王藝霖，鄧傳浩，等.氫能學科建設探索與人才培養研究［J］.儲能科學與技術，2024，13（11）：42354246.

［3］孟慶強，金之鈞，劉全有，等.天然氫氣研究的現狀、進展及展望［J］.石油與天然氣地質，2024，45（5）：14831501.

［4］劉珊珊，李柯睿，劉柏康，等.綠證—碳聯合機制下含多類型需求響應和氫能多元利用的綜合能源系統優化調度［J］.電力科學與技術學報，2024，39（5）：203215，225.

［5］黃博，王昌勝，杜怡韓.“新工科”理念下的“地下結構設計”教學模式探索［J］.教育教學論壇，2021（10）：8184.

作者簡介：胡駿（1994— ），男，漢族，江蘇鹽城人，博士研究生，講師，研究方向為制氫技術。