一流專業(yè)建設(shè)背景下生物質(zhì)能課程體系探索*

劉珠偉

(江蘇海洋大學(xué)新能源研究所，江蘇 連云港 222005)

生物質(zhì)在能源和材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用潛力巨大?；谏镔|(zhì)能源的清潔、可再生屬性及其良好的經(jīng)濟、社會、環(huán)保效益，使得國家大力支持發(fā)展生物質(zhì)能，將“十三五”生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模目標(biāo)提升至2334萬千瓦[1]。這使得生物質(zhì)發(fā)電廠、熱工院、鍋爐制造等相關(guān)企業(yè)對該類人才需求量增加，同時對人才的專業(yè)技能有更高的要求。江蘇海洋大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)作為省級一流本科專業(yè)，目前主要涉及太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能利用方向，培養(yǎng)在這些領(lǐng)域具有較強理論基礎(chǔ)、工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力的人才。

1 課程體系現(xiàn)狀

能源消耗量日益增加導(dǎo)致碳排放量加劇，引起一系列環(huán)境問題?；茉慈紵侨蛱寂欧诺闹饕獊碓?，開發(fā)可持續(xù)循環(huán)利用的清潔能源迫在眉睫。近年來，新能源利用技術(shù)得到國家能源可持續(xù)發(fā)展政策的大力支持，國務(wù)院頒布了十三五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，鼓勵新能源行業(yè)的發(fā)展，新能源科學(xué)與工程專業(yè)在該背景下應(yīng)運而生。

完善專業(yè)課程、優(yōu)化教學(xué)模式、研發(fā)核心技術(shù)、培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才是教育單位所追求的目標(biāo)。目前，開設(shè)新能源科學(xué)與工程專業(yè)的國內(nèi)高?？倲?shù)達(dá)到132所。浙江大學(xué)以工程熱力學(xué)、太陽能、生物質(zhì)能作為三個專業(yè)核心類。學(xué)生們主要學(xué)習(xí)新能源的基本理論、各類能量轉(zhuǎn)化與有效利用及環(huán)境保護(hù)與能源開發(fā)利用的理論與技術(shù)，具備能源工程及設(shè)備的設(shè)計、運行、創(chuàng)新與生產(chǎn)管理的綜合能力。華中科技大學(xué)著重培養(yǎng)集清潔與可再生能源科學(xué)及工程知識與現(xiàn)代信息技術(shù)為一體的跨學(xué)科復(fù)合型人才。主要課程為：四大力學(xué)、工程傳熱學(xué)、太陽能利用、生物質(zhì)能源利用、風(fēng)力發(fā)電等課程。西安交通大學(xué)培養(yǎng)具備新能源科學(xué)與工程這一強交叉學(xué)科寬厚扎實的基礎(chǔ)理論，系統(tǒng)掌握可再生與新型能源的高效低成本轉(zhuǎn)換利用、常規(guī)能源潔凈高效轉(zhuǎn)化利用、及與之相匹配的動力系統(tǒng)及其自動化控制與運行方面的專業(yè)知識。主要開設(shè)的課程為：工程力學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)、光電及光化學(xué)轉(zhuǎn)化原理等[2]。從這些雙一流高校的培養(yǎng)方案可以看出，新能源科學(xué)與工程專業(yè)涵蓋的專業(yè)方向非常廣，其中生物質(zhì)能利用方向是其發(fā)展的重點之一。

江蘇海洋大學(xué)作為首批招生新能源科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的高校，已在太陽能熱利用技術(shù)、光伏利用技術(shù)等方向取得豐富的教育教學(xué)經(jīng)驗。而生物質(zhì)方向僅有《生物質(zhì)能工程》一門課程，顯然不足已匹配當(dāng)前一流專業(yè)建設(shè)的發(fā)展。根據(jù)當(dāng)前卓越工程師計劃、有效的培養(yǎng)模式，結(jié)合本專業(yè)現(xiàn)有實驗室相關(guān)教學(xué)儀器設(shè)備等基礎(chǔ)條件，我校新能源專業(yè)須向這些高水平學(xué)校的專業(yè)課程體系靠攏，開展新能源生物質(zhì)能方向的相關(guān)教學(xué)探索符合專業(yè)發(fā)展需求。

2 課程體系建設(shè)

新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案、培養(yǎng)模式和課程體系處于不斷探索和完善中。根據(jù)社會需求和學(xué)校自身已有專業(yè)方向積累，形成新能源科學(xué)與工程專業(yè)特色，對專業(yè)課程設(shè)置越來完善。

2.1 專業(yè)定位和培養(yǎng)目標(biāo)

新能源科學(xué)與工程專業(yè)立足于國家十二五發(fā)展規(guī)劃，它面向新能源產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)在新能源領(lǐng)域具有較強工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力的專用人才。該專業(yè)的內(nèi)容主要涉及多類新能源領(lǐng)域，隸屬于工學(xué)中的能源動力類，學(xué)科方向具有交叉性強、專業(yè)跨度大的特點[3]。

明確專業(yè)定位和培養(yǎng)目標(biāo)在于注重本科生基礎(chǔ)知識及交叉學(xué)科知識教學(xué)理念的培養(yǎng)。該學(xué)科學(xué)生需要掌握扎實的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、機械、電氣、熱力學(xué)、計算機等，為充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，還需了解生物質(zhì)加工工藝、熱解、熱化、氣化等專業(yè)知識[4-5]。廣大一流高校的專業(yè)核心課程體系建設(shè)完善，統(tǒng)編教材全面，為我們提供了可利用的優(yōu)勢資源，與這些高校的課程同步利于我校生物質(zhì)方向發(fā)展。

2.2 注重基礎(chǔ)與專業(yè)課程體系建設(shè)

注重厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、交叉學(xué)科的教學(xué)理念，充分發(fā)揮我校新能源科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展十年的學(xué)科優(yōu)勢，增設(shè)生物質(zhì)能利用方向課程。一要注重思想政治教育，以提升學(xué)生的人文素質(zhì)。思想政治教育不僅體現(xiàn)在大一大二的學(xué)習(xí)階段，而是要貫穿于大學(xué)四年整個學(xué)習(xí)過程，以建立完善的知識結(jié)構(gòu)和健全的人格；二要培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)地掌握新能源專業(yè)必須的技術(shù)基礎(chǔ)理論。核心課程主要包括傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、工程力學(xué)、生物質(zhì)能源工程、生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)等必修課程，使學(xué)生掌握生物質(zhì)能利用的系統(tǒng)知識；三要開設(shè)新能源熱利用與熱發(fā)電原理及系統(tǒng)、氫能與新型能源動力系統(tǒng)、生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化原理及高效利用技術(shù)、生物質(zhì)燃?xì)饫眉夹g(shù)、生物油制備與應(yīng)用、等相關(guān)專業(yè)特色選修課，拓展學(xué)生對生物質(zhì)工程全方面知識的了解；同時需要學(xué)生掌握專業(yè)必須的制圖、設(shè)計、計算、測試、數(shù)據(jù)處理及查閱文獻(xiàn)等基本技能。

2.3 加強實驗實踐教學(xué)

生物質(zhì)利用方向的課程具有很強的實踐性和應(yīng)用性。這需要培養(yǎng)學(xué)生扎實的理論基礎(chǔ)，同時還要強調(diào)實驗和實踐的培養(yǎng)。包括基礎(chǔ)性和拓展開放性實驗，以及認(rèn)知和生產(chǎn)實習(xí)的相關(guān)實踐教學(xué)。學(xué)生在實驗實踐教學(xué)任務(wù)中，通過完成實驗前預(yù)習(xí)、實驗儀器操作、實驗數(shù)據(jù)分析、撰寫實驗報告、實習(xí)單位參觀、實習(xí)總結(jié)報告等內(nèi)容，真正的將自己所學(xué)專業(yè)知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合。這不僅有利于理論教學(xué)基礎(chǔ)理論知識的深化理解，更對學(xué)生們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新思維能力起到很好的鍛煉作用。同時認(rèn)知與生產(chǎn)實習(xí)為學(xué)生們了解所學(xué)專業(yè)的就業(yè)形勢及工作單位提供了很好的機會，進(jìn)而調(diào)動了學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。

綜合上述內(nèi)容，以構(gòu)建多層次的教育體系及平臺，使學(xué)生能夠以課堂、實訓(xùn)和實習(xí)緊密相結(jié)合的方式明確能新能源領(lǐng)域技術(shù)的戰(zhàn)略需求，并能針對實際工程問題構(gòu)建有效的解決方案，生物質(zhì)能課程體系構(gòu)建思路如圖1所示。

圖1 生物質(zhì)能課程體系構(gòu)建思路

基礎(chǔ)及專業(yè)課程培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)能力和專業(yè)應(yīng)用能力，在整個教育過程中起著指導(dǎo)性作用，同時相關(guān)課程實施會反饋信息作為實時修訂課程的依據(jù)。生物質(zhì)能利用呈多聯(lián)產(chǎn)分布，涉及領(lǐng)域相互融合，課題研究方向廣，諸多重點高校成立清潔能源實驗室，與這些一流高校的課程及研究方向同步，吸取其先進(jìn)經(jīng)驗有助于我們新能源專業(yè)生物質(zhì)方向的快速發(fā)展。必不可少的實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)貫通整個教育過程，大一階段大學(xué)物理實驗、大二階段多家企業(yè)的認(rèn)知實習(xí)、大三階段課程實驗、大四階段相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)實習(xí)，這與培養(yǎng)方案完美銜接。同時鞏固和檢驗了學(xué)生們所學(xué)的基礎(chǔ)及專業(yè)知識，以此不斷完善相關(guān)課程設(shè)置。

2.4 生物質(zhì)能課程教學(xué)設(shè)計

本單位開設(shè)的《生物質(zhì)能工程》課程，立足于新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對生物質(zhì)能開發(fā)技術(shù)的選擇應(yīng)用能力。通過對本課程的學(xué)習(xí)，了解生物質(zhì)能的研究發(fā)展前沿，系統(tǒng)掌握生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)的原理、工藝、設(shè)備及其應(yīng)用途徑。同時，對生物質(zhì)能資源的生產(chǎn)與再生產(chǎn)、環(huán)境影響和經(jīng)濟評價，樹立資源可持續(xù)利用的觀念起到積極作用，為從事生物質(zhì)資源利用方面的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)打下良好基礎(chǔ)。

以生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)章節(jié)為例，主要內(nèi)容是生物質(zhì)燃燒原理、傳統(tǒng)爐灶及其改進(jìn)、生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電，嘗試依據(jù)生物質(zhì)能課程體系構(gòu)建思路展開教學(xué)。

首先，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注知識前沿。若只按照課本內(nèi)容進(jìn)行講述，學(xué)生準(zhǔn)確定位生物質(zhì)燃燒的相關(guān)技術(shù)存在難度。為此，講述本章節(jié)內(nèi)容時，通過課件介紹了第七屆生物質(zhì)能源國際會議暨第十五屆全國研究生生物質(zhì)能研討會、IBS2021第九屆生物質(zhì)能源與有機固廢資源化利用高峰論壇、2021年中國工程熱物理學(xué)會燃燒學(xué)學(xué)術(shù)年會等，諸多大型學(xué)術(shù)會議中關(guān)于生物質(zhì)燃燒技術(shù)的前沿動態(tài)及研究熱點。特別是農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和沼氣發(fā)電、生物質(zhì)及垃圾發(fā)電技術(shù)的深入研究，具有重要的推廣應(yīng)用價值，將是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效技術(shù)途徑。上述內(nèi)容的引入作為課本教材的拓展和豐富，是生物質(zhì)能課程體系中基礎(chǔ)與專業(yè)課程、同步一流高校課程內(nèi)容的重要組成部分。

其次，引導(dǎo)學(xué)生的探索意識。唯物辯證法認(rèn)為，一切事物都是現(xiàn)象和本質(zhì)的辯證統(tǒng)一體，透過現(xiàn)象而挖掘事物的本質(zhì)。在全球面臨巨大的氣候變化壓力下，生物質(zhì)能在新能源中的重要作用更明顯，歐洲部分國家的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)經(jīng)過20余年的發(fā)展與積累，逐步實現(xiàn)了從低比例摻燒過渡到純?nèi)忌镔|(zhì)。利用煤粉爐和流化床鍋爐耦合生物質(zhì)發(fā)電的運行可靠性得到證實。據(jù)報道，我國目前生物質(zhì)資源的利用率僅有7.5%左右，僅在效率低、煤耗高的小型機組上應(yīng)用生物質(zhì)資源發(fā)電。課堂上與學(xué)生針對上述我國生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的利用現(xiàn)狀展開討論，學(xué)生發(fā)表自己的看法與見解。有學(xué)生提出這與社會，特別是各級政府對生物質(zhì)能發(fā)展重要性的認(rèn)識不足有關(guān)，有學(xué)生認(rèn)為這與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持政策有關(guān)，也有學(xué)生認(rèn)為與生物質(zhì)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)沒有突破有關(guān)，有學(xué)生還提出了可以通過生物質(zhì)清潔供熱、生物質(zhì)液體燃料、化肥替代等方法來解決上述問題。通過在課堂中的深入探討，同時通過課件引入大量生物質(zhì)發(fā)電的現(xiàn)場圖片、機組運行視頻、工程案例等資料進(jìn)行認(rèn)知實踐教學(xué)。這增強了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、探索問題解決思路的綜合能力，同時啟迪學(xué)生對于生物質(zhì)能在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用的意識。

統(tǒng)計調(diào)查是評價課程教學(xué)設(shè)計的有效方法。為此，對新能源科學(xué)與工程專業(yè)2個班的學(xué)生進(jìn)行課程滿意度調(diào)查，經(jīng)統(tǒng)計結(jié)果分析，學(xué)生們對本門課程設(shè)計的認(rèn)同率達(dá)到85%以上，普遍認(rèn)為課程內(nèi)容前沿、豐富、有趣，參與度高。這達(dá)到了引導(dǎo)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的目的，實現(xiàn)了課程內(nèi)容與專業(yè)知識相融合的教學(xué)效果。

江蘇省清潔能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于全國前列，同周邊地區(qū)構(gòu)成清潔能源企業(yè)群集，已形成龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。連云港市清潔能源企業(yè)眾多，產(chǎn)業(yè)種類齊全。隨著連云港清潔能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，一批重大項目建成投產(chǎn)，對專業(yè)技術(shù)人才的需求日益迫切。在此發(fā)展背景下，我校聯(lián)合七家企事業(yè)單位成立了清潔能源產(chǎn)業(yè)學(xué)院，其中生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的參與為生物質(zhì)課程體系的有效實施及學(xué)生高質(zhì)量培養(yǎng)注入強勁動能。相應(yīng)的專業(yè)核心課程體系建設(shè)完善，統(tǒng)編教材全面，為我們提供了可利用的優(yōu)勢資源。課程體系的構(gòu)建關(guān)鍵是多層次課程設(shè)置的相互融合，合理分配理論教學(xué)與工程實踐的各個環(huán)節(jié)。避免人才培養(yǎng)過程中理論與實踐脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容與前沿技術(shù)聯(lián)系不緊、高素質(zhì)工程技術(shù)人才需求不滿足等情況的出現(xiàn)。

3 結(jié) 語

我校新能源專業(yè)在光伏、光熱方向十多年的發(fā)展成果與經(jīng)驗，為拓展生物質(zhì)方向發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。生物質(zhì)多元化分布式應(yīng)用的優(yōu)勢，使得它在發(fā)電、燃料、材料等領(lǐng)域均有好的發(fā)展前景。同時，完整的專業(yè)方向體系是我校新能源系的發(fā)展目標(biāo)。在一流專業(yè)建設(shè)背景下，從理論課和實踐課的設(shè)置、實驗實踐訓(xùn)練及科研創(chuàng)新等多方面構(gòu)建生物質(zhì)課程體，為新能源科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)提供一些有益參考。