新工科與“雙碳”背景下“生物質能工程”課程教學改革探索

梁承月，王華斌，尹芳，劉瑩，徐銳，王昌梅，張無敵，張勇

（云南師范大學 能源與環(huán)境科學學院，云南昆明 650500）

“生物質能工程”是一門以化學、化工、生物、能源等相關學科的知識為基礎，重點講述農業(yè)廢棄物轉化為新能源的方法、原理與相關工藝設備，以培養(yǎng)適應新時代的新能源復合型人才為目標的、應用性非常強的工科特色課程。生物質能源具有儲藏量大和環(huán)境影響低等特點[1]。目前，世界各國在調整能源發(fā)展戰(zhàn)略時，都把高效利用生物質能源擺在優(yōu)先地位，因此培養(yǎng)適應新時代的新能源復合型人才成為可再生能源類專業(yè)的重要目標?；诖耍疚尼槍Α吧镔|能工程”課程教學改革進行探索。

1 “生物質能工程”課程教學現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 教學模式單一，學生被動學習

隨著時代的發(fā)展，部分院校已經開始教學改革，嘗試新的教學模式，如翻轉課堂等[2]，但目前大多數(shù)院校開設的“生物質能工程”課程仍是以傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學模式為主，忽視了學生在學習過程中的主體作用，不利于學生創(chuàng)新能力、思考能力和綜合素質的提升。

1.2 實踐教學環(huán)節(jié)不足

實踐教學環(huán)節(jié)對應用型人才培養(yǎng)起著關鍵性作用[3]，而目前“生物質能工程”課程實踐環(huán)節(jié)明顯不足。（1）部分院校由于辦學條件的限制，配套的實驗課程未能實現(xiàn)專業(yè)全覆蓋；（2）開設的課內實驗項目相對較少，且實驗過程中通常采用多人（5 ～6 人）分組模式，很難保證每個人都能動手操作，存在部分同學（尤其是學習自驅力差的同學）上課“摸魚”，導致教學效果差；（3）課程實踐內容多為室內實驗，沒有設置專門的課程設計，未能培養(yǎng)大學生獨立思考、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

1.3 考核方式單一

目前大多數(shù)院校“生物質能工程”的課程考核方式比較單一，僅通過期中或期末考試評定成績，這樣的考核方式屬于被動型的結果評價[4]。學生學習過程中存在的問題和誤區(qū)，授課教師不能及時發(fā)現(xiàn)并予以輔導；而且為了應付考試，大多數(shù)同學只在期末考試前突擊備考，且追崇“及格萬歲”，因此難以達到教學目標；考試結束后也很少有學生再去回顧知識點、查漏補缺。這樣可能導致課程基礎知識不牢固或基礎概念不清晰，影響之后的課程體系學習和實際應用。

2 教學改革

2.1 圍繞時代需求，豐富教學內容

結合地方需求和學校的辦學優(yōu)勢，云南師范大學能源與環(huán)境科學學院（以下簡稱學院）教學團隊（以下簡稱本團隊）最終確定重點講授生物質能資源、生物質的直接燃燒、生物質氣化、生物質熱裂解技術、沼氣工程、燃料乙醇、生物柴油、生物質制氫概論、生物質能新技術與前沿技術等內容。

根據(jù)各章節(jié)的特點和內在聯(lián)系，形成教學內容模塊，進行組合教學。如“生物質的直接燃燒”“生物質氣化”“生物質熱裂解技術”三個章節(jié)都屬于熱化學類的生物質轉化技術，因此組成“教學模塊1”；而“沼氣工程”“燃料乙醇”和“生物質制氫”章節(jié)均為以生物化學類轉化為主，因此形成“教學模塊2”，同時在教學內容上增添相關前沿進展介紹和學院學術動態(tài)發(fā)展，設置相應的實踐內容，如“如何讓蔬菜廢棄物‘燃’起來？”“讓汽車喝酒可行嗎？”等，充分調動學生們學習的興趣和積極性。

除此以外，通過大量的調研考證，去除學生通過自我學習就能掌握的知識點以及繁雜的數(shù)理計算推導等；同時要求教師借助互聯(lián)網資源和學校豐富的圖書館電子資源，以及大量的教研會議和工程項目經驗等，不斷地對教學內容進行更新、補充和延伸，及時將最新的科研進展和工程實施案例放入教案中，豐富課程實踐內容。

2.2 翻轉課堂，自主學習

采用“翻轉課堂+自主學習”的教學方式，引導學生主動思考、大膽假設、提出問題、解決問題，提高學生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維能力[5]。（1）自主學習能力的培養(yǎng)。利用本課程300 min 的短視頻教學資源以及各大在線課程平臺、國內外數(shù)據(jù)庫等資源，調動學生積極性，教授學生查找專業(yè)資料的途徑和閱讀科技文獻的方法，特別是在閱讀文獻方面勤加練習，為今后從事科研工作或學歷晉升打下基礎。（2）自主學習過程的輔導和監(jiān)督。學習過程中每個小組可以自行提出問題，進行專題研究，也可根據(jù)教師提供的選題，選擇感興趣的專題進行自主學習。學習過程中需要隨時進行師生交流，既可以避免不必要的彎路，也可以對學生的自主學習起到監(jiān)督的作用。同時教師需要對學習過程中出現(xiàn)的各種問題進行及時輔導，但不能過度干預，以免讓學生產生不信任感。（3）自主學習成果的展示與評價。小組自主學習成果需要進行展示，展示的方式靈活多樣。如可以做報告，由每個小組推選一名代表報告展示本組主要學習結果；錄制視頻或者制作動畫，發(fā)送至班級平臺進行展示；做成海報、墻報等張貼展示；根據(jù)需要制作出實物模型進行演示。教師可根據(jù)報告主題邀請從事相關領域研究的專家對本課程學生學習成果進行專業(yè)客觀的評價。

2.3 過程性評價，多維度考核

基于“翻轉課堂+自主學習”的教學模式，本團隊建立了“五維考核評價體系”。（1）考核過程全程化：考核分課堂出勤、社會實踐報告、章節(jié)小測驗、期中和期末五部分，科學合理地貫穿于整個教學環(huán)節(jié)。（2）考核內容綜合化：考核內容涵蓋課堂表現(xiàn)、學科前沿、基礎知識、應用知識探究解決實際問題以及團隊合作能力等。（3）考核形式多樣化：平時作業(yè)包括文獻閱讀、調研報告、實踐總結、參賽報告、課堂匯報和課程感悟等多種形式。（4）評價主體多元化：鼓勵學生參與課程考核評價，開展學生自評、互評；結合行業(yè)導師和參賽評委的評價，給予加分鼓勵。（5）評分標準規(guī)范化：針對不同類型的作業(yè)考核方式，分別制定對應評價標準，指導學生有針對性地完成作業(yè)及互評，充分發(fā)揮課程考核導向作用。

3 教學改革成效

3.1 學生內生學習動力大幅提高

2020—2022 年，學院“創(chuàng)業(yè)大賽”“互聯(lián)網+”和科技競賽等活動的參賽率在75%以上，獲獎項目10 余項，其中國家級5 項，省部級5 項；學生實踐創(chuàng)造能力明顯提升，部分自主創(chuàng)業(yè)項目至今運行良好。

3.2 實現(xiàn)了理論與實踐、虛擬與實操雙結合，課堂效率顯著提高

通過優(yōu)質線上資源庫的建設，實現(xiàn)線上線下混合和課堂翻轉，促進理論講授與實踐操作的有機結合；通過虛擬仿真課程資源庫的建設，將實踐課程講授過程中的虛擬和現(xiàn)實有機結合，有效提升了教學質量，充實了課程資源，提高了課堂效率。

3.3 課程內容拓展，學生專業(yè)素養(yǎng)能力大幅提升

結合云南地方特色，服務生態(tài)文明建設，融合科研成果和國際合作經驗，將工程建設經驗以案例形式引入課程內容和實踐內容，突出技術轉化經驗，強化學生專業(yè)動手能力，培養(yǎng)能夠服務地方經濟發(fā)展的專門人才。

4 結語

在能源危機和環(huán)境問題日益嚴重的情況下，生物質能轉化技術的開發(fā)與應用已成為世界重要課題之一，受到全球的關注。在“雙碳”目標背景下，我國生物質能的開發(fā)和利用逐年增加?！吧镔|能工程”課程為生物質能的大力發(fā)展培養(yǎng)掌握專業(yè)知識生力軍，具有重要的戰(zhàn)略意義。為了提高教學效果，本文從教學內容、教學方法與考核等幾個方面進行思考、改革及創(chuàng)新，希望為新時代背景下新能源科學類專業(yè)建設提供一些有益的參考。