“生物质能开发利用技术”教学改革探索

施爱平+叶丽华+马茜

摘 要： 目前，生物质能技术的开发与利用已成为世界重大热点之一，受到世界各国政府与科学家的关注。在这样的背景下在高等院校中开设“生物质能开发利用技术”课程是符合培养高层次综合性人才需求的。但是目前在教学过程中存在教学内容老旧、课堂形式单一枯燥等问题。作者根据能源与动力工程学科的特色，结合生物质能开发利用技术课程的特点，在教学内容、教学方法和考试方法上进行了改革尝试。经过一段时间的检验，学生反馈效果良好，改革初步获得了成功。

关键词： 生物质能 开发利用 教学改革

引言

21世纪，人类已面临严重的能源问题，解决能源短缺问题和能源开发利用中引起的环境污染问题将是人类可持续发展的关键所在。为缓解能源需求的压力，兼顾经济增长和环境保护，新能源和可再生能源的开发利用已成为大势所趋。新能源和可再生能源资源丰富，分布广，开发潜力巨大，是保护生态环境的清洁能源。未来以化石燃料为主体的世界能源系统将转换为以生物质能等可再生能源为主体的世界能源系统[1]-[2]。

目前，生物质能技术的开发与利用已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制订了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%，同时我国国内的生物质能的开发和利用在逐年增加与重视。生物质发电在我国已经有40多年的历史，其主要原料是稻壳和谷壳，且主要用于大米加工厂。目前全国已经建设推广了100多个热解气化技术示范工程。许多企业已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。

因此，在这样的背景下在高等院校中开设“生物质能开发利用技术”课程是符合培养综合性高层次人才需求的。“生物质能开发利用技术”课程是能源与动力工程专业的一门研究生专业选修课，主要讲述国内外生物质能开发和利用的基本理论和前沿动态。重点介绍了各种生物质能压缩成型和碳化技术、气化技术、热裂解技术、发电技术等方面的知识。“生物质能开发利用技术”课程是在专业基础课程的基础上开设的，是基础理论通向专业应用的重要桥梁和纽带。该门课程的讲授，有利于开阔学生的视野，有利于提高学生的专业素养。传统教学过程中存在一些问题。如在教师讲授中以理论知识介绍为主，知识专业性强；纯粹讲述内容，形式比较单一；课堂气氛相对比较沉闷和呆板，学生吸收知识的反馈效果不是很好。学生本科时的基础知识都学得很扎实，学习内容比较广泛，但是专业知识学得很少。现在生物质能开发利用技术这方面的知识非常有专业性和针对性，如果还像本科教学那样笼统简单泛泛而谈，学生就会觉得太简单了。如果教学内容的专业性和针对性很强，学生之前没有生物质能开发和利用技术这方面的基础，学习起来比较吃力，就会觉得太深奥无法理解，所以在教学内容选取上要把握好这个度。因此，有必要对这门课进行教学改革。在讲授该课程时，采用理论与实践紧密结合的方法，结合其他各专业的特点，精选教学内容，改革教学方法，改革考试方法，通过课程教学改革，不仅使学生充分掌握生物质能开发利用方面的理论知识，而且提高学生解决问题的能力，培养学生创新思考的能力[3]-[4]。

1.精选教学内容

经过50多年的建设和发展，本校能源与动力工程学院热能与动力工程专业已形成了实力较强、特色明显的学科体系。在教学过程中充分依托学科优势，注重学生动手能力、创新能力和综合素质的培养。在长期实践中已形成了完备的人才培养体系和良好的学术气氛。“生物质能开发利用技术”课程是能源与动力工程专业的一门研究生专业选修课，属于增长学生知识的技术基础课。该门课程的讲授，有利于开阔学生的视野，有利于提高学生的专业素养。其教学目的是让学生了解国内外生物质能开发和利用前沿动态，掌握生物质压缩成型和炭化技术、气化技术、热裂解液化技术及生物柴油的制备技术，深化理解生物质能资源的利用现状。“生物质能开发利用技术”课程从以前的30学时课堂理论教学转变成24学时理论教学，2学时讲座，4学时实践。总课时不变，但是减少了理论教学时间，增加了讲座和实践。之前的课堂教学是纯粹的灌输式讲课，形式过于单一。并且教学内容相对过时，跟不上时代发展的步伐，不符合学生的需要，不容易吸引学生的注意力。改革后的教学安排时刻注意选择那些适合学生发展和学习的知识，把最前沿的技术动态传授给学生，把教学改革的探索融入课堂。改革后理论教学将更系统全面地介绍各种生物质能压缩成型和碳化技术、气化技术、热裂解技术、发电技术等方面知识。其中将重点介绍生物质气化技术，热裂解技术和生物柴油的制备技术。具体来说，包括生物质气化原理，气化工艺、气化设备与工作原理，气化过程的指标及其影响因素；生物质热裂解机理及概念，生物质发电技术，生物质热裂解液化技术；生物柴油制备热力学与动力学，生物柴油制备基本技术，多相生物柴油制备技术。在课堂讲述时会重点介绍这些技术是如何利用在生物质能开发上的，将和其他能源利用技术进行对比。其中生物柴油的制备将是重中之重，将重点阐述笔者在这方面的研究现状，介绍这方面的内容，拓宽他们的视野。通过介绍国内外生物质能研究、开发和利用情况，激发学生对课程内容的兴趣。从生物质能生产原理的介绍，加深学生对生物质能的理解。讲述时，生物质能原理介绍将是重点内容。举例来说，气化原理就是在一定的热力学条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，生成一氧化碳、氢气和低分子烃类气体等可燃气体。即气化是将化学能的载体由固态转换为气态，气化反应中放出的热量小得多，气化取得的可燃气体再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能。在讲述原理时将重点区分各原理间的不同之处。例如可将气化与燃烧比照，燃烧过程中氧气充足，是将化学能转换为热能。气化时氧气仅仅是一定量，热能很小，仅以获得可燃气体为主要目的。通过介绍两者的不同之处，学生能更清楚这些技术是如何利用的。

2.改革教学方法

传统教学方法多是直接式的，以课堂上老师直接传输教学内容为主要表现形式，以教师讲，学生听为主。这种传统老旧的教学方式过于死板教条，不适合现今研究生的需要、教育需要、社会需要，迫切需要进行改革。针对本课程的特点，我们将采取多样化的教学方式，注重现代教学工具的应用，注重课堂上教师与学生的互动。

（1）课堂教学

在课堂教学中教师起着引导者的作用，激发学生的兴趣，开阔学生的视野，引导学生自主深入学习。从传统的教师“教”的模式向学生“学”的模式转变。在教学过程中教师会大量使用投影仪播放PPT清晰地讲述理论知识，播放相关视频介绍主要技术背景。这将激发学生的热情和兴趣，更好地传输相关知识。在讲述过程中老师会大量提出问题，以抛砖引玉，由学生自己寻找答案，进行激烈讨论，在讨论中自我完善对问题的认识，从而充分掌握知识点。在课堂讲述中教师将充分运用现代工具，如实物、模型、三维动画课件、电影片、PPT等。在实物模型方面，在条件允许的情况下，教师会带着实物、模型走进学生中，让他们近距离看到、摸到，充分认识所讲内容；教师会将实物、模型摆放在教室中某一位置，让学生观察到，从而充分了解所讲内容，加深学生的理解。在三维动画课件、电影片方面，教师会在观看前提出问题，让学生带着问题观看视频，在欣赏中积极思考，努力寻找答案，观看完，再让学生进行激励讨论，给他们时间，让他们主动积极总结归纳理解与认识。最后与教师交流，其中也是以学生的畅所欲言为主，教师起到最后总结的作用，统领知识点，让学生的理解更加准确化和清晰化。在所用的PPT中将应用各式各样的形式，尽量做到多元化和美观化，字少图多易于理解，这样可以杜绝单调死板，激发学生的兴趣，吸引学生自主深入学习。教师在用PPT讲述时不能照着读，而是注重和学生的互动，提高教学质量，多提问，多假设，引导学生自主学习，从形式上调动学生情感，提高学生的学习效率。

（2）讲座学习

“生物质能开发利用技术”课程教学周期中，将会邀请国内外相关领域知名学者到我校我院讲座报告。教师鼓励学生认真聆听讲座，并且积极向学者提问互动，使学生在愉悦浓郁的学术气氛中学到更多书本外的知识，并且加深对书本知识的理解与掌握。听完讲座后要求学生做一份学习报告。教师需要说明报告撰写的目的、格式、内容等各个方面的要求。在学习报告的写作中鼓励学生多多查阅相关资料，独立自主地完成。教师通过具体例子向学生介绍如何通过网络、图书、数据库获得相关资料。在写作过程中，学生有困难，教师会帮助其解决问题。在阅读完学习报告后，教师会在课堂上依次点评最具有代表性的学习报告，肯定学生的成绩，和学生一起讨论报告问题所在，对错误进行纠正和补充。再举行班级内的学习报告演讲比赛，鼓励学生踊跃参加报告演讲，调动学生的积极性和参与性。让学生当课堂学习的主人，通过自主学习、教师引导、互相讨论，激发学生的兴趣，很好地完成对学生的知识传输。

（3）实践学习

“生物质能开发利用技术”课程教学周期中，将会安排组织学生到学校锅炉房参观气化炉，深刻了解生物质气化技术。由教师现场讲授生物质气化原理、气化工艺、气化设备与工作原理等内容。在条件允许的情况下，让学生进入气化炉控制室，学习参观具体操作。教师要鼓励学生多向工作人员提出问题，激发学生的兴趣，注重和学生的互动。这样可以开阔学生的视野，提高学生的动手能力。教师还会安排组织学生到周边企业参观实践，例如镇江恒顺集团，可以带学生了解醋糟这类生物质的利用技术。这类生物质书本上介绍得很少，国内外研究较少，却是生活中接触到的生物质。教师在去工厂车间参观前先在课堂上向学生讲述有关醋糟知识，让学生有初步的认识，这样更有益于学生的理解和掌握。在参观生产车间现场时要鼓励学生多向企业相关工作人员提问，调动学生的积极性和参与性。最后由教师现场做针对性的总结。同样的，学生需要完成实践报告，在完成过程中有问题可以向教师求助。教师将会选出具有代表性的实践报告，并且在班级内举行实践报告演讲比赛，鼓励学生踊跃参加，调动学生的积极性和参与性，让学生加深对知识点的理解与掌握。

3.改革考试方法

以前的考试方式是以期末闭卷为主，带有应试教育色彩，不能全面真实反映学生的学习情况，不符合当今社会教育的需要。根据教学大纲和专业知识点的要求，结合“生物质能开发利用技术”课程教学内容的安排，为了提高学生综合素质，提高教师教学质量，我们对考试方式进行了改革，大胆创新，取消了期末试卷考核。课程学习成绩由平时成绩、讲座学习成绩、实践学习成绩三部分综合评定。考核的比重为平时成绩占30%，讲座学习成绩占35%，实践学习成绩占35%。平时成绩基本就是看平时考勤和课堂表现，由教师自主判定给分。平时考勤就是看课堂教师点名，课堂表现主要看学生回答问题情况。讲座学习成绩由讲座考勤、学习报告和演讲比赛三部分得分组成。学习报告由教师自主按报告内容给分，具体对撰写的目的、格式、内容、方式等内容打分。演讲比赛有名次得分及参与得分。应用这样的考核方法能有效减少学生逃课现象，减少学生平时学习马虎、考前复习突击的现象，充分考核学生的学习情况，真实反映学生的学习能力。这样的考试方法较以往更合理公正地反映学生的成绩，促进学生知识、能力、素质的培养。

结语

通过精选教学内容、改革教学方法、改革考试方法三方面实践教学改革和完善，开展热能与动力工程专业“生物质能开发利用技术”实践教学改革，培养综合型人才，使学生充分掌握生物质能开发利用方面知识，提高学生解决问题的能力，培养学生的创新能力，这对于培养学生综合素质能力、发展学生开放性思维、提高专业教学质量具有重要意义。

参考文献：

[1]费世民.发展林业生物质能源的战略思考[J].四川林业科技，2008，29（4）：28-41.

[2]刘荣厚，牛卫生，张大雷.生物质热化学转换技术[M].化学工业出版社，2005.

[3]张季超，童华炜.加强实践性教学培养学生应用能力的探讨[J].广州大学学报（自然科学版），2003，2（6）：584-586.

[4]马明国，蒋建新.“生物质能源利用原理与技术”教学改革初探[J].中国林业教育，2009，27（4）：64-67.