从传统化工专业教育到新能源专业教育转变的思考

葛武杰 马先果 唐安江

摘 要：新能源专业是顺应新能源产业蓬勃发展的新形势而开设的专业。与传统的化工专业相比，新能源专业具有多学科交叉融合以及紧贴科学前沿等特点，新能源专业的教育模式也应该与传统化工专业教育有所区别。

关键词：新能源专业；教育；教学模式

从能源的角度来看，传统的化工专业教育是基于煤、石油和天然气这三大能源为载体，而衍射出的多种化工相关过程和化學品加工工艺的分析和研究；而新能源专业教育是立足某些新形式的可再生能源，如风能、太阳能、水能、生物质能和地热能等，围绕其开发和利用而展开的分析和研究。

1 开设新能源专业的必要性

能源一直是一个国家发展经济的重要保障。煤炭、石油等传统的化石燃料在帮助国家经济快速发展的同时也带来了许多灾难性的问题。相对于传统能源，以可再生和环保为特点的新能源逐步得到重视。新能源是借助新技术而开发利用的可再生能源，包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、氢能、潮汐能等。[1]发展新能源产业既是对整个能源供应系统的补充，也是实现全球经济和环境生态化发展的重要措施。从全球范围来看，能源市场正处于转型期。2016年，全球煤炭消费减少了5300万吨油当量，较2015年下降1.7%；除水电以外的可再生能源发电量增长了14.1%，成为有记录以来的最大增幅。英国的煤炭消费甚至回落至两百年前的水平，在2017年4月更是迎来了首个无煤发电日。在我国“十三五”发展规划中也把新能源产业的发展列为重要发展方向。

在新能源产业迅猛发展的大背景下，新能源产业相关科技人员和合格的产业工人需求量也随之大幅上升，以及在“产学研相结合”的思路推动下，要做到产有所依，学有所用，各高校对新能源本科专业的开设和教育已刻不容缓，并且应当成为重中之重。澳大利亚的新南威尔士大学在2000年开设了光伏与太阳能本科专业，2003年开设可再生能源工程专业，美国的俄勒冈州科技学院在2005年建立了可再生能源本科课程。[2]我国高校在新能源领域的教育培养方面起步较晚，2010年，经教育部审批，在11所高校中首次开设了新能源科学与工程专业，截至2016年，开设该专业的院校数量已扩大至78所。新能源专业是各专业融合过程中出现的新事物，同时也是顺应时代发展的产物。

2 新能源专业的特点

2.1 多学科交叉融合

新能源专业课程的本科教育主要是培养学生具备新能源相关的基础理论以及掌握相关的基本方法，为以后从事新能源领域工作建立良好的理论基础。新能源专业的教材内容丰富，涉及的领域跨度较大，包括了太阳能、风能、核能、生物质能、氢能、电池等各种新型能源的研究开发与利用，涵盖了材料化学、电子、固体物理学、机械、电化学、自动控制等多个基础学科，是多种学科交叉融合的产物。[3]比如，讲授燃料电池原理与关键技术时，就必须要涉及到材料的制备，材料的结构缺陷化学，催化原理，催化剂的制备，氢气的制备，氢气的储存和运输，以及用碳氢化合物为燃料时的重整反应，甚至还应包含燃料电池汽车的控制、组装和加氢站的基础设施建设。

2.2 紧跟科学前沿

目前，新能源的发展在全球范围内都处于一个黄金阶段，各国对新能源的研发以及应用方面都倾注了大量的心力。在新能源领域中，每年都有大量的最新研究成果，因此，新能源专业教育培养的教学教材和内容也必须紧贴前沿发展，将最新的科研成果引入课堂，而不是一味地讲授过时、淘汰的技术；让学生掌握最新的行业动态，做到学有所用；要让学生了解学科前沿，接触社会实际问题，接受专业训练，成为有学科使命感、创新精神和实践能力的高级专门人才。比如储能电池相关的教学课程，就应该减少镍氢、镍镉电池的学时数量，重点讲述目前常用的锂离子电池以及正在研发的全固态电池、锂硫电池和锂空电池的关键技术及存在问题。这些最前沿信息的介绍可以让学生充分了解新能源行业发展现状和存在瓶颈，有助于丰富学生专业研究兴趣以及为学生毕业后工作的选择提供参考依据。

3 新能源专业教育的独特模式

3.1 课程设置

与传统化工专业不同，新能源专业涵盖了多类新能源，而且每一类新能源对基础知识的要求不同，再者受到本科教学课时的限制，导致某一所学校不可能涉猎到所有的新能源研究领域。因此，在该专业课程的设置方面，学校应根据自身的特点以及地域的优势，选择某几个领域作为本科教学的重点，让学生深度掌握，其他领域的课程可以考虑以导论的形式或者以选修课的形式讲授。

从新能源行业的现状和发展来看，由于新能源形式的不稳定性，完全依靠单种形式的新能源无法保证企业的正常运转。因此，本科高校在设置课程方面，可以以太阳能为主，兼顾水能、风能和生物质能，注重几种形式能源的有效互补。

3.2 教学方式

现在各高校普遍使用的是多媒体教学方式，在制作PPT课件时，应精心准备相关的动画视频资料以及真实的场景图片。如讲授圆柱锂离子电池与软包锂离子电池在安全控制方面的差别时，可以在电子课件中添加两种电池在过热、短路或过充等造成电池热失控的情况下发生一系列变化的动画视频，这样比单纯文字性的描述更容易吸引学生的关注，并且还可以形象直观地看到两个电池对于热失控的反应，便于学生记忆和掌握；讲解圆柱锂离子电池制造过程时，可以加入制浆、涂布、烘干、卷绕等工艺的生产视频。

此外，如今是“互联网+”的时代，在这样的时代下，知识获取和教育传授方式发生着革命性的变化。新能源专业的教育应该借助互联网，以互联网为载体，改变传统的以教师为中心的教学模式，充分培养学生的主动意识。例如，笔者将学生以每组3～5个人划分为若干小组，提前一周将制作好的讲授视频、PPT课件以及教学大纲发送到班级交流群里，上课时随机抽选某一组学生代表讲述该课时内容，教师与其他小组人员进行补充。通过这种方式，完全将学生转变为课堂的主体，不再是教师唱独角戏的模式。教师通过聆听可以了解学生的盲点，有针对性的进行答疑讲解，学生也可锻炼文献调研、归纳总结的能力以及表达和团队协作能力。

3.3 实践环节

工科类高校本科教育的目的更重要的是培养具有理论和实际经验相结合的应用型人才，因此在培养方案中都会设置专业实践课程，实行校企合作。传统化工专业的实践场所一般都会安排在大型化工厂内。如笔者所在的学校安排化工专业的学生在贵州开磷集团实习，在这种现代化大型化工企业中，学生能够接触到矿业、磷化工、煤化工、氯碱化工、氟化工和硅化工等，在实践中认知到所学的全部化工方面知识，可以做到基础知识和实践环节全面化的结合。而新能源专业在安排学生实践环节面临的难度较大。由于新能源专业的多元化特点，企业很难同时涉及多种新能源，甚至有些企业只是涉及到某种新能源开发利用过程中的个别环节。导致学生在实习过程中只能认知到所学专业中的一小部分内容，缺乏全面、连贯性的产业链的认知。学校在新能源专业学生的培养过程中，应该充分发挥实验、毕业设计、科研项目、创新创业项目、学科竞赛等环节，多角度、全方位的培养学生对新能源专业的认知能力，将学生实践能力的培养贯穿于整个在校学习过程当中。

其次，在实践的方式中，应顺应科技变革，建设各类新能源产业的仿真实验室，做到虚实结合。

4 结语

新能源产业是顺应时代潮流的产物，并且是正在快速发展壮大的产业，传统的化工专业教育无法满足新能源产业发展的人才需求。虽然我国已经构建了新能源专业教育体系，但是面对新时代新形势新要求，开设新能源专业的学校仍然存在一些普遍性的突出问题，也可以说是该专业建设的突出薄弱环节和重点难点问题。一是理念滞后，面对汹涌而来的新一轮世界范围的科技产业变革，办学理念仍然因循守旧，跟不上时代的步伐，模式和方法创新性不够，内容更新缓慢，滞后于时代的变革；二是投入不到位，包括领导、教师和学生的精力以及教育资源、资金投入的不到位；三是评价标准和政策机制的导向存在问题，评价系统不能充分对应新工科的大背景。再者，由于与传统化工专业教育差别较大，专业的课程设置和培养方案仍不成熟，比如，各大高校的研究生招生考试专业科目设置上大相径庭。这些都需要继续探索，不断优化，才能更好地为新能源产业培养出优秀的人才，为国家能源的可持续健康发展做出贡献。

参考文献：

[1]李为民，王龙耀，许娟，等.现代能源化工技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]韩新月，何志霞，王谦，等.新能源科学与工程专业人才培养探讨[J].中国电力教育，2013（5）：9-11.

[3]徐志祥，王謙.关于新能源科学与工程专业的教学实践的思考[J].课程教育研究，2017（22）：219-221.

作者简介：葛武杰（1989-），男，山西运城人，博士，研究方向：储能材料与器件。