建设一流能源类课程教学模式的创新与实践——以“生物质能”为例

赵 亮 田玉兰 潘亚娣

(南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037)

能源类专业主要包括能源与动力工程、新能源科学与工程、过程装备与控制工程等[1]。据不完全统计，全国共有200所以上高校开设上述及相关专业，数十年以来，能源类专业源源不断地为我国能源领域培养了大批高水平专业人才。以南京林业大学为例，自2000年开始，在林科院校中首先开设了能源(热能)与动力工程专业，之后依次开办了过程装备与控制工程、新能源科学与工程两个本科专业，并于2018年开始实施能源类大类本科招生及培养方案，同时于2019年开始招收动力工程及工程热物理学术型硕士研究生，目前累计培养能源类本科毕业生4 000余人。

课程建设始终是本科人才培养的关键点之一。南京林业大学在能源类课程建设过程中，密切结合林科院校特色，紧跟国家可再生能源发展战略，并注重农林生物质能的教学与实践。我校现已开设生物质及生物质能相关本科课程有：“生物质能”、“生物质能源工程与技术”、“生物质能源与化学品”等近20门，主要涉及能源动力类(具有相应硕士点)、木材科学与工程(双一流学科)、材料科学与工程(具有相应硕士点)等多个本科专业。其中，“生物质能”为能源与动力工程的专业必修课程，这门课程既是一门基础理论类课程，又是一门技术应用类课程，也是一门实践运用类课程；既是一门专业类课程，又是一门通识类课程，也是一门思政类课程。“生物质能”课程内容主要包括生物质能概述、生物质物理转化技术及应用、生物质热化学技术及应用、生物质生物化学转化技术及应用等，这些课程内容与热工基础课程(工程热力学、工程流体力学和传热学)和热工专业课程(锅炉原理与设备、燃烧学、换热器原理与设计)等密切相关，课程内容所涉及到的专业知识点较为重要，且在实际教学过程中存在一些难点，因而该课程的教学模式亟需开展创新与实践。2019年10月，教育部发布建设一流本科课程的实施意见，全面推进课程教学质量提升。2020年，国家大力开展课程思政建设，在专业课程建设过程中牢牢树立正确的思政价值导向[2]。这些政策和战略也为《生物质能》教学模式的创新与实践提供了有力的指引和新的研究思路。基于一流课程建设背景下，通过对《生物质能》教学模式进行必要的改革和创新，所获得的教学成效和经验总结将会显著提升本课程的教学质量，同时也为能源类课程的教学改革提供研究思路。

1 “生物质能”教学现状与思考

目前，南京林业大学“生物质能”为大四上学期课程，每次开课学生人数为两至三个班级(50～90人)，每周3课时，共计32课时。经过该课程接近十年的实际教学过程，发现仍存在以下一些教学难点：(1)课程价值的精准引导；(2)教与学模式成效的再提高；(3)理论知识与实际应用的充分结合；(4)课程考核评价体系的科学建立；(5)课程教学改革成果的总结与延伸。鉴于上述教学过程存在的难点，拟基于国家建设一流本科课程的背景，结合课程思政的发展趋势，并考虑我校实际教学要求，针对《生物质能》的教学模式开展相应创新与实践，为培养更高质量的能源类本科人才添砖加瓦。

2 “生物质能”教学模式的创新与实践

为提高“生物质能”课程教学质量，使得学生更好的掌握本课程的知识内容，从而对能源领域具有更深入的认识，本教改课题组对“生物质能”教学模式进行了创新与实践。首先，从课程思政入手，构建完善的课程价值体系，然后针对不同线上线下教学模式，寻求更为高效的有机结合方式，同时注重理论知识与实际应用的充分结合，进而建立科学的课程成绩考核评价机制，并最终做好课程教改成果的总结与再提升。具体创新与实践途径如下。

2.1 课程思政建设

生物质能属于可再生能源范畴，开发农林生物质非常符合国家能源中长期发展规划和“碳中和”目标[3]，生物质能的发展有助于缓解化石能源过度消耗以及所带来的大气等环境污染，更有利于我国生态文明建设。我国正处于开启全面建设社会主义现代化国家的新征程上，对“生物质能”课程价值实现精准引导，以培养高质量能源类人才来契合上述行动指南。在“生物质能”课程教学过程中，通过认真学习国家“十四五”规划和2035年远景目标建议、以及将会发布的《生物质能发展“十四五”规划》相关材料，在“生物质能”教学过程中注重将上述相关政策内容引入课程思政教学环节中，激励学生更有积极性、更有目的性的学好本课程，同时强化学生对于开发应用生物质能现实意义的认识，通过树立正确的课程价值观，从而增强学生对于本课程学习的主观能动性以及对于能源专业的深厚认同感和归属感。

2.2 线上教学模式选择与比较

受疫情突发因素影响，目前线上教学方式迅速成为线下教学方式的有力补充，各种线上教学平台得到了广泛发展和应用。这些线上教学平台主要分为两种，一种是集成多媒体资料的在线开放课程平台，例如：爱课程/中国大学MOOC和学习通/超星泛雅，这种教学平台需要师生双方熟悉操作界面，同时老师需要按照各平台模块要求分别制作、上传相应教学内容，因而这些教学平台模式完全不同于常规的线下课堂教学模式。另一种是类似于线下课堂教学形式的网络直播平台，例如：腾讯会议、ZOOM、QQ群直播等，这些线上教学平台通过互联网实现了云教学，将课堂教学整体移到了线上，将线下面对面直接变成了线上“面对面”[4]。这两种线上教学平台的抉择，更多取决于课程的性质，比如数理类型课程的教学过程涉及到较多连续的数理推导，这些课程相对更适合采取网络直播平台形式；而概念偏多或较多依赖多媒体手段的应用类型课程，选用在线开放课程平台较为适合，比如“生物质能”，基于爱课程/中国大学MOOC和学习通/超星泛雅平台的优势，可将该课程内容以线上教学模式较好地传递给学生。

2.3 线下教学模式改革

线下课堂教学过程中，主要形式是教师为讲授主体，学生为学习客体，其现实过程易演变为教师主动输出，而学生被动输入的状态。为避免低效的课堂教学模式，有必要结合课程特点，对线下教学模式进行改革。对于“生物质能”而言，课程内容多涉及原理、设备、工艺及工程应用，若单纯采用主体讲授-客体学习模式，学生对于本课程的掌握程度将不尽如意。因此，在“生物质能”课程中，增加了小组讨论及汇报环节，小组讨论的主题由教师把关斟酌，这种方式极大的激发了学生对于本课程的投入度。另外，在日常教学过程中，还采用双语教学形式，适当补充课程相关最新英文研究进展介绍。此外，为更好的讲解生物质处理技术和机理，在教学过程中，还可增加专业仪器设备(热重、色谱-质谱、电镜、红外分析仪等)和研究软件(Fluent、Chemkin、Gaussian等[5])的介绍，使得学生在掌握本课程内容的同时获取更多的专业前沿发展动态，为今后工作实践应用以及研究生阶段的学习提供初步的知识储备。

2.4 虚拟仿真教学模式

虚拟仿真实验教学可以便利的实现理论知识实践化，以低成本、高逼真的成效让学生对课程所学知识内容进行自主课后再巩固及提升[6]。目前，南京林业大学面向全社会开放校级以上虚拟仿真实验教学资源，其中“生物质气化多联产虚拟仿真实验”(省级平台)和“胶合板制造工艺虚拟仿真实验”(国家评审)与“生物质能”关联度较大，在生物质气化和生物质成型章节教学过程中，可分别穿插上述虚拟仿真实验，这项举措必将很大程度上提升学生对于本课程相应知识内容的掌握。

2.5 教材选取

教材的选取直接关系到学生对于课程学习的效果，目前与生物质能相关的教材较多，但是尚没有全国统一或专业委员会推荐教材。而“生物质能”课程的特点是：基础知识点成熟且系统，新技术途径不断涌现。基于此现状，我校“生物质能”课程选取《生物质能现代化利用技术》作为教材，该教材涵括了生物质基本概念、基本原理和技术，较为全面而系统。在此教材基础之上，教师通过查找阅读相关专业文献，及时补充生物质处理新技术，在课堂教学过程进行讲解，或者作为学生课后阅读资料。上述以经典教材叠加最新文献资料的融合模式，为“生物质能”的学习提供了较为完善的教材。

2.6 课程成绩考评改革

目前高校课程多采用“一考定结果”的模式(期末考试成绩)，然而大学教育强调自主学习，即重视“过程学习”。课程成绩考评机制若过多的注重期末考试环节，其结果往往是将学生向应试教育进行片面引导，同时也未全面体现“过程学习”。基于此现状，在“生物质能”课程成绩考评体系中，可适当进一步增加平时成绩份额，即在课堂小组讨论及汇报、线上自主学习、虚拟仿真实验、课后文献学习等“过程学习”环节分别量化赋值，在此基础上，综合“过程学习”成绩和期末考试成绩，可更加科学的反应学生对于“生物质能”课程的学习掌握情况。

2.7 教改成果总结与延伸

对于课程教学改革进行阶段性总结和反思，将有助于本课程教学质量的再一步提高，同时也可将教改过程中获得的经验和教训应用于相关能源类课程中，以点带面，协同提升能源类专业培养方案，提高能源类本科毕业生质量。除此之外，可从高等教育研究、在线示范课程项目、课程思政示范项目、微课项目等多个维度进行创新与实践，通过教改成果的总结与延伸，全面、综合的提升“生物质能”课程教学质量。

3 结语

“生物质能”是能源类专业重要课程之一，基于建设一流本科课程背景下，针对本课程的教学现状进行思考，在教学过程中进行课程思政、线上/线下、虚拟仿真实验、教材选取、考评机制等方面的创新与实践，努力不断提高教师教学水平和成效。基于“生物质能”教学模式创新实践研究的总结和延伸，也可为能源类相关课程(太阳能、风能、氢能等课程)的教改提供研究依据。最终，为能源类专业人才的高质量培养做出一些贡献。