一流专业建设背景下生物质能课程体系探索*

刘珠伟

(江苏海洋大学新能源研究所，江苏 连云港 222005)

生物质在能源和材料领域得到了广泛应用，特别是生物质发电技术应用潜力巨大。基于生物质能源的清洁、可再生属性及其良好的经济、社会、环保效益，使得国家大力支持发展生物质能，将“十三五”生物质发电规模目标提升至2334万千瓦[1]。这使得生物质发电厂、热工院、锅炉制造等相关企业对该类人才需求量增加，同时对人才的专业技能有更高的要求。江苏海洋大学新能源科学与工程专业作为省级一流本科专业，目前主要涉及太阳能、风能、生物质能利用方向，培养在这些领域具有较强理论基础、工程应用和创新能力的人才。

1 课程体系现状

能源消耗量日益增加导致碳排放量加剧，引起一系列环境问题。化石能源燃烧是全球碳排放的主要来源，开发可持续循环利用的清洁能源迫在眉睫。近年来，新能源利用技术得到国家能源可持续发展政策的大力支持，国务院颁布了十三五国家战略性新兴产业发展规划，鼓励新能源行业的发展，新能源科学与工程专业在该背景下应运而生。

完善专业课程、优化教学模式、研发核心技术、培养高素质专业人才是教育单位所追求的目标。目前，开设新能源科学与工程专业的国内高校总数达到132所。浙江大学以工程热力学、太阳能、生物质能作为三个专业核心类。学生们主要学习新能源的基本理论、各类能量转化与有效利用及环境保护与能源开发利用的理论与技术，具备能源工程及设备的设计、运行、创新与生产管理的综合能力。华中科技大学着重培养集清洁与可再生能源科学及工程知识与现代信息技术为一体的跨学科复合型人才。主要课程为：四大力学、工程传热学、太阳能利用、生物质能源利用、风力发电等课程。西安交通大学培养具备新能源科学与工程这一强交叉学科宽厚扎实的基础理论，系统掌握可再生与新型能源的高效低成本转换利用、常规能源洁净高效转化利用、及与之相匹配的动力系统及其自动化控制与运行方面的专业知识。主要开设的课程为：工程力学、工程热力学、流体力学、传热学、生物质能转化原理与技术、光电及光化学转化原理等[2]。从这些双一流高校的培养方案可以看出，新能源科学与工程专业涵盖的专业方向非常广，其中生物质能利用方向是其发展的重点之一。

江苏海洋大学作为首批招生新能源科学与工程专业学生的高校，已在太阳能热利用技术、光伏利用技术等方向取得丰富的教育教学经验。而生物质方向仅有《生物质能工程》一门课程，显然不足已匹配当前一流专业建设的发展。根据当前卓越工程师计划、有效的培养模式，结合本专业现有实验室相关教学仪器设备等基础条件，我校新能源专业须向这些高水平学校的专业课程体系靠拢，开展新能源生物质能方向的相关教学探索符合专业发展需求。

2 课程体系建设

新能源科学与工程专业本科生的培养方案、培养模式和课程体系处于不断探索和完善中。根据社会需求和学校自身已有专业方向积累，形成新能源科学与工程专业特色，对专业课程设置越来完善。

2.1 专业定位和培养目标

新能源科学与工程专业立足于国家十二五发展规划，它面向新能源产业，培养在新能源领域具有较强工程应用和创新能力的专用人才。该专业的内容主要涉及多类新能源领域，隶属于工学中的能源动力类，学科方向具有交叉性强、专业跨度大的特点[3]。

明确专业定位和培养目标在于注重本科生基础知识及交叉学科知识教学理念的培养。该学科学生需要掌握扎实的基础理论和专业知识，包括数学、物理、化学、机械、电气、热力学、计算机等，为充分发挥专业优势，还需了解生物质加工工艺、热解、热化、气化等专业知识[4-5]。广大一流高校的专业核心课程体系建设完善，统编教材全面，为我们提供了可利用的优势资源，与这些高校的课程同步利于我校生物质方向发展。

2.2 注重基础与专业课程体系建设

注重厚基础、宽专业、交叉学科的教学理念，充分发挥我校新能源科学与工程专业发展十年的学科优势，增设生物质能利用方向课程。一要注重思想政治教育，以提升学生的人文素质。思想政治教育不仅体现在大一大二的学习阶段，而是要贯穿于大学四年整个学习过程，以建立完善的知识结构和健全的人格；二要培养学生系统地掌握新能源专业必须的技术基础理论。核心课程主要包括传热学、工程热力学、工程力学、生物质能源工程、生物质能利用原理与技术、生物质能转化原理与技术等必修课程，使学生掌握生物质能利用的系统知识；三要开设新能源热利用与热发电原理及系统、氢能与新型能源动力系统、生物质热化学转化原理及高效利用技术、生物质燃气利用技术、生物油制备与应用、等相关专业特色选修课，拓展学生对生物质工程全方面知识的了解；同时需要学生掌握专业必须的制图、设计、计算、测试、数据处理及查阅文献等基本技能。

2.3 加强实验实践教学

生物质利用方向的课程具有很强的实践性和应用性。这需要培养学生扎实的理论基础，同时还要强调实验和实践的培养。包括基础性和拓展开放性实验，以及认知和生产实习的相关实践教学。学生在实验实践教学任务中，通过完成实验前预习、实验仪器操作、实验数据分析、撰写实验报告、实习单位参观、实习总结报告等内容，真正的将自己所学专业知识与生产实际相结合。这不仅有利于理论教学基础理论知识的深化理解，更对学生们发现问题、解决问题、创新思维能力起到很好的锻炼作用。同时认知与生产实习为学生们了解所学专业的就业形势及工作单位提供了很好的机会，进而调动了学生们的学习积极性。

综合上述内容，以构建多层次的教育体系及平台，使学生能够以课堂、实训和实习紧密相结合的方式明确能新能源领域技术的战略需求，并能针对实际工程问题构建有效的解决方案，生物质能课程体系构建思路如图1所示。

图1 生物质能课程体系构建思路

基础及专业课程培养学生的基础能力和专业应用能力，在整个教育过程中起着指导性作用，同时相关课程实施会反馈信息作为实时修订课程的依据。生物质能利用呈多联产分布，涉及领域相互融合，课题研究方向广，诸多重点高校成立清洁能源实验室，与这些一流高校的课程及研究方向同步，吸取其先进经验有助于我们新能源专业生物质方向的快速发展。必不可少的实验实践教学环节贯通整个教育过程，大一阶段大学物理实验、大二阶段多家企业的认知实习、大三阶段课程实验、大四阶段相关企业生产实习，这与培养方案完美衔接。同时巩固和检验了学生们所学的基础及专业知识，以此不断完善相关课程设置。

2.4 生物质能课程教学设计

本单位开设的《生物质能工程》课程，立足于新能源科学与工程专业的学科发展，培养学生对生物质能开发技术的选择应用能力。通过对本课程的学习，了解生物质能的研究发展前沿，系统掌握生物质能转换技术的原理、工艺、设备及其应用途径。同时，对生物质能资源的生产与再生产、环境影响和经济评价，树立资源可持续利用的观念起到积极作用，为从事生物质资源利用方面的科学研究和技术开发打下良好基础。

以生物质直接燃烧技术章节为例，主要内容是生物质燃烧原理、传统炉灶及其改进、生物质直接燃烧发电，尝试依据生物质能课程体系构建思路展开教学。

首先，引导学生关注知识前沿。若只按照课本内容进行讲述，学生准确定位生物质燃烧的相关技术存在难度。为此，讲述本章节内容时，通过课件介绍了第七届生物质能源国际会议暨第十五届全国研究生生物质能研讨会、IBS2021第九届生物质能源与有机固废资源化利用高峰论坛、2021年中国工程热物理学会燃烧学学术年会等，诸多大型学术会议中关于生物质燃烧技术的前沿动态及研究热点。特别是农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电、生物质及垃圾发电技术的深入研究，具有重要的推广应用价值，将是我国实现“双碳”目标的有效技术途径。上述内容的引入作为课本教材的拓展和丰富，是生物质能课程体系中基础与专业课程、同步一流高校课程内容的重要组成部分。

其次，引导学生的探索意识。唯物辩证法认为，一切事物都是现象和本质的辩证统一体，透过现象而挖掘事物的本质。在全球面临巨大的气候变化压力下，生物质能在新能源中的重要作用更明显，欧洲部分国家的生物质发电技术经过20余年的发展与积累，逐步实现了从低比例掺烧过渡到纯燃生物质。利用煤粉炉和流化床锅炉耦合生物质发电的运行可靠性得到证实。据报道，我国目前生物质资源的利用率仅有7.5%左右，仅在效率低、煤耗高的小型机组上应用生物质资源发电。课堂上与学生针对上述我国生物质直接燃烧发电的利用现状展开讨论，学生发表自己的看法与见解。有学生提出这与社会，特别是各级政府对生物质能发展重要性的认识不足有关，有学生认为这与产业发展的支持政策有关，也有学生认为与生物质发电的关键技术没有突破有关，有学生还提出了可以通过生物质清洁供热、生物质液体燃料、化肥替代等方法来解决上述问题。通过在课堂中的深入探讨，同时通过课件引入大量生物质发电的现场图片、机组运行视频、工程案例等资料进行认知实践教学。这增强了学生发现问题、思考问题、探索问题解决思路的综合能力，同时启迪学生对于生物质能在工业生产中发挥重要作用的意识。

统计调查是评价课程教学设计的有效方法。为此，对新能源科学与工程专业2个班的学生进行课程满意度调查，经统计结果分析，学生们对本门课程设计的认同率达到85%以上，普遍认为课程内容前沿、丰富、有趣，参与度高。这达到了引导学生从被动学习到主动学习的目的，实现了课程内容与专业知识相融合的教学效果。

江苏省清洁能源产业发展处于全国前列，同周边地区构成清洁能源企业群集，已形成庞大的产业链。连云港市清洁能源企业众多，产业种类齐全。随着连云港清洁能源产业的蓬勃发展，一批重大项目建成投产，对专业技术人才的需求日益迫切。在此发展背景下，我校联合七家企事业单位成立了清洁能源产业学院，其中生物质发电企业的参与为生物质课程体系的有效实施及学生高质量培养注入强劲动能。相应的专业核心课程体系建设完善，统编教材全面，为我们提供了可利用的优势资源。课程体系的构建关键是多层次课程设置的相互融合，合理分配理论教学与工程实践的各个环节。避免人才培养过程中理论与实践脱节、教学内容与前沿技术联系不紧、高素质工程技术人才需求不满足等情况的出现。

3 结 语

我校新能源专业在光伏、光热方向十多年的发展成果与经验，为拓展生物质方向发展提供了基础条件。生物质多元化分布式应用的优势，使得它在发电、燃料、材料等领域均有好的发展前景。同时，完整的专业方向体系是我校新能源系的发展目标。在一流专业建设背景下，从理论课和实践课的设置、实验实践训练及科研创新等多方面构建生物质课程体，为新能源科学与工程专业建设提供一些有益参考。