案例式教学在新能源专业教学中的应用研究

摘要：“新能源开发与环境”是我校新能源专业的必修课，该课程讲授地热能、非常规气体能、太阳能、风能和核能等一系列新能源的基本性质、开发方法和相应的环境问题。与传统能源类课程相比，新能源类课程的主要特点体现于“新”，即一些新能源的开发仍然处于探索阶段，没有成熟的理论体系与技术方法，这给该类课程的讲解带来极大的难度，一般体现于教师讲授难和学生理解难等方面。针对这些问题，本文阐述如何将案例式教学应用于课程的教学中。实施过程中，先将新能源开发实践中的恰当案例加入课程教学内容，进而对案例进行讲解，使学生能够更加直观地学习、加深理解，并能够达到树立专业发展信心和培养爱国主义精神等目的。

关键词：案例式教学；教学改革；新能源专业；新能源开发与环境

AStudyontheApplicationofCasebasedTeaching

intheFieldofNewEnergy

—TakingtheCourse"NewEnergyDevelopmentandEnvironment"asAnExample

ChangHaibinZhangHongwei

SchoolofEnergyandMiningEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology（Beijing）Beijing100083

Abstract："NewEnergyDevelopmentandEnvironment"isarequiredcourseinourschool'snewenergymajor，whichteachesthebasicproperties，developmentmethods，andcorrespondingenvironmentalissuesofaseriesofnewenergysourcessuchasgeothermalenergy，unconventionalgasenergy，solarenergy，windenergy，andnuclearenergy.Comparedwithtraditionalenergycourses，themaincharacteristicofnewenergycoursesisreflectedinthe"new"aspect，meaningthatthedevelopmentofsomenewenergysourcesisstillintheexploratorystage，lackingamaturetheoreticalsystemandtechnicalmethods.Thisposesgreatdifficultyinteachingandunderstandingthesecourses，whichisgenerallyreflectedinthedifficultyforteacherstolectureandforstudentstocomprehend.Inresponsetotheseissues，thispaperdiscusseshowtoapplycasebasedteachingtothecourse.Intheimplementationprocess，appropriatecasesfromnewenergydevelopmentpracticesarefirstintegratedintothecoursecontent，andthenthroughtheexplanationofthesecases，studentscanlearnmoreintuitively，deepentheirunderstanding，andachievegoalssuchasestablishingconfidenceinprofessionaldevelopmentandfosteringaspiritofpatriotism.

Keywords：casebasedteaching;educationalreform;newenergymajor;newenergydevelopmentandenvironment

在我国的能源结构中，煤炭和石油等传统能源目前仍然占支柱地位，但传统化石能源日益减少，寻找接替能源势在必行。另外，传统化石能源带来的环境污染问题越来越受到国家的重视，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。在这些背景下，新能源专业迎来了良好的发展契机。

目前，许多高校新增了新能源专业，并规划了相应的课程体系。新能源类课程的主要特点体现于“新”，即一些新能源的开发仍然处于探索阶段，没有成熟的理论体系与技术方法，这给该类课程的讲解带来极大的难度。教师可以在一些新能源的开发实践中收集、整理一些有代表性的案例，将这些案例引入课堂，即开展案例式教学，会有助于丰富教学内容，完善教学方法，提高教学效果。案例式教学起源于哈佛大学，其在法学院和商学院等课程中开始应用，后逐渐推广于许多国家，实践证明，它是一种成功、有效的教育方法，案例式教学在我国高等教育的不同专业课程中得到广泛的应用［16］。下面我们以“新能源开发与环境”课程为例，阐述如何恰当、合理地利用案例式教学。

一、“新能源开发与环境”课程介绍

结合传统优势学科，我校新能源专业重点聚焦地下新能源，包括地热和地下非常规油气，课程体系中也包含对传统新能源（如太阳能和风能等）设计的课程。“新能源开发与环境”是我校新能源专业的必修课，以下介绍该课程的课程目标和课程教学内容。

（一）课程目标

通过对“新能源开发与环境”课程的教学，达到以下课程目标：

（1）通过教学，学生能够掌握能源与环境的基础知识，包括：能源的概念、分类、能源危机和能源状况与发展趋势等，环境的概念、分类、环境污染和环境保护的内容等，能源与环境的关系和解决能源与环境问题的途径。

（2）通过教学，学生能够掌握新能源的基本性质，如成因、物性、资源分布等。

（3）通过教学，学生能够掌握新能源的开发利用方法和开发利用带来的环境问题。

（二）课程教学内容

“新能源开发与环境”课程重点讲授地热和地下非常规油气，同时也包括对传统新能源的讲授，课程教学内容模块和课时分配如下表所示。其中，第四章讲授的内容包括页岩气、煤层气和天然气水合物；第五章讲授的内容包括传统河流水能和海洋水能。

二、案例式教学的应用

“新能源开发与环境”课程讲授的主要难点在于内容的“新”，即课程讲授的一些新能源的开发仍然处于探索阶段。例如，地热学术界重点研究的干热岩处于探索和建立示范工程阶段，天然气水合物的开发仍处于试采结果，这些新能源距离大规模商业化应用仍有距离，这些会导致教师讲解难、学生理解难。为了提高授课效果，研究将案例式教学应用于该课程的授课中。通过引入不同类型的案例达到不同的授课目的，进而整体提高课程的教学质量。

（一）典型代表案例

课堂若只聚焦于基本概念和理论知识，讲授会显枯燥、乏味，学生易失去兴趣。讲授的内容若引入生动、形象的典型代表案例，则可吸引学生注意力，使学生能够加深对理论知识的理解，举例如下。

能源的开发利用可能造成环境污染问题是学生皆知的，但污染的后果到底是什么，严重程度有多大，学生可能并无概念。在讲解该部分内容时，引入恰当的典型案例有助于学生直观地理解。比如，可以借助案例阐述水能开发利用可能带来的环境问题，包括：大坝工程可能造成沿河流域可耕地土质肥力持续下降；库区水的大量蒸发也会导致水质变化等。通过在课堂加入案例讲解，学生能够更加直观、具体地认识到能源开发利用带来环境问题的严重性。

（二）启发性案例

开发新能源需要长期的探索，把一种新能源的开发过程整理成案例进行讲解，有助于启发学生对新能源开发的思考。比如，在讲解页岩气时可将美国页岩气发展历程与启示整理成案例。1821年，在美国纽约，WilliamA.Hart钻探了第一口商业性的页岩天然气井，其深度达到了约8米，这一开创性的工作被广泛认为是页岩气资源的首次发现。然而，尽管有了这一里程碑式的进展，但人们并没有立即认识到页岩气资源的巨大潜力。直到1914年，在阿巴拉契亚盆地的Ohio页岩中，发现了全球首个页岩气田——BigSandy。

在20世纪70年代后期至20世纪90年代初期，美国能源部（DOE）积极推动了与石油公司、高校和科研机构等单位的合作，共同致力于非常规天然气的评估和开采技术研究。其中，针对页岩气的勘探和开发，实施了名为东部页岩气工程（EGSP）的大型项目，该项目的核心目标主要聚焦在两方面：一方面，研发高效和环保的开采技术，以便更好地寻找并生产页岩气；另一方面，通过减少储量规模的不确定性，为私有企业大规模开发页岩气资源提供必要的激励和信心。在具体执行上，该项目设定了以下三个主要目标：一是准确评估天然气地质资源和经济可采资源量，为决策提供数据支持；二是建立针对勘探目标的勘探原理，为实际操作提供理论指导；三是研发并优化低成本的开采方法，以提高开采效率和经济效益。为实现这些目标，项目组开展了以下几项主要研究工作：首先，整合多种数据，全面评价技术进展和环境问题等；其次，通过建立描述泥盆纪页岩区资源的数据库，制定勘探基本原理，以期开发出更加有效地寻找含气天然裂缝储层的方法；再次，通过研究和设备开发，提出新的诊断工具、储层动态预测和的增产方法能力。此外，项目组还致力于生产技术的研发，提出有效的增产方法，以验证其在油田中的实际应用效果。在这一过程中，开发了包括泡沫压裂、井下视频技术、大型水力压裂、定向钻井以提高生产能力、随钻电磁测量以及二氧化碳压裂处理等关键技术。

这些技术的研发和应用为页岩气的开采提供了有力支持，推动了页岩气产业的快速发展。在1981年至1998年期间，Mitchell能源公司在FortWorth盆地进行了持续不断的探索与试验，通过综合应用水平井和水力压裂技术，该公司最终实现了Barnett页岩气的规模化商业开发，为页岩气产业的发展开辟了新的道路，在这一过程中，GeorgeMitchell被誉为“页岩气之父”，并于2011年获得了终身成就奖，以表彰他在页岩气开发领域所做出的杰出贡献。进入21世纪以后，随着水平井钻井技术的不断进步，美国页岩气产业迎来了飞速发展的黄金时期，特别是Barnett页岩气田的年产量从1999年的22亿立方米迅速攀升至2009年的560亿立方米，短短10年间实现了惊人的25倍增长。在Barnett页岩气田成功开发的示范效应下，美国全国的页岩气勘探与开发活动迅速扩展，掀起了一股热潮，这股热潮不仅推动了美国页岩气产业的快速发展，还形成了六大主要的页岩气产区。这一成功的案例充分展示了理论技术创新与进步在推动页岩气勘探开发方面的关键作用和主要动力。科技进步在页岩气革命中的作用包括：（1）坚持不懈的基础地质研究孕育这场页岩气革命；（2）水平井和水力压裂技术的进步促成了革命成功。通过对该案例的讲解，学生能够认识到开发新能源的一些关键问题，启发思考。

（三）科学研究案例

由于新能源开发具有“新”的特点，许多相关问题也是科研工作者正在研究的对象，将一些代表性问题的科学研究整理成案例进行讲解，可以帮助学生更加深刻地思考问题，探索现象背后的科学原理。比如，在讲解煤层气开发时，可以讲解超临界CO2聚能压裂开发煤层气的可行性研究［7］。与水力压裂和超临界CO2压裂相比，超临界CO2聚能压裂煤岩裂缝迂曲度更高，可形成主裂缝、微裂缝与层理缝相互沟通的网状裂缝。通过该案例讲解，学生可以认识到新技术对新能源开发的重要性。

（四）科技前沿案例

新能源开发与利用是研究热点，新的突破不时出现。如2022年10月19日，中国新一代“人造太阳”（HL2M）装置等离子体电流突破100万安培（1兆安），创造了我国可控核聚变实验装置运行新纪录，技术水平居国际前列；2023年5月中下旬，全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试在福建兴化湾海上风电场获得成功。

结语

结合“新能源开发与环境”课程的教学内容与教学难点，研究将案例式教学用于课程教学，从而提高课程教学效果。通过收集整理不同类型的案例，如典型代表案例、启发性案例、科学研究案例和科技前沿案例，并将案例加入课堂教学，通过对案例的讲解，学生能够更加直观地学习知识，加深理解，并能够达到树立专业发展信心和培养爱国主义精神等目的。

参考文献：

［1］陈宏圣.基于案例驱动的“机床电气控制与PLC”教学探索与实践［J］.科技风，2024（1）：138140.

［2］穆卫谊，单鱼洋，孙燕，等.基于CBL农业工程案例教学：以农情遥感监测为例［J］.科技风，2023（20）：129132.

［3］张刚.外事英语课程设计：以案例教学为例［J］.辽宁省交通高等专科学校学报，2008（3）：6061.

［4］张云涛，郭鹏达，刘朝辉，等.案例教学法在口腔种植科教学中的应用［J］.科技风，2023（28）：145147.

［5］周思方，彭力.针对C语言的启发式案例教学方法探索［J］.学理论，2009（17）：221222.

［6］庄齐枫.《遥感原理与应用》启发式案例教学方法实践［J］.科技风，2021（28）：9193.

［7］丛日超，王海柱，李根生，等.超临界CO2聚能压裂开发煤层气可行性研究［J］.煤炭学报，2023，48（08）：31623171.

基金项目：中国矿业大学（北京）2023年本科教育教学改革与研究项目（项目编号：J231101）

作者简介：常海滨（1983—），男，满族，辽宁清原满族自治县人，博士，副研究员，研究方向：地下新能源开发与地下储能。