面向新能源专业的“可再生能源”课程教学探讨

面向新能源专业的“可再生能源”课程教学探讨

进入21世纪，人类社会面临着严重的能源紧缺和环境污染。传统能源中的石油和天然气将在未来几十年内耗尽，煤尽管还能使用一二百年，但它会对生态和环境带来很多副作用。2021年中国东北地区由于燃煤供暖的开始，出现了严重的雾霾天气，使得交通瘫痪、人类呼吸系统患病的事件屡见不鲜，又一次向人类敲响了环境保护的警钟，发展新能源刻不容缓。而我国在新能源的教育和科研方面，较美国、英国、德国和日本等发达国家还相对落后，这也同时催生了新能源专业在我国大学教育中的快速发展。低碳、节能、环保作为一种绿色可持续发展的理念，是在全球经济快速发展的背景下提出并推行的以低消耗、低排放、低污染为基础的经济模式，发展可再生能源已经成为人类可持续发展的重要选择，而建设以此为基础的新能源专业教育则是我国的战略重点和全面教育的重要方向。

大学是现代社会人才培养、知识传播和文明传承的重要载体，理应在新能源发展和建设中发挥引领和示范作用。“可再生能源”课程作为新能源、热能动力工程、建筑设备环境、车辆工程等众多理工科专业的专业必修课，其研究内容与目前全球广泛关注的新能源汽车、太阳能光伏发电、风力发电、生物质能、小水电、潮汐能、波浪能、地热能、氢能和燃料电池等课题密切相关。多学科的交叉给“可再生能源”课程的教学带来非常大的困难，因此本文结合新能源专业的特点，以及学生未来的发展方向，对该课程的教学进行探讨。

一、“可再生能源”课程设置的重要性和紧迫性

早在20世纪70年代，发达国家工科类专业（包括机械、电子、化工、材料等）就普遍开设能源与环境、可再生能源技术等相关课程。例如，美国许多大学都可设了名为Renewable Energy，Alternative Energy，Sustainable Energy或单独的Solar Energy，Wind Energy，Fuel Cell等课程。近年来，国内许多大学也都开设了相关课程。面对

我国日益严峻的生态失衡和能源短缺，作为21世纪的理工科大学生，迫切需要具备能源与环保、可再生能源技术等基础知识。

二、新能源专业

1.专业特点

新能源（New Energy）专业主要学习新能源的种类和特点、利用的方式和方法、应用的现状和未来的发展趋势。具体内容涉及太阳能、风能、生物质能、核电能、小水电和潮汐能、波浪能、地热能、氢能和燃料电池、化石能源等等。因此，新能源专业是多学科多领域的综合，主要涉及的科学领域有工程热力学、流体力学、传热学、半导体物理、电化学反应、物理化学、生物学、电磁学、机械原理与制造、地质学等。若想真正掌握新能源技术，需要较强的理论基础，并不是学习一个学科可以完成的任务，这就需要在教学中有意引导学生进行相关课程的选修。

2.新能源专业开设现状

我国高校在新能源专业设置和专业人才培养方面还落后于发达国家。近几年国内仅有十几所高校增设了核能相关专业，如哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等开设了核物理、核工程与核技术、核反应堆工程等专业。华北电力大学、河海大学、长沙理工大学、河北建筑工程学院等近十余所高校开设了风能与动力工程专业。山东建筑大学、南昌大学等几所高校开设了太阳能建筑一体化、光伏材料等专业。国内尚没有高校开设生物质能相关专业。目前能够招收新能源专业学生的高校包括：河海大学、河北建筑工程学院、南京理工大学、江苏大学、盐城工学院、淮海工学院东港学院、华北电力大学、福建农林大学、福建师范大学、浙江大学、上海理工大学、西安交通大学、中南大学、华中科技大学、重庆大学、东北大学、北京工业大学、河南农业大学、常熟理工学院、吉林农业大学、贵州大学、中南大学、三峡大学、南京大学、兰州交通大学、苏州大学、沈阳航空航天大学等。大多数高校是在原有热能与动力工程等专业基础上增设了部分与新能源有关的选修课程，作为对新能源领域知识的一种补充，或进行了

专业名称的更改。所有这些，无论是课程内容设置的科学性，还是人才培养的专业性，尚不能适应国家对新能源领域专业人才的需求。

3.培养目标和服务面向

新能源专业面向新能源产业，根据能源领域的发展趋势和国民经济发展需要，培养适应创新型国家发展战略需要，知识、能力、素质全面发展，科学精神和人文素养协调发展，具有良好的综合素质、扎实的热流体科学基础理论、系统的新能源科学与工程专业知识与技能，具备热学、力学、电学、自动控制、能源科学、系统工程等宽厚理论基础，掌握新能源转换与利用原理、新能源装置及系统运行技术，能胜任新能源技术相关的科学研究、工程设计、技术开发、技术经济管理、清洁能源生产、可再生能源开发利用、能源环境保护、新能源开发、优化运行与生产管理的跨学科创新型人才和复合型高级工程技术人才。

新能源科学与工程专业毕业生可在风能、太阳能、生物质能等新能源和节能减排领域的企事业单位、高等院校和政府部门从事技术研发、工程设计、新能源科学教育与研究、新能源管理等相关工作。

4.专业课程设置

新能源专业在课程内容体系的设置上紧密结合培养目标要求，既注重“厚基础”，突出基本理论与方法，又注重“宽方向”，丰富课程知识结构。注重学生“知识结构”的构建和“能力结构”的形成。表1为江苏大学新能源专业核心课程。

理论部分：在基础教育系列中重点强调基础性与综合性相结合的原则。包括高等数学、大学物理等工程技术基础课群；大学外语、马克思主义原理等社会科学课群。在专业教育系列中重点遵循厚基础、宽口径的原则。第一，整体优化知识结构，突出专业特点。本专业核心必修课程包括工程热力学、流体力学、传热学、能源与环境系统工程概论、可再生能源概论、流动传热数值分析、现代热物理测试技术、能源环境化学、太阳能原理与技术、生物质能原理与技术、风力发电与控制技术、新能源材料与技术。本专业选修课程包括：燃烧污染与

控制、能源低碳利用技术、能源生产过程控制、Pro/E软件应用基础、计算机控制技术、能源工程管理、化石燃料清洁应用、能源与环境技术进展、节能原理与技术、新能源发电并网技术、水力发电与水电站、氢能及氢动力系统、燃料电池原理与技术、热泵原理与应用、生物柴油制备与应用、生物质燃烧与混合燃烧技术、风力机空气动力学、薄膜材料与器件。专业知识的学习使学生具备从事可再生能源和新能源领域技术研发与工程设计的基础理论知识。第二，加强基础教育、拓宽专业口径。在本专业的课程体系设置中，前两年主要安排基础课程和大类技术基础课程，加强学生基础教育。拓展新能源科学与工程专业的基础教育平台，使学生具备扎实的能源学科基础，拓宽专业面向，增强专业适应性。第三，培养学生具有独立思考和自行实践的能力。基础理论课程与实践性教学环节有机结合，任务明确，达到理论联系实际的目的。

实践部分：第一，开设工程训练和课程设计。目的使学生获得对设备部件加工的感性认识和基本操作技能，并将理论课程学习知识应用到专业课程设计中。重点培养学生的独立思考能力、动手能力和工程实践能力。单独设立“能源工程综合实验”课程，目的是充分利用学科的开放式实验室，指导学生开展设计性、综合性实验项目，培养学生发现问题、解决问题的创新能力。第二，开设专业认识实习和生产实习。目的使学生建立对专业工作岗位群的感性认识，通过对可再生能源和新能源领域相关单位的考察和学习，将理论知识与生产实际相结合，深入了解本专业所从事工作岗位的实际情况，为毕业生择业提供良好的选择。第三，开设毕业设计。目的是培养学生综合运用所学知识和技能，进行工程技术和科学研究基本训练的主要教学环节。

以上所有开设的新能源课程，均与“可再生能源”课程息息相关。即使是传热学、工程热力学、流体力学、半导体物理、薄膜材料与器件等与“可再生能源”课程没有直接关系的课程，也是为后续该课程的学习打下坚实基础的课程，否则也很难令学生学精。因此，“可再生能源”课程的学习与新能源专业其他课程的学习联系紧密。

5.毕业生就业去向

目前来看，新能源专业相关学生的毕业方向大致有以下三方面：第一，工程学（engineering），比如开发新能源技术，这就要选择工程类院校，并且对新能源有一定侧重的；第二，能源经济学（energy economics），从经济的角度分析各种新能源的可行性，经济类别的学校都可以选择，有没有能源侧重都无所谓，经济原理到哪都适用；第三，能源政策（energy policy），主要从国家政策的角度研究环境保护政策，以及促进新能源开发政策等，这就要选择国家政策比较好的学校，并且有能源政策或环境政策侧重。

三、“可再生能源”课程的教学改革

1.明确具有专业特点的课程任务

针对新能源的专业特点，提出适合该专业的“可再生能源”的课程任务，具体是首先介绍在利用可再生能源过程中需要掌握的基础理论知识，包括传热学、工程热力学、流体力学等传统能源专业必修的课程，还需要在江苏大学全校范围内寻找开设物理化学、半导体物理、生物学等相关基础课程的学院，积极联系以实现联合共同培养学生的目的。以上基础理论知识学习完成后，才可以继续开始“可再生能源”课程的学习，只有掌握了其中的基本原理，才能使学生更深入地理解并创新出新型的可再生能源技术。

2.加强结合科研的实践方法

结合与低碳、节能和环保有关的工程实际，在实验环节中通过引入包含可再生能源科研的最新研究内容和成果，了解和掌握可再生能源转化过程中提高转化效率的途径和方法，并将其应用于实际装置和设备分析中。这在增强学生环保意识的同时，能够更好地培养其综合素养，提高其创新能力和解决实际问题的能力。

结合江苏大学能源与动力工程学院自身的特点和实验室条件，在“可再生能源”课程教学过程中尝试为学生增加了包括太阳空气集热器、太阳房、太阳能蔬菜大棚、太阳能光伏电池等在内的实验内容，如图1所示。通过相关实验的演示、观摩和操作，使学生对可再生能

源有了更形象、深入的理解，并对教材中所涉及的相关内容有了更深入的认识，并可举一反三，独立设计新型可再生能源利用系统。

3.灵活多样的考试考核方式

针对“可再生能源”课程涉及知识面特别广泛的特点，根据江苏大学教学实践经验，设计了考试题库。每次考试的形式也多种多样，可选择试卷考试；也可选择创新性的设计一种新型可再生能源利用系统，通过必要的工程计算和作图，动手完成一部系统样机。这样不仅克服了传统考试过程死记硬背的缺点，同时也锻炼了学生的创新能力，并使学生学以致用，充分利用各种知识，包括：机械制图、机械设计、画法几何、传热学、工程热力学、流体力学等，开阔了学生的眼界。

此外，还可鼓励学生多参加和可再生能源有关的课外竞赛活动，如大学生节能减排大赛、星光杯创业计划大赛、江苏大学科研立项等，以此培养学生在学习可再生能源过程中的创新能力，提高其科研协作精神。通过这些活动，将为促进大学生理解可再生能源内涵、促进社会经济可持续发展奠定实践基础。

四、结语

针对中国的能源战略体系框架而言，无论是到2050年的能源发展长期规划，还是“十二五”的近期规划，均将以可再生能源的节能环保发展作为我国能源结构的思路。为配合我国的“低碳环保”发展战略，在“可再生能源”教学中增强理论基础并结合科研实践教学将是教改的一个重要方向。无论是课堂教育还是实践环节，如何将“可再生能源”的传统教学内容和低碳、节能减排进行合理、科学的整合，是教学过程中需要深入探索和研究的内容。