新工科背景下新能源科学与工程专业课程的融合学习_郑家广.pdf

2023年第22卷 第3期产业与科技论坛2023（22）3Industrial&Science Tribune新工科背景下新能源科学与工程专业课程的融合学习郑家广肖蓓蓓【内容摘要】人才培养是当代本科院校的第一要务。进一步落实“立德树人”以及培养应用型的工科人才，是当代院校工科专业的责任。新能源科学与工程专业立足于“碳中和”与“碳达峰”目标提出的关键历史节点，承担着培养一大批新能源相关行业优秀从业人员的重要任务。新工科的独特特征以及思想内涵，促使高校寻找更加有效的方法，以提高学生综合实践能力和新能源产业综合从业能力为目标，培养普适型、应用型的新工科人才。因此，在新工科背景下，丰富教学方法，实现新能源科学与工程专业课程的融合化、实用化，具有重大意义。本文对新工科背景下新能源科学与工程专业课程的融合学习进行分析和实例说明。【关键词】融合学习;新工科;应用型人才【作者简介】郑家广，江苏科技大学能源与动力学院讲师，博士;研究方向:储氢材料肖蓓蓓，江苏科技大学能源与动力学院博士研究生;研究方向:燃料电池一、新工科的内核与新能源科学2017 年 2 月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”和“北京指南”等，并发布了一系列重要文件和标准。这些要求明确指出，新工科的建设要“问产业需求建专业”“问技术发展改内容”，同时要格外注重教学课程结构的优化。新能源科学与工程专业，专注于研究化石能源的替代能源，如风能、潮汐能、太阳能、氢能、生物质能等，具有绿色、清洁、可循环的重要特点，是应对现代社会技术发展和能源危机所产生的新兴专业。新能源专业的目标在于培养新能源产业和新能源研究的专门型人才，其本科阶段目标是培养具备初步从事新能源工作的人才，而研究生阶段的目标是培养能够从事深入新能源领域研究的重要人才，新能源科学与工程专业是新能源产业与新能源事业的“弹药”与“强心剂”，发展新能源科学与工程专业，符合新工科与时俱进与快速发展的重要要求，对加快我国“双碳”目标实现的人才储备和技术支持具有重要意义。但是，目前新能源科学与工程专业尚存在一些明显的问题。新能源科学与工程专业的课程设置，由于专业初创，在国内缺乏较为完善的范例。目前，国内新能源科学与工程专业成型的课程体系比较少，大部分高校都处在摸索课程架构、探索教学内容的阶段。同时，新能源科学与工程概念宽广，涉及多个相互较为独立的科学领域(如材料科学、物理学、化学、控制工程、计算机科学等等)，导致新能源科学与工程专业的课程设置普遍较为松散独立，相互交叉较少，和产业融合交叉的方面就更少。故而在人才培养方面，专业毕业学生会出现“不知道专业是做什么的”“不知道就业可以干什么”的直观感受。新工科建设要求打造工程教育开放融合的新生态，针对当前专业课程教学中出现的问题，采用新工科的开放融合思维，在课程中进行交叉教学、融合教学，辅助以多媒体及网络教学手段，提升学生从业素养，明确学生未来求职定位。二、新工科背景下新能源科学与工程专业课程融合学习的途径(一)摆脱单一科目限制，从新能源全局视角出发。新工科特色的专业课程建设和人才培养思路，要求本科教育不宜过于分散在各个不同的领域，而是要为新能源产业将来的大量普适性人才缺口提供补充。而普适性人才主要的素质之一就是其全局视角和通过整个产业来思考自身职业、学习规划的能力。只有培养这样的具有产业全局视野的人才，才能真正服务新能源科学与工程专业发展的要求。根据这一目的，在新工科的视野下，应从新能源产业大领域的全局视角出发，推进不同专业领域课程之间的相互交融，为实现人才培养多维化、人才思维发散化带来机会。同时在企业选择人才、选择就业的时候也将因为人才的全局视野而拥有更多更优质的选择，不再为人才不具备全局视野而头疼，不再为人才不具备从事该产业的初步素质而重新举办培训活动。因此，在新能源科学与工程课程设置和课程实施过程中，应当以课程融合化、多元化为导向，依托于课程设计中的跨课程联动和综合情境分析练习，努力实现对单一课程内容和单一科目限制的拓展，以加深学生对新能源产业多种清洁能源共同开发、能源相互转化和共同利用的了解，开阔学生的视野，使学生获得更好的就业机会或在就业后有更好的发展空间和学习能力，为学生的不断成长和企业、产业的不断发展提供坚实的基础。(二)授课坚持以需求为引子，以成果激动力。新工科要求在工科教学中做到以目标要求作为教学和学习的引领，而目前新能源科学与工程课程的教学中仍存在只聚焦于书本原理知识，而忽略介绍实际工业产业需求的现象。在只学习书本上的原理知识的教育过程中，学生更多的是成为被“填鸭”的教育对象，而非自主学习、自主提升的学习独立个体;教师只关注具体知识的传授和考核，而忽视了对学生实际需求和新能源产业实际发展状况与发展需求的关注。实际上，371产业与科技论坛2023年第22卷 第3期Industrial&Science Tribune2023（22）3在不关注当代新能源产业实际发展情况的新能源专业教学中，学生很难得到学习带来的成就感和投身能源革命大潮的使命感，这也是本专业学生专业认同感存在偏差的重要原因。因此，在专业教学中，应当鼓励教师和学生对新能源产业界的发展状况和当前工艺级别、常用工艺手段进行积极介绍和认真调研，掌握目前产业的发展情况，了解新能源开发利用的“用武之地”。同时还要促进学生对新能源领域世界的先进科研成果及产业化进程进行主动的课外了解，以新能源领域日新月异的成果激发学生自发学习的动力，让学生在新能源科学与工程专业的课程学习中找到选择这门专业的价值。在了解了学习的意义后，学生就能回答出“学新能源科学是为了什么”的重要问题，同时也能找到“我学习新能源能干什么”的人生意义和奋斗方向。只有这样，新能源科学与工程专业的学生才能够真正地为自身发展学习、为产业进步学习、为国家和民族的伟大复兴学习。(三)推进产教结合，以实践带动产业认知。新工科建设要求，地方高校要在工程科技产业创新和区域经济发展及产业转型升级中发挥重要作用。高校在日常中的角色，绝不只是人才的培养者和科学的传递者，更多的是服务产业进步、地区经济发展的助推者，这也是高校的三重重要功能中的第三层 服务社会。在新能源专业教学中，产教结合也是十分重要的一个方面。推进新能源专业特色教育，需要校企结合，通过合作、联系实现企业作为学校的实习基地、学校作为企业的重要创新力提供者的双向促进作用。产学融合，不仅能使学生增进对当前新能源产业的了解，也能为学生的发展提供更加广阔的平台，还可为学生提供就业信息和就业机会，增强学生就业质量和专业认同感。作为从事新能源研究的高校教师，在新能源教学的过程中，应当主动推进产教结合，以实践带动产业认知，这样才能培养出对新能源产业具备初步认识和初步了解的人才，确保国家新能源产业的飞速发展。三、新工科背景下新能源科学与工程专业课程融合实践(一)多课程多领域融合。在新能源科学与工程专业 太阳能光伏并网发电及其逆变控制 课程教学中，通过模拟设计、课程实验、文献查找、报告分析等诸多形式，引导学生将太阳能光伏发电的控制能量输出端和另一种新能源氢能相联系，鼓励学生设计“光伏+”和电 氢变换存储过剩太阳能(风能)的综合系统，并进行理论验证和专业文献分析。在课程达成度考核中，太阳能光伏并网发电及其逆变控制 课程目标达成度:一是了解太阳能光伏并网发电技术，以及光伏并网系统的相关知识:目标分值 5，学生平均得分 4.18，分目标达成度 0.896;二是了解光伏电池的工作原理和设计制作方法，目标分值 13，学生平均得分 11.67，分目标达成度0.898;三是掌握几种光伏并网逆变器工作原理及特性分析，目标分值 20，学生平均得分 17.30，分目标达成度 0.865;四是掌握几种典型光伏并网逆变器控制策略的数学模型和电路设计方法，目标分值 25，学生平均得分 19.75，分目标达成度 0.790;五是掌握光伏发电的最大功率点跟踪(MPPT)技术的基本原理和控制过程，目标分值 25，学生平均得分 17.16，分目标达成度 0.686;六是熟悉并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略的基本概念和有效评估，目标分值 12，学生平均得分 9.55，分目标达成度 0.796。通过达成度分析得知，班级学生对于课程的五个目标达成度均较高，课程平均达成度达到 0.8。这说明，在进行多课程多领域融合后，学生对于太阳能光伏发电的控制等理论的理解明显加强，授课效果大幅度提升，这对于课程目标的达成是具有重要意义的，同时说明，进行多课程融合教学，对学生的各种能力提升具有促进作用。通过课程设计和分析，学生整体了解以了太阳能 电能 氢能融合转换为主的多种新能源相互联动体系的设计和构成，培养了学生新能源交互系统设计的能力。在多课程融合的基础上，进一步采用多媒体网络技术与传统课堂教学融合的方式，在 氢能与燃料电池 课程中使用“云教材”App 和中国 MOOC 慕课平台联动学习，在“云教材”App 上采用 氢能与燃料电池 在线学习，在“MOOC 慕课”平台上采用课外学习，并要求学生进行手机学习打卡和网络学习并汇报学习结果，增强了学生学习的自主性，开阔学生的新工科视野。学生反映，使用多平台同步，以及“自学+上课”的学习方式更加能够调动他们的自由时间，提高学习效率。(二)课程和产业、基础理论与前沿进步融合。在新能源科学与工程专业 氢能与燃料电池 课程教学中，对学生进行分组，每组负责对当前氢能领域的上游用氢、中游储运氢气和下游用氢(燃料电池)进行前言文献和产业新闻的收集并作小组报告。在报告的同时由教师给予评价和拓展介绍。通过分组展示和课堂实例教学，学生对于氢能产业和氢能理论的有机融合产生兴趣，并对氢能研究前沿进行了解，进一步选择新能源基础研究。(三)教学与产业实践融合。在新能源科学与工程专业2018 级本科生的 专业认识实习 教学中，通过与企业合作，确立了专业的产教结合实习基地，并将专业认识实习与 太阳能光伏并网发电及其逆变控制 中有关半导体材料基础、逆变器设计和控制手段等章节有机结合起来，要求学生不仅对实习本身进行参与，还要结合当前实习中接触到的半导体加工切片抛光工艺，对其学习过的相关课程进行回想。通过产教融合，学生巩固了之前学到的科学知识，同时能够运用这种储备，增加就业机会。此办法实行过后学生和企业均反响积极，部分学生选择与企业提前签约，企业也反映这种课堂搬进工厂中的安排能够使本科生提前接触到产业第一线，积累经验。四、结语总之，在新工科背景下，新能源科学与工程专业的专业课程教学融合十分有必要。在新工科的要求下，各种方式的融合教学在新能源科学与工程的发展中起到了重要作用。对涉及不同领域的新能源相关课程进行交叉设计和交叉教学、对课程的原理知识和产业研究的前沿技术进行融合学习以及对教学和产业实践实现融合实施，这三点不仅是新工科教育思想的体现，也是新工科教学革新在新能源科学与工程这一新兴领域的实践，同时还是学生提升专业认同、增加就业选择、开阔择业视野的重要方式。推进新工科背景下新能源科学与工程专业课程融合，是实现新能源产业优秀从业人才培养的有效途径。【参考文献】1 丁晓清，袁国竞 能源科学文献及光盘数据库概述 J 图书馆论坛，1999，5:8 11，87471