新工科与“双碳”背景下“生物质能工程”课程教学改革探索

梁承月，王华斌，尹芳，刘莹，徐锐，王昌梅，张无敌，张勇

（云南师范大学 能源与环境科学学院，云南昆明 650500）

“生物质能工程”是一门以化学、化工、生物、能源等相关学科的知识为基础，重点讲述农业废弃物转化为新能源的方法、原理与相关工艺设备，以培养适应新时代的新能源复合型人才为目标的、应用性非常强的工科特色课程。生物质能源具有储藏量大和环境影响低等特点[1]。目前，世界各国在调整能源发展战略时，都把高效利用生物质能源摆在优先地位，因此培养适应新时代的新能源复合型人才成为可再生能源类专业的重要目标。基于此，本文针对“生物质能工程”课程教学改革进行探索。

1 “生物质能工程”课程教学现状与存在的问题

1.1 教学模式单一，学生被动学习

随着时代的发展，部分院校已经开始教学改革，尝试新的教学模式，如翻转课堂等[2]，但目前大多数院校开设的“生物质能工程”课程仍是以传统的“满堂灌”的教学模式为主，忽视了学生在学习过程中的主体作用，不利于学生创新能力、思考能力和综合素质的提升。

1.2 实践教学环节不足

实践教学环节对应用型人才培养起着关键性作用[3]，而目前“生物质能工程”课程实践环节明显不足。（1）部分院校由于办学条件的限制，配套的实验课程未能实现专业全覆盖；（2）开设的课内实验项目相对较少，且实验过程中通常采用多人（5 ～6 人）分组模式，很难保证每个人都能动手操作，存在部分同学（尤其是学习自驱力差的同学）上课“摸鱼”，导致教学效果差；（3）课程实践内容多为室内实验，没有设置专门的课程设计，未能培养大学生独立思考、发现问题和解决问题的能力。

1.3 考核方式单一

目前大多数院校“生物质能工程”的课程考核方式比较单一，仅通过期中或期末考试评定成绩，这样的考核方式属于被动型的结果评价[4]。学生学习过程中存在的问题和误区，授课教师不能及时发现并予以辅导；而且为了应付考试，大多数同学只在期末考试前突击备考，且追崇“及格万岁”，因此难以达到教学目标；考试结束后也很少有学生再去回顾知识点、查漏补缺。这样可能导致课程基础知识不牢固或基础概念不清晰，影响之后的课程体系学习和实际应用。

2 教学改革

2.1 围绕时代需求，丰富教学内容

结合地方需求和学校的办学优势，云南师范大学能源与环境科学学院（以下简称学院）教学团队（以下简称本团队）最终确定重点讲授生物质能资源、生物质的直接燃烧、生物质气化、生物质热裂解技术、沼气工程、燃料乙醇、生物柴油、生物质制氢概论、生物质能新技术与前沿技术等内容。

根据各章节的特点和内在联系，形成教学内容模块，进行组合教学。如“生物质的直接燃烧”“生物质气化”“生物质热裂解技术”三个章节都属于热化学类的生物质转化技术，因此组成“教学模块1”；而“沼气工程”“燃料乙醇”和“生物质制氢”章节均为以生物化学类转化为主，因此形成“教学模块2”，同时在教学内容上增添相关前沿进展介绍和学院学术动态发展，设置相应的实践内容，如“如何让蔬菜废弃物‘燃’起来？”“让汽车喝酒可行吗？”等，充分调动学生们学习的兴趣和积极性。

除此以外，通过大量的调研考证，去除学生通过自我学习就能掌握的知识点以及繁杂的数理计算推导等；同时要求教师借助互联网资源和学校丰富的图书馆电子资源，以及大量的教研会议和工程项目经验等，不断地对教学内容进行更新、补充和延伸，及时将最新的科研进展和工程实施案例放入教案中，丰富课程实践内容。

2.2 翻转课堂，自主学习

采用“翻转课堂+自主学习”的教学方式，引导学生主动思考、大胆假设、提出问题、解决问题，提高学生的创新能力和发散思维能力[5]。（1）自主学习能力的培养。利用本课程300 min 的短视频教学资源以及各大在线课程平台、国内外数据库等资源，调动学生积极性，教授学生查找专业资料的途径和阅读科技文献的方法，特别是在阅读文献方面勤加练习，为今后从事科研工作或学历晋升打下基础。（2）自主学习过程的辅导和监督。学习过程中每个小组可以自行提出问题，进行专题研究，也可根据教师提供的选题，选择感兴趣的专题进行自主学习。学习过程中需要随时进行师生交流，既可以避免不必要的弯路，也可以对学生的自主学习起到监督的作用。同时教师需要对学习过程中出现的各种问题进行及时辅导，但不能过度干预，以免让学生产生不信任感。（3）自主学习成果的展示与评价。小组自主学习成果需要进行展示，展示的方式灵活多样。如可以做报告，由每个小组推选一名代表报告展示本组主要学习结果；录制视频或者制作动画，发送至班级平台进行展示；做成海报、墙报等张贴展示；根据需要制作出实物模型进行演示。教师可根据报告主题邀请从事相关领域研究的专家对本课程学生学习成果进行专业客观的评价。

2.3 过程性评价，多维度考核

基于“翻转课堂+自主学习”的教学模式，本团队建立了“五维考核评价体系”。（1）考核过程全程化：考核分课堂出勤、社会实践报告、章节小测验、期中和期末五部分，科学合理地贯穿于整个教学环节。（2）考核内容综合化：考核内容涵盖课堂表现、学科前沿、基础知识、应用知识探究解决实际问题以及团队合作能力等。（3）考核形式多样化：平时作业包括文献阅读、调研报告、实践总结、参赛报告、课堂汇报和课程感悟等多种形式。（4）评价主体多元化：鼓励学生参与课程考核评价，开展学生自评、互评；结合行业导师和参赛评委的评价，给予加分鼓励。（5）评分标准规范化：针对不同类型的作业考核方式，分别制定对应评价标准，指导学生有针对性地完成作业及互评，充分发挥课程考核导向作用。

3 教学改革成效

3.1 学生内生学习动力大幅提高

2020—2022 年，学院“创业大赛”“互联网+”和科技竞赛等活动的参赛率在75%以上，获奖项目10 余项，其中国家级5 项，省部级5 项；学生实践创造能力明显提升，部分自主创业项目至今运行良好。

3.2 实现了理论与实践、虚拟与实操双结合，课堂效率显著提高

通过优质线上资源库的建设，实现线上线下混合和课堂翻转，促进理论讲授与实践操作的有机结合；通过虚拟仿真课程资源库的建设，将实践课程讲授过程中的虚拟和现实有机结合，有效提升了教学质量，充实了课程资源，提高了课堂效率。

3.3 课程内容拓展，学生专业素养能力大幅提升

结合云南地方特色，服务生态文明建设，融合科研成果和国际合作经验，将工程建设经验以案例形式引入课程内容和实践内容，突出技术转化经验，强化学生专业动手能力，培养能够服务地方经济发展的专门人才。

4 结语

在能源危机和环境问题日益严重的情况下，生物质能转化技术的开发与应用已成为世界重要课题之一，受到全球的关注。在“双碳”目标背景下，我国生物质能的开发和利用逐年增加。“生物质能工程”课程为生物质能的大力发展培养掌握专业知识生力军，具有重要的战略意义。为了提高教学效果，本文从教学内容、教学方法与考核等几个方面进行思考、改革及创新，希望为新时代背景下新能源科学类专业建设提供一些有益的参考。