新工科与“双碳”背景下生物质能源转化与利用技术课程教学改革
刘丽娜 漆新华 孙妍 鲁金凤 于宏兵 孙红文
摘 要：基于新工科建设的特点和内涵，多学科交叉融合、彼此渗透成为环境类专业课程建设和改革的趋势。在“碳达峰”和“碳中和”大背景下，生物质转化与利用技术是实现“双碳”目标的有效途径。基于此，文章探讨了目前生物质能源转化与利用技术课程面临的挑战，提出了将新工科和“双碳”理念融入本科生课程理论体系的教学模式和教学方法，旨在激发学生兴趣、挖掘学生潜力，培养具有创新和实践能力的“新能源”“新材料”“节能环保”多领域交叉型高素质人才。
关键词：新工科;碳中和;多学科交叉;课程改革
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）S1-0121-03
Abstract：
Based on the characteristics and connotation of new engineering， the interdisciplinary integration and mutual infiltration become the trend of the curriculum construction and reform of environmental majors. Based on the background of carbon peak and carbon neutral， biomass conversion and utilization technology is an effective way to achieve double carbon goal. This paper discusses the current challenges of the course Biomass Energy Conversion and Utilization Technology， and proposes the teaching mode and method that integrates the new engineering and dual carbon concepts into the theoretical system of undergraduate courses. It aims to stimulate students" interest and excavate their potential， as well as to cultivate high-quality talents with innovative and practical abilities in the fields of new energy， new materials and energy conservation and environmental protection.
Keywords：
new engineering; carbon neutrality; interdisciplinary integration; curriculum reform
一、生物質能利用在实现“双碳”目标中的意义
我国的能源结构长期依赖煤炭、石油、天然气等传统化石能源。随着我国工业化、城镇化和现代化进程的加快，能源消耗量急剧增加，我国正面临着严重的能源危机。另一方面，大量“高碳”能源的使用导致温室气体排放量急剧增加，我国已成为世界上温室气体排放量较多的国家之一。2020年，我国提出2030年前二氧化碳排放量要力争达到峰值，2060年前努力争取实现碳中和的国家重大战略方向[1]。
生物质能作为具有“碳中和”属性的一种重要可再生能源，是仅次于煤、石油和天然气的世界第四大初级能源，具有储藏量大、来源广泛和环境影响低等特点。生物质是指来源于生活或生物体的有机物质，通常指不用于食物和饲料用途的植物或者植物性物质，也被称为木质纤维素生物质。我国生物质资源十分丰富，生物质资源年产量可超过6亿吨标煤，实际可转化为能源的也达到3亿多吨标煤。因此，大力开发生物质资源是我国改善生态环境，实现可持续发展和完成“碳达峰”“碳中和”目标的重要途径之一。
二、课程培养模式改革
（一）教学内容改革
在新工科背景下，首先确定本课程在整个专业课程体系中的定位和作用，再根据课程目标和要求进行课程内容的设计。本课程内容涉及环境、能源、化学和材料等学科知识，具有多学科知识交叉的典型特点，涉及内容范围广泛[2-3]。在国家“碳达峰”和“碳中和”战略大背景下，本课程内容应该将生物质能利用过程中所涉及的碳减排新理论与新技术进行及时地更新与补充，让学生理解并掌握生物质能源转化利用与“碳减排”之间的关系，了解生物质能源转化与利用过程最新的技术和相关领域的最新研究进展，从而对本课程内容有更全面的认识，为培养适应时代发展需求的人才打下基础。
以基于成果产出为导向的Outcome based education （OBE）理念为指导，通过反向设计及时调整，丰富课程教学内容。同时，基于新工科建设对学科和课程建设的要求，融入更多侧重于实用性、交叉性和综合性的课程内容。通过环境、化学、能源、材料等多学科交叉知识的介绍，梳理不同学科知识在生物质能利用领域的交叉点，建立课程体系的逻辑结构，与化学、能源、材料等多学科建立起联系，拓宽环境类学生在化学、能源、材料等领域的视野，提高学生对本课程的学习兴趣和喜爱度，培养更多掌握生物质能利用技术和“碳减排”技术的人才[4-5]。
（二）科研反哺教学
为有效实施OBE培养理念下学生自主学习能力的提升，给学生更大的提升空间，在传授专业知识的同时，通过生物质能源化利用相关领域的基金项目、科学前沿文献等多种途径，完善和丰富课程内容。增加实际案例内容，通过案例分析和生物质利用相关的时政新闻等为切入点，在增加知识趣味性的同时，拓宽理论知识点，加深同学对知识的理解。课堂教学的时间有限，可以充分挖掘学生的课外科研时间。依托学院的生物质资源化，利用国家地方联合工程研究中心、天津市生物质类固废资源化技术工程中心的科研资源，在课堂下为学生提供生物质能源化利用与转化的学习和沟通平台。
（三）课程思政元素融入教学
注重课堂上与学生的思想交流。课堂教学阶段是教师和学生面对面直接交流的阶段，也是课程思政的最有效时间。本课程的许多知识点与时政热点等都有天然的联系。例如在讲述生物质“碳中性”特点、生物质能利用碳循環、生物质气化焦油和CO2等多污染物协同脱除时，可以联系巴黎气候协定，进一步阐述低碳技术与“碳减排”的意义，同时介绍我国目前在低碳技术方面的现有发展水平，增强学生的民族自信心和自豪感。另外，在课件的制作过程中，可以有意识地选择一些体现国家发展的背景素材等。
针对学生需求，把握学生特点。当前的学生见识广泛，思维活跃，有独立思考精神，更关心的是比较实际的问题。但是，他们也有理想主义的一面，也会关心“诗与远方”。这个时候，需要教师主动去了解学生的需求，探索新的教学途径，总结经验，加强交流。通过把一些当前学生比较容易接受的语言和素材作为教学的载体，引导学生关注环境、社会、国家。
结合实例使学生能够认识到学好本课程会给未来社会、环境带来积极的影响，如何做到生物质能源的高效利用与转化以及实现环保事业的可持续发展;培养学生热爱课程、热爱专业、热爱学校及爱国主义精神，讲述当前国家政策中跟生态文明建设、环保产业与装备等相关的政策和法规，传递科技报国理想，进行爱国主义教育。培养学生在科学研究中认真钻研、不断进取的精神，让学生明白实践出真知[6]。
让学生了解本课程与当前环境类课程等主流课程的相关性与交叉性，了解生物质资源化利用的现状与发展趋势，建设学生真心喜爱、终身受益、充满“思政元素”的专业课。结合课程现状与特色，鼓励学生投身我国环境保护事业，在科学研究和工作中不断探索和进步，为我国生态文明建设做出贡献，培养学生的科学精神和情怀[7]。
三、课程考核方式改革
（一）评价体系多元化
在考核理念上，考核形式采用多阶段（平时测试、作业测试、课外阅读和期末测试等）和多种类型相结合的考核方式，强化学生课外学习、职业素养、职业道德、课堂表现及思想政治表现等成绩的比重。从全面培养学生的科学素养和提高“思政修养”角度出发，建立评价主体多元、评价内容全面、评价方式多样的评价体系，将在科学教育过程中促进中学生的发展和教师能力的提高，有效地改进教学， 以保证课程的有效实施。
在考试方式的改革上，减少期末考试在整个成绩评定中的权重，将平时多项成绩以不同权重纳入总成绩。这种考试方式不仅可引导学生在课外大量阅读相关文献，同时还可提高学生的自学能力和表达能力。根据学生的学习态度、表达能力、合作能力等制定出严格的评分标准并给予量化。这种成绩评定模式既能全面、客观地评价学生学习成绩，又有利于学生素质和能力的全面提高。
（二）构建学生自主评价体系
在基础理论教学环节之外，基于OBE培养理念还设置了学生的自主学习模块。此模块依托于学院不同的科研团队，针对本课程基础知识相关领域的前沿热点研究方向，设置不同的研究题目，供同学们课后线下交流与互动，并以小组研讨的形式给出分数，作为平时成绩的参考。此外，鼓励学生参加节能减排竞赛、大学生创新创业项目等学术科技活动，供学生自主选择，自主评价。
四、结束语
在世界能源紧张和“碳达峰”和“碳中和”战略下，人们更关注具有碳中和属性的可再生能源——生物质能的利用。尤其是京津冀及周边地区，由于结构性污染突出，污染过程多发，对掌握新能源和可再生能源利用的高端人才需求更大。生物质能源转化与利用技术课程在新工科和“双碳”背景下，立足“京津冀协同发展”等国家重大战略对此方向新型人才的需求现状，基于OBE培养理念，科学定位课程对人才培养目标的支撑，合理构建理论课程教学体系和基于“工程能力和创新能力”的多元化教学体系。本课程体系改革方案可以为其他高校后续新增此课程或修订现有课程的教学方案提供参考。
参考文献：
[1]郭得锋，杨凤叶，胡卫星.碳中和背景下能动专业的教学改革[J].决策探索（中），2020（12）：95.
[2]李树生，康宝涛，叶晨，等.新工科背景下《功能高分子》课程教学改革[J].高分子通报，2021（10）：102-105.
[3]宋亚坤，刘军辉，勾明雷，等.新工科背景下《工业催化》课程改革与实践[J].广州化工，2021，49（18）：154-155.
[4]陈婷，郭春显，谷雨，等.新工科背景下材料工程基础课程改革研究[J].科教文汇（中旬刊），2021（9）：98-100.
[5]田金磊，牛志强，陈军.新工科背景下南开大学应用化学专业建设[J].化学教育（中英文），2021，42（18）：61-65.
[6]胡芬.德育原理课程思政建设的探索与思考[J].教育观察，2021，10（45）：105-107.
[7]张东霞，高建静，姚瑞娟，等.“立德树人”理念下《工程化学》课程思政教学探索与实践[J].轻工科技，2021，37（12）：148-149.
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