适应国际能源转型新形势的能源动力类专业课程教学改革探索

摘  要：该文以能源动力类专业基础课为例，探究适应国际能源转型新形势的能源动力类专业课程改革新模式。通过调研清洁低碳能源利用过程中涉及的最新基础资料，形成完整的调研报告，为丰富课程的教学内容提供基础资料，保持课程内容与时俱进；紧跟国际能源转型新形势，重构教学内容，升级课程教学PPT；通过基于工程案例导入的翻转课堂教学实践，以问题为导向的问题分析与解决实训，基于能源转型系列前沿讲座的课程国际化建设实践，创新教学方法；最后，通过工程热力学课堂示范，探索适应国际能源转型需求的能源动力类专业人才培养新模式，实现人才培养、国家需求和理论创新的全面协同创新。

关键词：能源转型；教学改革；国际化建设；全面协同；人才培养

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）25-0143-04

Abstract： This paper takes the basic courses of Energy and Power major as an example to explore a new model of teaching reform to adapt to the new situation of international energy transformation. The investigation started with surveying the latest basic information involved in the process of clean and low-carbon energy utilization and writing a comprehensive research report， which provides basic materials for enriching the teaching content of courses and keeping the course contents up to date; then， the investigation reconstructs the teaching contents and upgrades the course teaching PPT with the consideration of keeping abreast of the new situation of international energy transformation; after that， we innovate the teaching method by teaching practice of flipped classroom based on project case introduction， by problem-oriented problem analysis and solution training， by teaching practice of course internationalization based on a series of cutting-edge lectures on energy transformation; finally， a new model of teaching reform to adapt to the new situation of international energy transformation is explored based on class demonstration of Engineering Thermodynamics， aiming to achieve collaborative innovation of talent training， national demand and theoretical innovation.

Keywords： energy transformation; teaching reform; internationalization; comprehensive collaboration; talent training

《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》于2021年发布[1]，到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平；到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80%以上。实现碳达峰碳中和，是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，对加强新时代各类人才培养提出了新要求。为贯彻《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案》（国发〔2021〕23号）精神，推进高等教育高质量体系建设，提高碳达峰碳中和相关专业人才培养质量，2022年，教育部印发了《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》[2]，并列出了九条重点任务，包括：①加强绿色低碳教育；②打造高水平科技攻关平台；③加快紧缺人才培养；④促进传统专业转型升级；⑤深化产教融合协同育人；⑥深入开展改革试点；⑦加强高水平教师队伍建设；⑧加大教学资源建设力度；⑨加强国际交流与合作。可见，“双碳”目标对碳达峰碳中和相关专业人才培养带来了新挑战也提出了新要求。

随着对清洁低碳能源重视的不断增强，人们在能源种类的开发上也逐渐从传统的化石能源转向可再生能源，清洁低碳已成为全球能源转型发展的必然趋势。能源转型进入新阶段，必将带来能源生产方式、消费观念和社会生态的变化，“清洁主导、电为主体”的能源格局是发展的方向和趋势[3]。新产业、新业态、新技术的发展，让能源动力类专业的大学生面临前所未有的机遇和挑战。因此，探索适应国际能源转型新形势的能源动力类专业课程教学改革模式，是“双碳”背景下能源动力类专业人才培养的新课题。

一  能源动力类专业课程面临的现状分析

能源结构发生转型对教育来说是一把双刃剑，给能源动力类专业的大学生带来了难以预估的机遇和挑战，新的能源结构形式对教育培养提出了更高的要求。因此，能源动力类专业应及早适应能源转型新形势，如何培养学生从能源生产方式、消费观念和社会生态等方面认识世界能源格局，适应国际能源转型大趋势下对本专业人才培养的新要求，使学生掌握先进动力循环、节能技术、信息技术、智能控制技术和创新思维，提升国际化视野，将是专业课程教学所面临的新挑战和新机遇。

为适应能源转型新要求，须进一步拓展专业布局、升级基础和通用学科。以工程热力学专业基础课为例，当前存在以下两个突出问题：①教学内容陈旧，当前的教学内容均以煤、石油、天然气等传统化石能源的利用为前提，涉及到的数据、系统、工艺和设备等较为陈旧，对太阳能、风能、地热能等清洁低碳能源的利用涉及较少，对清洁低碳能源利用过程涉及的热点方向如分布式能源、先进动力循环、储能技术、碳捕获储存和利用技术、氢能技术、智能控制和大数据分析更是提及甚少，导致教学内容与能源转型新形势脱离，不能很好地培养学生适应国际能源转型大趋势下对本专业基础科学知识的要求；②教学模式单一，以老师讲、学生听为主，再加上课程理论知识抽象，难以理解，不能使学生积极主动地参与到课堂中来，融入感较低，使得学生在上课过程中，缺少独立思考的空间，不利于培养学生发现问题和解决问题的能力；然而清洁低碳能源在利用过程中涉及的相关数据、系统、工艺和设备等革新快，学生要实时掌握国际最新前沿和发展趋势，就需要有发现问题和解决问题的能力；此外，课程国际化建设水平不高，学生国际视野不开拓，创新思维能力有待进一步提升。因此，亟需重构教学内容，升级教学设计，创新教学方法。

本文以能源动力类专业基础课工程热力学为例，探究适应国际能源转型新形势的能源动力类专业课程改革新模式。通过调研清洁低碳能源利用过程中涉及的最新基础资料，形成完整的调研报告，为丰富课程的教学内容提供基础资料，保持课程内容与时俱进；紧跟国际能源转型新形势，重构教学内容，升级课程教学PPT；通过基于工程案例导入的翻转课堂教学实践，以工程问题为导向的问题分析与实训，基于能源转型系列前沿讲座的课程国际化建设实践，创新教学方法；最后，通过课堂示范，探索适应国际能源转型需求的能源动力类专业人才培养新模式，实现人才培养、国家需求和理论创新的全面协同创新。通过实践，对能源动力类专业课程教学改革提出了几点思考，也为课程改革提出了一些可供参考的建议。

二  能源动力类专业课程教学改革新模式探索

本文进行国际能源转型新形势下一流本科人才培养的教学改革探索，项目紧跟国家重大需求，结合国际、国内能源转型新形势，从能源动力类专业人才培养的新要求出发，以专业基础课程为切入点，探索适应国际能源转型需求的能源动力类专业人才培养新模式，旨在实现人才培养、国家需求和理论创新的全面协同创新。

（一）  调研清洁低碳能源利用过程中涉及的最新基础资料

研究全球能源新形势，分析能源转型对各行业的变革要求。调研分析国内外各相关组织能源转型报告、国内外清洁低碳能源方面的研究现状、社会生活各方面清洁低碳能源的应用情况、国民经济各行业清洁低碳能源的应用情况等，分析清洁低碳能源在应用过程中存在的热点问题、难点问题以及成功的典型案例，获得能源转型对各行业的变革要求，总结能源转型对能源动力类专业人才培养带来的机遇和挑战。通过调研发现，2020年全球受新冠感染疫情的影响导致碳排放显著下降只是暂时的，2021年能源消费的碳排放量同比增加5.9%；全球仍处于碳增长周期且要摆脱对化石能源的依赖依然比较困难，但全球对二次能源的投入力度也在大幅增加[3]。BP首席经济师Spencer Dale指出：“实现快速深度脱碳所需的低碳能源和技术目前已经存在——风能和太阳能、生物燃料、蓝氢和绿氢、CCUS（碳捕获、使用和储存，以及二氧化碳去除）。我们面临的挑战是如何以前所未有的速度和规模应用它们”[4]。因为，能源动力类专业要着手培养低碳能源和技术领域的人才。

针对能源转型对能源动力类专业人才培养带来的机遇和挑战，选取具有代表性的企业、科研院所、高校等单位，通过走访调研，对太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能和绿色循环新系统等方面的发展和应用现状进行调研，分析总结先进的技术手段、系统设计、先进动力循环、智能控制和绿色循环系统等相关资料，收集典型成功案例和最新基础数据，并形成了完整的调研报告，为能源动力类专业课程教学内容的升级提供最新基础资料。调研过程以及报告撰写过程，让学生能参与其中，为学生提供了走进相关企业、科研院所的机会，加深学生对工艺、系统、部件的感性认识，有助于学生更深层次掌握基础知识，也提升了学生分析问题、解决问题、总结分析的能力。本文的主要创新点体现在：①首次探索适应国际能源转型新形势的能源与动力工程专业课程改革新模式；②以大量的调研结果和科学研究成果为基础，纳入新内容、典型案例、引进优质MOOC资源和共享国外教学资源等多方面重构能动类专业课程教学内容；③进行了基于热力学工程案例和问题导入的翻转课堂教学实践；④邀请国外知名专家开展能源转型系列前沿讲座，拓展学生的国际化视野，推动课程的国际化建设。

（二）  紧跟国际能源转型新形势重构能源动力类专业课程教学内容

基于上述调研分析，紧跟国际能源转型新形势，重构能源动力类专业课程教学内容，升级课程教学PPT：纳入新数据、新系统、新工艺和新设备等内容，引用清洁低碳方面的最新文献资料，升级课程的工程实例与典型成功案例；引进国内外优质MOOC课程资源，丰富学习资源。同时，在上述教学内容升级过程中，让学生积极参与其中，在部分教学内容上，可安排学生依据自身兴趣设计翻转课堂教学模式，这样从调研分析、教学内容设计、课堂教学等全过程让学生参与，可进一步提升学生的课堂参与度以及对知识的理解度。