工程教育专业认证背景下可再生及清洁能源技术教学改革探索

闫 飞，王茹洁，李 明，李 萍

(华北电力大学 环境科学与工程系，河北省燃煤电站烟气多污染物协同控制重点实验室，河北 保定 071003)

工程教育专业认证目前已有数百年历史，是实现国际教育互认的重要途径。我国工程教育认证在课程体系设置、师资队伍建设以及办学条件等方面围绕着学生这一中心展开，第一受益者为学生，并且通过持续改进建设，逐渐完善教育体系。

环境工程专业作为华北电力大学的老牌专业，于2019年通过了工程教育认证。为更好地服务“双碳”目标，开设可再生及清洁能源技术课程，对学生视野的开阔，复合人才的培养具有重要意义。

1 可再生及清洁能源技术课程教学现状

课程特点：①内容繁多，学时较少。可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、小水电能、潮汐能、波浪能、地热能和氢能，而清洁能源技术又包括储能技术和燃料电池技术。而储能技术又可以细分为飞轮储能、铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池、空气电池和超级电容器等。燃料电池又包括5类：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池。课程内容覆盖面较大，而课程设置通常为32学时，致使学生只能形成浅显认知，无法深入了解和掌握，给教学质量带来极大的考验。②课程内容更新较快。目前，可再生能源的利用已成为当今研究的热点和重点，国内外学者对此争先研究，同时研究成果持续在国内外期刊进行报道。因此在课程内容中需要不断地更新，比如储能技术，随着“双碳”目标的提出，研究者纷纷在空气电池基础上研究二氧化碳电池并取得一定成果，高水平论文不断涌出，因此，在后续的课程中需要不断更新内容，将二氧化碳电池的成果也要和学生进行讲授。此外，随着科研人员的深入研究，“十三五”规划中提到的待解决问题到“十四五”期间已找到解决方案，因此课程内容也要逐渐更新，将新的待解决问题涵盖进去。

教学方法和评价体系：该课程教学过程中普遍采用教师课堂授课的方法，该方法常使学生会感到枯燥，如果大量加入视频或动画元素会使课程内容较少，无法全面介绍。因此陷入两难境地，亟需对此方法进行改革。

在现有评价体系中，仍然以传统命题为主，题型包括填空题、选择题、判断题、简答题等题型，问答千篇一律，学生仅仅靠应试记住知识点而无法形成长期记忆，无法在脑中构建思维导图。因此无法使学生深入了解课程内容，无法进行开放思考。

2 可再生及清洁能源技术课程教学改革

2.1 精心组织教学内容

在当前32学时的教学时间内无法对所有的可再生能源和清洁能源技术进行深入而又全面的介绍。因此教师可结合自身的研究方向，比如笔者是做燃料电池研究的，在课程中对氢能可再生能源以及燃料电池清洁能源技术进行详细介绍，除教材中介绍的内容以外，还在课程中加入科研相关工作，如固体氧化物燃料电池电极材料研究进展、固体氧化物电解池技术电解水/二氧化碳电极材料及相关原理和技术，讲述了电极设计的依据和评判标准。在授课过程中发现学生对于此部分内容非常感兴趣，听课积极性提高，这主要是由于环境工程专业大部分学生要继续深造，因此对于科研部分相对感兴趣，可以为未来科研工作提供相关经验。

除了课堂授课外，还可组织学生去实验室参观，为学生演示相关实验，如燃料电池性能测试实验、电解池电解水/二氧化碳、锂离子电池性能测试等相关实验，让学生更加直观深入地了解氢能、燃料电池技术和储能技术，不仅仅局限于理论教学，为国家培养复合型人才。

2.2 增强课堂互动

通过课堂派系统对学生进行随机提问、设置投票、课上答题等环节，学生可以在授课期间发送弹幕，对讲解内容进行提问或点评，提高学生参与性，通过互动的形式激发学生的学习兴趣。由于可再生及清洁能源技术是一门专业选修课，因此这种互动形式不会造成课堂混乱，是相对可控的，学生的学习兴致相对较高，通过互动可强化学生记忆，加深学生对课程的学习和认知，是一种良性循环。

在课堂上采用启发式教学方式，引入案例或者组织学生自行设计，提高学生的参与性。比如在对小水电能的建筑物和建站型式进行讲解时，传统授课方式是给学生讲解建筑物有哪些，包括厂房、拦河坝、引水口及进水闸、引水渠道、前池、压力水管及其他建筑物。而在启发式教学中，可让学生自行设计小水电能的建站型式和建筑物，逐渐引导学生搭建并设计一套小水电发电系统，增强学生的互动性和参与性，让学生在设计的同时加深对小水电能的印象，真正实现工程教育专业认证所要求的以学生为中心。再比如介绍单库单向型潮汐电站时，可让学生自行模拟设计电站运行时的各种工况，真正使学生理解并掌握潮汐电站的发电原理和运行过程。

2.3 翻转课堂设计

通过设疑、研讨、翻转课堂的方法引导学生自行查阅相关文献和资料，利用所学知识对问题进行解答，形成独立思考、掌握查阅研究材料、汇总和调研相关技能。该方法可真正地做到以学生为中心，培养学生专业素养。作为一种新兴的教学方式，该方法首次由美国中学教师提出，通过将教学内容提前录制成视频或者制作成微课让学生在课前提前观看，通过课中辅导的方式，将授课形式从先教后学变成先学后教，这种教学模式即为翻转课堂。该方法有利于学生的自我成长，通过教学形式的改变，使上课形式由教师主讲变成以学生为主，学生的角色由被动变为主动，增强学生的积极性和学习兴趣。

2.4 优化考核方式

考核过程对教学质量的评判具有重要的影响，传统考核方式主要是通过考试这一传统模式心境，该方法限制了学生的学习和创新能力。对于可再生及清洁能源技术这门专业选修课，可有两种途径对学生进行考核，充分体现以学生为中心。①选修该专业课的学生为环工专业大三学生，专业知识掌握较多，可采用小组考核机制对课程进行考核。在教学中采用学习小组，制作课程学习的相关报告，并选派一名代表在课堂上进行答辩，汇报结束后，教师和其他小组成员可对其进行提问，组内成员对问题进行解答，教师和其他小组成员对该小组情况进行打分。该方法可培养学生团队协作精神，同时调动学生学习的积极性。②可通过结课论文的形式对学生课程学习情况进行考核，该方式不设标准答案，学生可以根据自身的兴趣和创新意识进行论文书写，通过调研资料、整合资源，提高学生文字表达和解决问题的能力，通过该方法可以了解学生的兴趣所在。该方法已针对2017级学生进行首次实施，设立论文范围为介绍一种可再生能源和清洁能源技术，通过汇总发现，有近三分之一的学生针对风能相关技术进行调研并汇报，说明学生对当今热门的风能技术很感兴趣，在后续的讲课中可多多加入风能技术相关知识，调动学生的积极性。

3 结语

传统教学主要通过教师课上讲授，学生学习为主，考核方式也主要以命题考试为主。而工程教育认证提倡以学生为中心，基于该认证体系对可再生及清洁能源技术课程进行教学改革，从教学内容、教学形式和考核方式等多方面进行优化，真正做到以学生为中心，调动学生学习的积极性和主动性，为国家培养复合型人才。