李東方 祝星 李舟航 王霜

［摘 要］ 在能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型的背景下，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才至關(guān)重要。針對支撐畢業(yè)要求的重要基礎(chǔ)課程“能源化學(xué)”，遵循OBE理念反向設(shè)計課程教學(xué)目標，并在授課過程中，根據(jù)課程特征，強化學(xué)科間基礎(chǔ)理論的交叉，重視理論與工程應(yīng)用的有機融合，結(jié)合科技及產(chǎn)業(yè)前沿，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。豐富教學(xué)手段和考核方法，多采用開放式課堂，引導(dǎo)學(xué)生積極進行獨立思考；同時，注重科研的引領(lǐng)作用，突出課程思政的德育效果，提升學(xué)生的綜合能力，為能源產(chǎn)業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型服務(wù)。

［關(guān)鍵詞］ 能源化學(xué)；創(chuàng)新思維；OBE理念；綠色低碳轉(zhuǎn)型

［基金項目］ 2022年度云南省教育廳課程思政教改項目“‘工程熱力學(xué)思政教育—科研訓(xùn)練—學(xué)科競賽互動模式的創(chuàng)建與實施”（9200246801745540192）；2023年度中國高等教育學(xué)會高等教育科學(xué)研究規(guī)劃課題“能源動力類‘一帶一路新工科虛擬教研室建設(shè)研究”（23WL0401）；2023年度云南省教育廳本科教育教學(xué)改革項目“‘雙碳背景下能源動力類專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索與構(gòu)建”（JG2023013）

［作者簡介］ 李東方（1984—），男，河南新鄉(xiāng)人，博士，昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院特聘教授，主要從事能源與動力工程研究；祝 星（1984—），男，湖北黃岡人，博士，昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院教授（通信作者），主要從事能源與動力工程研究；李舟航（1988—），男（回族），云南宣威人，博士，昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院教授，主要從事能源與動力工程研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2024）01-0133-04［收稿日期］ 2023-09-14

能源產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要基石，同時也是國家安全的關(guān)鍵保障。隨著我國“雙碳”戰(zhàn)略的持續(xù)推進，能源產(chǎn)業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型進一步加速，并取得了舉世矚目的成就。2022年，全國累計發(fā)電裝機容量約25.6億千瓦；其中，水電、風(fēng)電、光伏的總裝機容量占比超過45%［1］。且全國新增發(fā)電量中，風(fēng)電和光伏發(fā)電量占比55%以上，首次超過傳統(tǒng)能源，使得綠色能源在存量與增量兩方面都成為與傳統(tǒng)能源旗鼓相當(dāng)?shù)闹匾黧w。然而，較之于發(fā)達國家，我國能源結(jié)構(gòu)對傳統(tǒng)化石能源的依存度過高，能源產(chǎn)業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型進程相對較慢，綠色能源技術(shù)發(fā)展水平與我國在《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中提出的可再生能源“大規(guī)模、高比例、市場化、高質(zhì)量”的發(fā)展要求存在較大的差距。較之于能源產(chǎn)業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型對高端人才的需求，能源領(lǐng)域的人才培養(yǎng)在質(zhì)量和數(shù)量上均存在巨大缺口。在這樣的背景下，充分發(fā)揮高校在人才培養(yǎng)中的主體作用，強調(diào)高校相關(guān)專業(yè)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)已經(jīng)迫在眉睫，此舉也是面向能源產(chǎn)業(yè)乃至整個社會綠色低碳轉(zhuǎn)型的長遠之策。

昆明理工大學(xué)能源與動力工程專業(yè)作為我國西南地區(qū)能源領(lǐng)域重要的人才培養(yǎng)基地之一，擁有動力工程及工程熱物理一級學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點、國家和省級博士后科研流動站以及能源動力博士專業(yè)學(xué)位授權(quán)點，建立了完整的本碩博人才培養(yǎng)體系［2］。同時，組建了教育部“能源動力類專業(yè)新工科建設(shè)改革虛擬教研室”和工信部“綠色能源—校企協(xié)同就業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新示范實踐基地”等高水平教育平臺，涌現(xiàn)出“全國高校黃大年式教師團隊”“全國創(chuàng)新爭先獎狀獲獎?wù)摺钡葍?yōu)秀教師代表。專業(yè)堅持科研引領(lǐng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教育特色，為我國能源行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和國家重大能源工程輸出了大批優(yōu)質(zhì)人才，在地方高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中起到了良好的示范作用。此外，專業(yè)積極探索并實踐產(chǎn)出導(dǎo)向教育（Outcome-based Education， OBE）的人才培養(yǎng)模式，以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)成果為目標導(dǎo)向，對應(yīng)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，構(gòu)建并持續(xù)優(yōu)化課程體系，做出了大量有益探索。2022年，能源與動力工程專業(yè)通過了中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會的工程教育專業(yè)認證評估，標志著OBE人才培養(yǎng)模式的實踐取得階段性成果。

“能源化學(xué)”課程是OBE人才培養(yǎng)模式下課程體系的重要組成部分，主要講授能源領(lǐng)域的基礎(chǔ)化學(xué)知識及其工程應(yīng)用，介紹能源化學(xué)在化石能源、太陽能、風(fēng)能、核能、氫能、生物質(zhì)能等諸多領(lǐng)域的研究現(xiàn)況及發(fā)展前景，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)能源與動力工程專業(yè)知識、分析及解決相應(yīng)工程問題提供理論基礎(chǔ)。課程注重培養(yǎng)學(xué)生對能源領(lǐng)域工程問題的表述及分析能力，并激發(fā)學(xué)生作為能源人的使命感與責(zé)任感。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，“能源化學(xué)”具有明顯的交叉性、創(chuàng)新性，且工程特色鮮明［3］。在授課過程中，針對能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型的宏大命題，依據(jù)OBE理念，緊密圍繞畢業(yè)要求制訂教學(xué)目標，有機融合理論基礎(chǔ)和工程實例，結(jié)合快速發(fā)展的科技前沿，強調(diào)創(chuàng)新性思維，豐富教學(xué)手段和考核方法，實現(xiàn)了較好的成果。

一、基于OBE理念的課程教學(xué)目標設(shè)計

昆明理工大學(xué)能源與動力工程專業(yè)以學(xué)校人才培養(yǎng)定位和社會經(jīng)濟發(fā)展需要為基準，制定了本專業(yè)的培養(yǎng)目標，并參考工程教育認證通用標準，形成了全面支撐培養(yǎng)目標的12項畢業(yè)要求；依據(jù)基礎(chǔ)知識、應(yīng)用能力、解決問題能力三個層次，進一步將畢業(yè)要求細化為37個具體的、可衡量的觀測點，并對每個觀測點設(shè)計相應(yīng)的課程與教學(xué)環(huán)節(jié)給予支撐?！澳茉椿瘜W(xué)”課程所支撐的畢業(yè)要求觀測點共有三個，分別為：（1）能將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的語言工具用于能源與動力工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的表述；（2）能夠根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案；（3）能分析和評價能源與動力工程專業(yè)工程實踐對社會、健康、安全、法律、文化的影響，以及這些制約因素對項目實施的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。在三項畢業(yè)要求觀測點中，觀測點（1）強調(diào)基礎(chǔ)工程知識及工程問題表述能力；在我國綠色低碳轉(zhuǎn)型的背景下，學(xué)生不僅要掌握傳統(tǒng)常規(guī)能源相關(guān)的基礎(chǔ)化學(xué)及工程知識，還要明晰光催化、光電利用、核化學(xué)等基礎(chǔ)理論及其工程應(yīng)用，并能夠科學(xué)地描述能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況、技術(shù)發(fā)展趨勢及面臨的瓶頸。觀測點（2）注重培養(yǎng)學(xué)生工程問題分析及研究能力，使之了解包括化石能源及新能源領(lǐng)域在內(nèi)的各領(lǐng)域研究前沿；結(jié)合我國的“雙碳”戰(zhàn)略，了解碳捕集、利用與封存（Carbon Capture， Utilization and Storage， CCUS）技術(shù)，并能夠有針對性地進行分析研究。觀測點（3）則強調(diào)學(xué)生作為能源人的使命感與責(zé)任感，要求學(xué)生熟悉人類能源利用技術(shù)水平的發(fā)展過程及其對社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、國家安全、國民健康的多重影響，認識能源綠色低碳轉(zhuǎn)型命題對人類社會的巨大責(zé)任與挑戰(zhàn)。

針對以上三項畢業(yè)要求觀測點，設(shè)計了“能源化學(xué)”課程的三個教學(xué)目標，分別為：（1）了解焓、熵、吉布斯自由能、反應(yīng)速率等概念，理解熱力學(xué)第一定律和第二定律，熟悉化學(xué)反應(yīng)的影響因素及重要參數(shù)，能夠認識并準確描述化學(xué)理論在能源轉(zhuǎn)換過程及能源系統(tǒng)中的作用及其重要性；（2）了解不同能源系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換原理及過程，認識不同能源系統(tǒng)中的主要化學(xué)反應(yīng)及其特征，知曉代表性能源轉(zhuǎn)換設(shè)備及其特征，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展前景，結(jié)合文獻了解并分析碳減排策略及技術(shù)；（3）認識能源對社會經(jīng)濟發(fā)展的重要作用，了解各類型能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換及儲能系統(tǒng)中的主要環(huán)境因素及安全因素，理解污染物產(chǎn)生的來源及其控制策略與技術(shù)，熟悉能源系統(tǒng)的溫室氣體排放過程及其影響，認識能源系統(tǒng)設(shè)計及運行過程產(chǎn)生的環(huán)境和安全問題及相關(guān)的保障措施，認識能源工程對社會的影響與責(zé)任。以上教學(xué)目標是依據(jù)OBE理念開展反向設(shè)計而得出的，并深度結(jié)合了綠色低碳轉(zhuǎn)型命題，構(gòu)成了課程教學(xué)與學(xué)生知識能力結(jié)構(gòu)的相互呼應(yīng)。

二、強化創(chuàng)新思維能力

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，OBE理念要求培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來生活的能力，而創(chuàng)新思維能力恰是未來人才培養(yǎng)的重要乃至必備因素之一［4-5］?！澳茉椿瘜W(xué)”作為一門多學(xué)科融合的交叉性課程，涉及多領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展前沿，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要課程之一。在教學(xué)過程中，需要重視不同學(xué)科基礎(chǔ)理論的交叉，強調(diào)理論與工程應(yīng)用的有機融合及協(xié)同創(chuàng)新，結(jié)合綠色低碳轉(zhuǎn)型，就能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)與科技前沿以及重大議題，引導(dǎo)學(xué)生在積極調(diào)研的基礎(chǔ)上開展獨立思考，強化創(chuàng)新思維能力。

針對煤炭、石油、天然氣等化石能源的相關(guān)章節(jié)，重點講授、討論化石能源作為燃料在能源領(lǐng)域的應(yīng)用。除此之外，增加化石能源在化工、材料、冶金等領(lǐng)域的工程應(yīng)用的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合石油化工、鋼鐵等行業(yè)的工藝流程以及硅材料、有色金屬等云南省優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，介紹化石能源在合成氨、高爐煉鐵、工業(yè)硅、負極材料等領(lǐng)域的應(yīng)用；引入“原料用能”的概念，介紹可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制的政策，結(jié)合理論知識，引導(dǎo)學(xué)生分組討論，針對不同能源行業(yè)，從工藝流程和相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)知識出發(fā)，界定原料用能的范疇，并圍繞國家能源消耗總量和強度“雙控”政策以及“雙碳”戰(zhàn)略，討論“原料用能”相關(guān)政策背后國家發(fā)展改革委、國家統(tǒng)計局等有關(guān)部門對我國工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的深層考量，培養(yǎng)學(xué)生基于理論基礎(chǔ)的聚合性創(chuàng)新思維能力［6］。在新能源相關(guān)章節(jié)，介紹不同新能源技術(shù)的研究前沿及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況，結(jié)合云南省“綠色能源牌”規(guī)劃及“風(fēng)光水火儲”協(xié)同發(fā)展的技術(shù)路徑，引導(dǎo)學(xué)生積極采用演繹思維（deductive thinking）及歸納思維（inductive thinking），探討我國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展及轉(zhuǎn)型的大趨勢以及所面臨的技術(shù)瓶頸；要求學(xué)生結(jié)合文獻調(diào)研，進一步了解太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、氫能等不同領(lǐng)域的研究活動，參考國際能源署（International Energy Agency， IEA）等權(quán)威機構(gòu)對能源技術(shù)的展望，探討技術(shù)創(chuàng)新對綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要支撐作用。就化石能源、氫能、太陽能等在未來可持續(xù)能源系統(tǒng)中分別扮演的角色，引導(dǎo)學(xué)生采用頭腦風(fēng)暴的方式分組討論，并結(jié)合相關(guān)文獻（如文獻［7］、文獻［8］），交互采用聚合思維和發(fā)散思維，形成自身觀點。

針對綠色低碳轉(zhuǎn)型命題，依據(jù)OBE理念，有針對性地將創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)滲透進各個章節(jié)，并在章節(jié)間以開放式命題的形式引導(dǎo)學(xué)生對未來可持續(xù)能源結(jié)構(gòu)進行獨立思考，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新欲望。

三、豐富教學(xué)手段和考核方法

“能源化學(xué)”所涉及的知識及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域較為廣泛，且部分內(nèi)容對于大部分學(xué)生較為陌生，需要豐富教學(xué)手段以提升學(xué)生的認知和理解水平；同時，遵循OBE理念，采用多樣的考核方法，把握學(xué)生階段性學(xué)習(xí)進程，實現(xiàn)課程的持續(xù)改進。

在授課形式上，更多采用開放式課堂，強調(diào)教師與學(xué)生以及學(xué)生之間的交流和討論；在培養(yǎng)學(xué)生工程問題表述及分析能力時，要求學(xué)生充分發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力和團隊合作能力，分組完成開放式命題的調(diào)研及報告，并納入課程考核。例如，在《氫能》章節(jié)，針對氫、氨兩種在未來能源產(chǎn)業(yè)中重要的儲能介質(zhì)，要求學(xué)生明晰二者物理化學(xué)性質(zhì)的異同，引導(dǎo)學(xué)生通過文獻調(diào)研和分組討論的方式獲得各介質(zhì)的適用場景，并結(jié)合PPT口頭報告調(diào)研及討論結(jié)果。又如，包括CCUS在內(nèi)的低碳技術(shù)是教學(xué)重點之一，也是進一步激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動力、承載學(xué)生將創(chuàng)新思維付諸實踐的重要內(nèi)容，需要輔以多元的教學(xué)手段。依托冶金節(jié)能減排國家重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊等國家及省部級科研平臺，以參觀實驗室、與導(dǎo)師交流的方式深入了解科技前沿；尤其在生物質(zhì)能、氫能、光伏、CCUS、鋰電儲能等領(lǐng)域，通過了解校內(nèi)平臺的科研方向及成果，提高學(xué)生對科技前沿的認知水平，并激發(fā)其對科研的向往。以全國及云南省“大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”等學(xué)科競賽為載體，倡導(dǎo)學(xué)生以團隊形式參賽，提升自身創(chuàng)新實踐能力。

此外，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，有機切入思政元素及案例，尤其是科技研發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的代表性案例，可在深化學(xué)生對科技前沿和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的理解的同時，加強學(xué)生德育和智育，使之充分認識能源與社會發(fā)展、安全健康及生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系，培養(yǎng)其使命感和責(zé)任意識。例如，在《太陽能》章節(jié)，結(jié)合云南省工業(yè)硅、單晶硅及光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況，介紹技術(shù)進步歷程及發(fā)展趨勢；通過講解我國光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在困境中突圍的發(fā)展歷史、目前在全球的領(lǐng)先地位和對世界碳減排所做出的巨大貢獻，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷和社會責(zé)任感。

結(jié)語

面對綠色低碳轉(zhuǎn)型的宏大命題，“能源化學(xué)”課程需要突出學(xué)生的創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)，并使之切身體會到作為能源人的使命感。依據(jù)OBE理念，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)目標、教學(xué)策略及考核方法，突出學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，并積極融入思政元素，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感，取得了良好效果，為該課程及相關(guān)課程的建設(shè)及持續(xù)改進提供了參考。

（課題組成員：李東方、祝星、李舟航、王霜、翟玉玲、李法社、胡建杭、劉慧利、朱燾、張慧聰）

參考文獻

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Exploration and Implementation of the “Energy Chemistry” Curriculum Teaching Approach Aligned with the Outcome-Based Education Framework in the context of Green and Low-Carbon Transition

LI Dong-Fang， ZHU Xing， LI Zhou-Hang， WANG Shuang

（Faculty of Metallurgical and Energy Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming， Yunnan 650000， China）

Abstract： In the context of the imperative transition toward green and low-carbon energy structures， the cultivation of innovative talent emerges as a pivotal priority. For the foundational course Energy Chemistry， which is instrumental in fulfilling graduation requirements， we adhere to the principles of Outcome-Based Education （OBE） to methodically formulate our course objectives in a reverse manner. Throughout the teaching process， we place significant emphasis on the convergence of fundamental theories drawn from diverse disciplines and underscore the seamless integration of theoretical knowledge with practical engineering applications. Moreover， the cutting-edge technologies and industry trends are introduced to enhance the students innovative thinking capabilities. To accomplish the course objective， a diverse array of teaching methods and assessment techniques are adopted. Open-ended classroom approaches are frequently embraced to foster the students independent thinking skills. Furthermore， the guiding influence of research activities are emphasized， and the ideological and political education are underlined， augmenting students comprehensive capabilities， and empowering them to make more substantial contributions to the green and low-carbon transformation of the energy industry.

Key words： Energy Chemistry; innovative thinking; OBE theory; green and low-carbon transition