楊 帆，王 莉，靳登超，彭錦星

（天津農(nóng)學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，天津 300392）

當(dāng)前正處于知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。我國工程教育的“新工科”建設(shè)改革運(yùn)動(dòng)為新經(jīng)濟(jì)時(shí)代工程科技人才的鑄就和培養(yǎng)提供了保障。農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)、實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和生態(tài)文明建設(shè)同樣需要強(qiáng)有力的農(nóng)業(yè)科技人才支撐，“新農(nóng)科”建設(shè)也已成為農(nóng)科類高校教育教學(xué)改革的重要方向[1-2]。

以大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)為代表的新工業(yè)反哺農(nóng)業(yè)，促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展。“新農(nóng)科”和“新工科”教育的內(nèi)涵都是科學(xué)、人文和工程多學(xué)科交叉融合和跨界整合，創(chuàng)新技術(shù)和材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的信息化、智能化改造?！靶罗r(nóng)科”和“新工科”教育模式融合后主要致力于培養(yǎng)知識(shí)結(jié)構(gòu)寬、科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程和創(chuàng)新能力強(qiáng)、具有交叉融合能力、綜合素質(zhì)高、適應(yīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的高層次人才[3-6]。

1 “能源化學(xué)”課程

1.1 課程特色

天津農(nóng)學(xué)院是一所具有地方特色的農(nóng)業(yè)高校，為新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生開設(shè)了一門專業(yè)基礎(chǔ)課—“能源化學(xué)”。該課程是能源、化學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境學(xué)等多學(xué)科融合形成的綜合型課程，對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)影響。本課程涉及節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造、新能源和新材料等領(lǐng)域，可為新農(nóng)村能源環(huán)保工作培養(yǎng)具有深厚學(xué)科基礎(chǔ)的專門人才。

1.2 總體改革措施

通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生要掌握常規(guī)能源和新能源的開發(fā)、轉(zhuǎn)化、高效利用、儲(chǔ)存以及傳輸過程中應(yīng)用的基本化學(xué)原理，掌握常規(guī)能源和新能源的開發(fā)、轉(zhuǎn)化以及高效利用過

程中應(yīng)用的主要化工工藝和設(shè)備，掌握能源開發(fā)、轉(zhuǎn)化和利用過程中污染物的消減以及再生利用技術(shù)。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、刻苦鉆研的工作精神，為社會(huì)輸送從事能源開發(fā)利用和節(jié)能減排等相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)、管理等方面的應(yīng)用型人才[7]。

目前，“能源化學(xué)”課程教學(xué)主要存在以下3個(gè)問題：（1）教學(xué)內(nèi)容中密切聯(lián)系新經(jīng)濟(jì)時(shí)代農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)和新工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的知識(shí)較少，能源開發(fā)利用的前沿知識(shí)引入不足；（2）教學(xué)方式單調(diào)，學(xué)生簡單傾聽，屬于“被動(dòng)式學(xué)習(xí)”，教學(xué)模式陳舊；（3）考核模式單一，難以評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力、科研素養(yǎng)和創(chuàng)新思維活躍度。因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極主動(dòng)性及課堂參與度不高，教學(xué)效果不佳。

中國農(nóng)村清潔能源建設(shè)發(fā)展是農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的重中之重，迫切需要綜合型知識(shí)結(jié)構(gòu)寬、創(chuàng)新能力強(qiáng)的應(yīng)用型農(nóng)業(yè)人才。在“新農(nóng)科”和“新工科”融合教育背景下，針對(duì)上述問題，“能源化學(xué)”課程教學(xué)改革主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行：（1）基于成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）理念制定符合“新農(nóng)科”和“新工科”教育培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容；（2）基于OBE理念調(diào)整課堂教學(xué)策略和方法，運(yùn)用多種教學(xué)方法，結(jié)合線上線下混合式教學(xué)模式，提高教學(xué)成效；（3）改革考核評(píng)價(jià)方式，以多種考核形式綜合反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、溝通與協(xié)作能力和創(chuàng)新能力等。

2 基于OBE理念的教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 OBE教育理念

結(jié)合“新農(nóng)科”和“新工科”的教育培養(yǎng)要求，在OBE教育理念的指導(dǎo)下，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和畢業(yè)要求，明確了“能源化學(xué)”課程能夠支撐的畢業(yè)要求是“工程知識(shí)、問題分析、使用現(xiàn)代工具、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、溝通、終身學(xué)習(xí)”7條畢業(yè)要求一級(jí)指標(biāo)點(diǎn)[8-10]。根據(jù)“能源化學(xué)”課程內(nèi)容梳理出能達(dá)成以上培養(yǎng)目標(biāo)的課程目標(biāo)和相應(yīng)的章節(jié)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)日歷、大綱和教案等教學(xué)資料，合理規(guī)劃課程教學(xué)進(jìn)度。

2.2 課程培養(yǎng)目標(biāo)

支撐“工程知識(shí)”一級(jí)指標(biāo)點(diǎn)的課程培養(yǎng)目標(biāo)有：掌握能源化學(xué)領(lǐng)域的基本概念、基本理論；掌握常規(guī)能源和新能源技術(shù)（新型煤化工、石油、天然氣、太陽能、核能、生物質(zhì)能、氧化還原反應(yīng)和電池、氫能，儲(chǔ)能技術(shù)和燃料電池等）研究、開發(fā)、應(yīng)用及前景；掌握常規(guī)能源和新能源在能量轉(zhuǎn)換和利用過程中應(yīng)用的基本化學(xué)原理、主要化工工藝和設(shè)備；能運(yùn)用所學(xué)理論和技術(shù)解決能源轉(zhuǎn)化和利用領(lǐng)域中的相關(guān)化學(xué)問題。支撐“問題分析”指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)為：掌握潔凈煤技術(shù)的主要化學(xué)原理和化工技術(shù)；掌握天然氣分離和凈化的主要化學(xué)原理和化工技術(shù)；掌握天然氣化工利用的主要途徑；掌握太陽能光熱利用、光電利用和光化學(xué)利用的基本化學(xué)原理；掌握生物質(zhì)制取燃料乙醇和生物柴油的主要化學(xué)原理和化工技術(shù)；掌握典型化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中的基本化學(xué)原理和化工技術(shù)（鋰離子電池、燃料電池和超級(jí)電容器）；熟悉能源轉(zhuǎn)化和利用過程中的水污染問題及其治理技術(shù)；掌握煤炭燃燒過程中的污染物治理技術(shù)。支撐“使用現(xiàn)代工具”指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)是：熟練利用Excel、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和工程制圖；熟練利用中英文數(shù)據(jù)庫檢索和閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。支撐“環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展”指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)是：熟悉循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等理論，在工作和生活中樹立科學(xué)發(fā)展觀，秉承可持續(xù)發(fā)展理念。支撐“職業(yè)規(guī)范”指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)是：堅(jiān)守誠實(shí)守信、愛崗敬業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、服務(wù)大眾、勇于擔(dān)當(dāng)和勇于拼搏的職業(yè)品德，樹立保護(hù)公眾安全和促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的職業(yè)理念。支撐“溝通”指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)是：能夠熟練闡述能源化學(xué)工程領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容、清晰地表達(dá)個(gè)人觀點(diǎn)。支撐“終身學(xué)習(xí)”指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)是：能夠根據(jù)專業(yè)和職業(yè)的發(fā)展需求，了解能源行業(yè)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，主動(dòng)自覺地學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，適應(yīng)自我發(fā)展需要[11]。

根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)“能源化學(xué)”課程各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化和整合，提煉和整理各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和交叉，調(diào)整課程內(nèi)容和學(xué)時(shí)安排。課程主要突出當(dāng)前農(nóng)村能源環(huán)保建設(shè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，重點(diǎn)講解當(dāng)前農(nóng)村清潔能源利用技術(shù)的化學(xué)原理和化工技術(shù)，注重跨界整合知識(shí)，即各章原理和技術(shù)的交叉應(yīng)用，并適當(dāng)引入學(xué)科前沿知識(shí)。

由于學(xué)時(shí)縮減，將原有的十一章內(nèi)容整合為七章，其中，原第三章和第六章調(diào)整為線上自學(xué)，其他線下講授的章節(jié)也依照知識(shí)點(diǎn)的重要性進(jìn)行了學(xué)時(shí)的調(diào)整。將化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)、燃料電池和超級(jí)電容器這三章內(nèi)容整合為一章，主要講解二次電池、鋰離子電池、燃料電池和超級(jí)電容器等化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。調(diào)整后的各章節(jié)將重點(diǎn)講授具有“新農(nóng)科”特色的“新工科”技術(shù)（見表1）。

表1 基于“新農(nóng)科”“新工科”融合教育培養(yǎng)目標(biāo)的“能源化學(xué)”教學(xué)內(nèi)容改革

依據(jù)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，提煉出不同新能源技術(shù)的交叉應(yīng)用，并采用案例法或任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等重點(diǎn)講授。例如第二、四、五、七、八章的交叉應(yīng)用內(nèi)容：潔凈煤技術(shù)、生物質(zhì)能、太陽能等其他新能源在新農(nóng)村建設(shè)中的推廣應(yīng)用；農(nóng)村新能源技術(shù)與儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)系；農(nóng)村能源利用過程中的環(huán)境保護(hù)問題。

3 基于OBE理念的教學(xué)方法改革

依據(jù)新設(shè)置的教學(xué)計(jì)劃，以工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)教學(xué)方案，運(yùn)用多種教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課堂參與度，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。針對(duì)每章節(jié)的重難點(diǎn)，運(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法（Problem-Based Learning，PBL）、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、案例法等教學(xué)方法。

例如教授第二章“煤化工中的潔凈煤技術(shù)”時(shí)采用PBL法。課前，教師布置任務(wù)：學(xué)生課下觀看智慧樹上的倫敦?zé)熿F事件、洛杉磯光化學(xué)煙霧事件、霧霾污染等視頻，分組查閱資料和文獻(xiàn)，找出這些嚴(yán)重污染公害事件的污染物及來源、污染物造成危害的原因和其中涉及的化學(xué)原理或反應(yīng)。課上，教師請(qǐng)學(xué)生展示課前預(yù)習(xí)成果，并歸納燃煤引起的環(huán)境污染問題，針對(duì)學(xué)生總結(jié)的燃煤可能產(chǎn)生的污染物提出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)而引出潔凈煤技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

再如采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法講解第二章、第四章、第五章和第六章具有突出農(nóng)業(yè)特色且多學(xué)科交叉應(yīng)用問題“煤改氣、煤改電、太陽能、生物質(zhì)能在新農(nóng)村建設(shè)中的推廣應(yīng)用及其面臨的困境”。學(xué)習(xí)完這些章節(jié)后，教師將學(xué)生分成四大組，分別針對(duì)以上問題查閱文獻(xiàn)、撰寫論文、制作PPT，并在課堂上匯報(bào)。教師和學(xué)生圍繞不同的話題展開課堂討論，每個(gè)學(xué)生都要回答教師提出的問題。教師根據(jù)論文、PPT、課堂匯報(bào)、課堂討論和回答問題的情況給學(xué)生評(píng)分。每組的論文和PPT都要上傳至智慧樹平臺(tái)，供全班學(xué)生評(píng)閱打分。

又如采用案例法講解燃料電池中氫能的來源和儲(chǔ)運(yùn)問題。以“氫能汽車的發(fā)展”為案例，引入制備和儲(chǔ)存氫氣的方法，通過課堂提問回顧前幾個(gè)章節(jié)中化石燃料和生物質(zhì)制氫、光化學(xué)制氫的化學(xué)途徑。教師提出儲(chǔ)存氫氣的技術(shù)方法并引導(dǎo)學(xué)生思考保障氫能汽車安全性的儲(chǔ)氫方式。

采用線上線下混合式教學(xué)模式，所有章節(jié)涉及的學(xué)科前沿知識(shí)和第六章或第十二章的內(nèi)容采用微課或翻轉(zhuǎn)課堂教授。將每章節(jié)重要知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用、源于實(shí)際生產(chǎn)生活的視頻或優(yōu)秀的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源上傳到智慧樹學(xué)習(xí)平臺(tái)，并開展靈活多樣的教學(xué)活動(dòng)，如話題討論、問卷調(diào)查等，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生能及時(shí)復(fù)習(xí)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

4 課程考核評(píng)價(jià)方式改革

利用智慧樹平臺(tái)發(fā)布章節(jié)作業(yè)和期中測(cè)試任務(wù)，可以通過線上監(jiān)測(cè)的學(xué)習(xí)情況量化學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度和過程性成績。在線下課程中設(shè)置期中測(cè)試，教師提前分組并布置任務(wù)，每組學(xué)生分工合作完成任務(wù)相關(guān)論文的撰寫、PPT答辯等；教師課上組織小組學(xué)生展示成果、進(jìn)行課堂研討。期中測(cè)試成績由教師評(píng)分和組間互評(píng)分按照一定比例構(gòu)成。期末考核評(píng)價(jià)成績由課堂考勤∶線上作業(yè)成績∶課堂討論∶實(shí)踐作業(yè)∶期末考試=5∶10∶5∶10∶70構(gòu)成。這種考核方式既能反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程成績，又能反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、合作和交流能力以及創(chuàng)新、思辨和表達(dá)能力。

5 結(jié)語

在“新農(nóng)科”“新工科”建設(shè)背景下，“能源化學(xué)”課程按照“安吉共識(shí)”“復(fù)旦共識(shí)”和“北京指南”的建設(shè)要求，遵循“新農(nóng)科”和“新工科”的發(fā)展理念，以培養(yǎng)“創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型的新型工農(nóng)人才”為根本目標(biāo)，開展教學(xué)改革的探索與實(shí)踐?；贠BE理念，依據(jù)課程對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐作用，梳理出相應(yīng)的課程培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，整合課程內(nèi)容，突出“新農(nóng)科”特色以及跨界整合和學(xué)科交叉應(yīng)用的特色。緊緊圍繞“新農(nóng)科”“新工科”建設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，改革教學(xué)方法，引入PBL法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、案例法等教學(xué)方法。同時(shí)采用線上線下混合教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升教學(xué)效果。采用結(jié)合線下課堂考核、線上平臺(tái)考核和期末考核的動(dòng)態(tài)考核評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)的客觀、全面評(píng)價(jià)。本次教學(xué)改革可以提高教學(xué)質(zhì)量，有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力，為新能源科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工農(nóng)融合型人才的培養(yǎng)提供借鑒。