肖 媛，崔國(guó)民，陳家星，應(yīng) 芝

（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 新能源科學(xué)與工程研究所，上海 200093）

在2020年9月22日的第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上，習(xí)近平總書(shū)記提出了“2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)，這兩個(gè)目標(biāo)不僅是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)目標(biāo)的重要抓手，也是我國(guó)履行大國(guó)責(zé)任、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。2021年，中共中央國(guó)務(wù)院提出了關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)，指出應(yīng)加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，積極發(fā)展非化石能源，堅(jiān)持集中式與分布式并舉，優(yōu)先推動(dòng)風(fēng)能、太陽(yáng)能就地就近開(kāi)發(fā)利用，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)對(duì)高比例可再生能源的消納和調(diào)控能力。因此，高等院校如何最快地適應(yīng)國(guó)家新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，保障新能源專業(yè)人才能夠滿足新能源領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 新能源專業(yè)的人才培養(yǎng)模式

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，高等院校正積極探索相關(guān)本科專業(yè)的教學(xué)新模式[1]，以新工科建設(shè)[2]為抓手，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[3]。上海理工大學(xué)以建設(shè)特色顯著的國(guó)內(nèi)一流理工科大學(xué)為目標(biāo)定位，以建設(shè)成為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的創(chuàng)新型大學(xué)為發(fā)展愿景。在新工科建設(shè)背景下，發(fā)展新能源科學(xué)與工程特色專業(yè)，培養(yǎng)適應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的卓越工程人才，是實(shí)現(xiàn)學(xué)校目標(biāo)定位和發(fā)展愿景的有效途徑之一。新能源科學(xué)與工程專業(yè)是2010年經(jīng)教育部批準(zhǔn)設(shè)立的全國(guó)首批高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科專業(yè)，依托在能源與動(dòng)力工程領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)，已在太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、天然氣水合物、氫能、海洋風(fēng)能等新能源的開(kāi)發(fā)利用、系統(tǒng)集成方面形成了獨(dú)特的人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)。

在國(guó)家推進(jìn)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的背景下，以新工科建設(shè)要求為抓手，以學(xué)生為中心[4]，改革教學(xué)方法和考核方式，不斷提升新能源科學(xué)與工程學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)、探索精神、科學(xué)思維和創(chuàng)新能力[5]，對(duì)實(shí)現(xiàn)新能源領(lǐng)域創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)具有重要意義。目前專業(yè)開(kāi)設(shè)的與新能源開(kāi)發(fā)利用和系統(tǒng)集成相關(guān)的課程包括：必修課程《新能源理論基礎(chǔ)》《新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)》《熱力設(shè)備及系統(tǒng)優(yōu)化》《風(fēng)力機(jī)原理與設(shè)計(jì)》《核反應(yīng)堆工程》《氫能與新型能源動(dòng)力系統(tǒng)》《太陽(yáng)能光熱光電利用技術(shù)》；選修課程《泵與風(fēng)機(jī)》《生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化與利用》《熱力發(fā)電廠》；以及《新能源專業(yè)實(shí)驗(yàn)》《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》等工程實(shí)踐類課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)。其中，《新能源理論基礎(chǔ)》《新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)》《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》是掌握新能源科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論、專業(yè)技能和工程實(shí)踐能力的關(guān)鍵課程，以這三門(mén)課程為例，探索碳中和目標(biāo)下的教學(xué)內(nèi)容及考核方式的改革，對(duì)探索新能源專業(yè)的教學(xué)改革具有重要的參考價(jià)值。

2 新能源專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容的改革

從教學(xué)內(nèi)容上，專業(yè)核心課程應(yīng)緊跟國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需求，將實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的意義、技術(shù)難點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)途徑融入課程教學(xué)環(huán)節(jié)，在與其相關(guān)的理論基礎(chǔ)、裝備系統(tǒng)集成、工程實(shí)踐、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程中加入與碳達(dá)峰、碳中和相聯(lián)系的內(nèi)容，使新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生能夠掌握新能源科學(xué)與工程的科學(xué)前沿、發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)，系統(tǒng)地掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)技能和工程實(shí)踐能力，具備本專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)裝備與系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

2.1 《新能源理論基礎(chǔ)》

《新能源理論基礎(chǔ)》概述了新能源基本概論以及主要的新能源形式（太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能、天然氣水合物、氫能利用技術(shù)、地?zé)崮芘c海洋能）利用技術(shù)，其教學(xué)內(nèi)容改革可分為以下兩點(diǎn)：

（1）在新能源基本概論中介紹新能源對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要意義，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到碳達(dá)峰、碳中和的必要性及可實(shí)現(xiàn)途徑，了解新能源開(kāi)發(fā)利用與國(guó)家社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)，明確作為新能源專業(yè)學(xué)生的使命，努力成為新能源科學(xué)與工程領(lǐng)域工程型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型高級(jí)人才。

（2）增加分布式能源系統(tǒng)的介紹，學(xué)生可自主選擇新能源形式，通過(guò)《新能源理論基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)能夠構(gòu)建新能源系統(tǒng)的基本流程和實(shí)現(xiàn)方案，為后續(xù)專業(yè)類課程的深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.2 《新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)》

《新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)》基于前期學(xué)習(xí)的太陽(yáng)能熱/光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、氫能制備與利用等新能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，使學(xué)生掌握系統(tǒng)優(yōu)化方法及新能源系統(tǒng)集成的基本知識(shí)，理解經(jīng)典系統(tǒng)優(yōu)化方法，能夠熟練運(yùn)用于新能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程。在碳中和背景下，新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)是提升能源利用率、提高能源系統(tǒng)效率的必然途徑之一，其教學(xué)內(nèi)容改革可從以下兩個(gè)方面入手：

（1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容配比，合理分配最優(yōu)化方法、新能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化以及分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的課時(shí)，協(xié)調(diào)前兩部?jī)?nèi)容和其他課程的重合部分，使學(xué)生能夠真正全面地掌握分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

（2）增加新能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)（熱力發(fā)電廠、冷熱電三聯(lián)供）的結(jié)合分析，使學(xué)生能夠真正地將所學(xué)知識(shí)與工程實(shí)踐相聯(lián)系，為學(xué)生將來(lái)從事能源系統(tǒng)改造或新能源系統(tǒng)工程方面的工作奠定基礎(chǔ)。

2.3 《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》

《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》旨在培養(yǎng)學(xué)生的新能源裝備設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生掌握各類新能源裝備設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，具備創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)新能源專業(yè)設(shè)備的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。近三年新能源科學(xué)與工程專業(yè)的綜合課程設(shè)計(jì)主要包括：管殼式煤油冷卻器的設(shè)計(jì)、固定床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、夾套式天然氣水合物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、核反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)這4類，尚未涉及多能互補(bǔ)的新能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及集成。

因此，增設(shè)多能互補(bǔ)的新能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成，使學(xué)生能夠獨(dú)立地設(shè)計(jì)風(fēng)光儲(chǔ)一體化的分布式供能系統(tǒng)，掌握計(jì)算、模擬、優(yōu)化的基本方法，培養(yǎng)具備新能源科學(xué)與工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐能力的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才。

3 新能源專業(yè)課程考核方式的改革

為了進(jìn)一步適應(yīng)碳中和目標(biāo)下新能源科學(xué)與技術(shù)卓越人才的培養(yǎng)需求，從考核指標(biāo)、考核方式上應(yīng)更注重對(duì)學(xué)生掌握新能源系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及優(yōu)化的考核，使學(xué)生能夠獨(dú)立完成新能源裝備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成。

課程的考核方式應(yīng)更加多元化，除了考試之外可增加與學(xué)生的互動(dòng)，例如學(xué)習(xí)報(bào)告、作品展示或翻轉(zhuǎn)課堂，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)新能源領(lǐng)域科學(xué)與技術(shù)的理解程度，使學(xué)生在掌握新能源領(lǐng)域基本概念、基本理論、基本計(jì)算的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練提高思維能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力及實(shí)踐和解決問(wèn)題能力。

對(duì)于《新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)》，前期課程的考核要點(diǎn)主要包括：（1）系統(tǒng)集成、新能源裝備和最優(yōu)化等基本概念及優(yōu)化問(wèn)題剖析，占比35%；（2）經(jīng)典最優(yōu)化方法理論及其運(yùn)用于新能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，占比50%；（3）優(yōu)化方法在分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的運(yùn)用，占比15%。課程的考核內(nèi)容仍比較偏重于系統(tǒng)集成理論和方法，對(duì)于系統(tǒng)集成技術(shù)在新能源系統(tǒng)的應(yīng)用考察不夠充分；在對(duì)新能源裝備系統(tǒng)集成的考核中，更加側(cè)重學(xué)生對(duì)于新能源系統(tǒng)的基本概念的認(rèn)識(shí)和理解，尚未正式考察分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程。因此，從考核方式上，新能源裝備系統(tǒng)集成技術(shù)應(yīng)更加側(cè)重學(xué)生對(duì)新能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的考察，使學(xué)生具備分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬、優(yōu)化的實(shí)操能力，能夠掌握新能源裝備的基本原理、類型特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算、基本優(yōu)化。

4 結(jié)論

本文探索了碳中和及新工科背景下新能源專業(yè)的教學(xué)改革，為新能源專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了教學(xué)內(nèi)容、考核方式方面的參考。通過(guò)在新能源專業(yè)課程中針對(duì)性地闡述“碳達(dá)峰”“碳中和”與新能源專業(yè)的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的使命感；在專業(yè)課程及課程設(shè)計(jì)中增設(shè)分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能夠使學(xué)生在理論和實(shí)踐層面深入地掌握新能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，提升實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力?？傊?，應(yīng)該從課程設(shè)置、考核內(nèi)容、考核方式等方面關(guān)注學(xué)生對(duì)于新能源系統(tǒng)的實(shí)際理解和設(shè)計(jì)能力，不斷提升新能源學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，從而適應(yīng)社會(huì)節(jié)能減碳對(duì)于新能源專業(yè)人才的需求。