论-《生物质能源工程与技术》教学改革探索

第４３卷第１９期　２０１５年ｌＯ月　广州化工　Ｖｏ１．４３　Ｎｏ．１９　Ｏｃｔ．２０ｌ５　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　《生物质能源工程与技术》教学改革探索　李健，郑冀鲁，尉芹，翟梅枝，张军华　（西北农林科技大学林学院，陕西　杨凌７１２１００）　摘　要：《生物质能源工程与技术》课程是我校林产化学加工工程等专业的一门专业选修课，体现了林业工程类学科的特　色。笔者结合学校学科专业发展的实际，从提高课堂教学质量和改进教学方法等方面对农林类高校生物质能源课程改革进行了探　讨，并提出了《生物质能源工程与技术》课程教学改革的新思路和新方法。在不断改进教学实践的基础上，满足学生在专业知　识、能力与素质等方面日益增长的要求。　关键词：生物质能源工程与技术；教学改革；林产化学加工工程　中图分类号：ｃ６４２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００１—９６７７（２０１５）０１９—０２２６—０３　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｒｅｆｏｒｍ　ｏｎ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＬＩ　Ｊｉａｎ，ＺＨＥＮＧ　Ｊｉ－ｌｕ，ＷＥＩ　Ｑｉｎ，ＺＨＡＩ　Ｍｅｉ－ｚｈｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ－ｈｕａ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓｔｙｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｙａｎｇｌｉｎｇ　７１２１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌ　ｍａｊｏｒ　ｃｏｕｒｓｅ，Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｅｅｒｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ａｎ　ｉｒｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｐｅｃｉａｌｔｙ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｌａｓｓｒｏｏｍ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｐｅｃｉｌｔａｙ　ｉｎ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｎｏｖｅｌ　ｉｄｅａｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｗｅｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ’　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄｅｍａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｍｅｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ；ｆｏｒｅｓｔ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　在２ｌ世纪，能源和环境问题始终是全球关注的焦点，也　学习，学生可以获得生物质能源生产、管理经营和研究方面的　是人类实现可持续发展的重要组成部分。随着化石能源的日益　知识与能力　。笔者结合我校林产化工专业学生的特点，采取　原理、知识和技能，以提高该专业学生的创新性思维和独立思　考的能力　。　枯竭和环境问题的日趋严重，寻找替代性清洁能源就成为解决　理论与实践相结合的方法，向学生讲授生物质能源相关的基本　能源危机、环境污染和温室效应等问题的最佳策略和必然选　择。生物质能源（ｂｉｏｍａｓｓ　ｅｎｅｒｇｙ）作为一种化学态能，是一种可　再生能源，可以大规模替代化石能源并能够转化成液态和气态　燃料以及其它化工原料或者产品。目前，世界各国在调整能源　能源利用中的重要课题。近年来，伴随着针对生物质能源利用　１　结合林产化工专业的培养目标和发展趋势，　发展战略时，都把高效利用生物质能源摆在优先地位或者列为　突出重点教学内容　我校林产化工专业是以树木、森林采伐和加工剩余物为原　料制备生物质化学品、生物质新材料和生物质能源的学科门　而产生的“上下两难”、“人车争粮”等激烈争论，生物质能源　产业开始呈现出新的趋势和特点。基于上述背景，在西北农林　科技大学这样的农林高校开设“生物质能源工程与技术”课程　是符合培养综合性高层次人才需求的。该门课程是我校针对林　产化工和资源与环境等专业开设的一门专业选修课，该课程主　要讲述了生物质能源的基本概念和研究现状、生物质压缩成型　技术、生物质直接燃烧技术、生物质热裂解技术、生物质气化　技术、生物质液化技术、生物质燃料乙醇技术、生物柴油技　术、生物质制沼气技术及生物质制氢技术等。当然该门课程同　类，要求该专业的学生具有扎实的化学和化工理论基础，并同　时具有将这些化学加工技术应用于林产品转化的相关知识及技　能。在“生物质能源工程与技术”课程仅有４８学时的情况下，　如何突出教学内容的重点，改善教学的质量，提高学生专业素　养并达到学以致用的目的，成为了这门课程改革的核心。依据　林产化工专业的培养目标，结合生物质能源的研究热点问题，　我们将着重向学生讲解生物质能源的基本理论和相关工程技术　单元操作的基本规律，例如在讲授生物质压缩成型技术章节　时也适用于我校的木材科学与工程、应用化学、化学工程等专　业本科和研究生学习，通过“生物质能源工程与技术”课程的　中，重点介绍生物质压缩成型原理、生物质压缩成型的主要影　第一作者：李健（１９８３一），男，讲师，从事林产化工专业的教学和科研工作。　第４３卷第１９期　李健，等：《生物质能源工程与技术》教学改革探索　２２７　响因素及生物质压缩成型的工艺技术；在讲解生物质直接燃烧　技术内容时，侧重讲解生物质燃烧原理及特征、生物质燃烧的　题的思考、讨论及对策的制订上来，学生的思维会因此活跃起　来。随后我们再开始生物质液化章节的学习，通过重点介绍生　物质液化反应机理、生物质直接液化与生物质问接液化工艺，　物质平衡与能量平衡，同时兼顾生物质能的燃烧利用方式。因　为目前在中国农村，秸杆广泛用于炊事炉灶的加热，这是一种　来讲解如何利用林业废弃物来制备生物油，然后再通过幻灯片　和小视频展示的形式，来说明生物质液化油在电力、燃料、化　生物质能源的低效率利用；另一种是利用层燃燃烧设备燃烧生　物质原料，但效率仍然不高，所以生物质资源高效转化利用技　术成为突破中国生物质资源低水平利用瓶颈的关键　Ｊ。　生物质燃料乙醇技术是“生物质能源工程与技术”课程的　学品等行业的利用现状。通过对上述实际问题的解答，就能充　分发挥学生的课堂主体作用，发挥他们的想象力，让他们感受　生物质能源的知识与生活的密切相关性，从而产生浓厚的学习　兴趣。　主要和难点内容，这部分内容不仅综合了有机化学、物理化学　和化工原理等课程中的化学反应过程、物理化学转换过程、生　物质能源设备的工艺操作、性能和工作运转原理等理论，而且　利用“网络教学”模式能在一定程度上拓展学生视野、增　加学习兴趣的作用，让学生主动的了解生物质能源工程与技术　还涉及到生物化学中的乙醇发酵、水解发酵和糖化发酵等生物　转换过程，这些又都是我们微生物学等相关生物专业的基础知　识，而恰恰是这种多学科知识内容的交叉、渗透和融合，推动　了现代生物技术与化学工程技术的进步，从而为燃料乙醇工业　的大规模发展提供了技术支撑。在上述背景下，我们通过引出　燃料乙醇的概念、特点及其加工原料，来突出乙醇发酵过程、　水解发酵二段法和糖化发酵技术等重点或难点内容，有助于学　生准确理解燃料乙醇的发酵机理和作用机制。目前燃料乙醇的　生产还存在成本偏高和能耗过大等问题，如何利用农作物秸　杆、林业废料和粮食加工剩余物为纤维原料，采用高效预处理　技术破解植物纤维细胞壁结构，阐明限制酶解糖化的关键因子　以及酶与植物细胞各组分之间作用的规律，掌握高效微生物发　酵制取乙醇等液体生物能源和乳酸、丙酮、单细胞蛋白等高值　化学品的关键技术，目前仍是燃料乙醇技术研究的热点。以上　重点内容的讲解，使学生更深层次地认识到燃料乙醇作为替代　能源的战略意义以及本专业的发展趋势和前景，从而激发了学　生的创新思维和灵感，让学生能更积极和主动的学习。　２　采用多元化的教学手段，激发学生学习　“生物质能源工程与技术’’课程的积极主动性　高等学校教学方法一方面具有很强的专业针对性，另一方　面具有探索性。而“生物质能源工程与技术”课程是一门生　物、化学等渗透到化工学科的专业课，所以该门课程一方面具　有很强的抽象性，另一方面又具有很强的工程实践性。以前，　该门课程的授课多采用直接式课堂教学，教师以传统的‘填鸭　式’方式向学生讲授生物质能源的基本理论、相关工程技术单　元操作的基本规律、生物质能源设备的工作原理、性能和运转　注意事项等基本内容与关键知识点。新时期，由于大学授课对　象的特殊性，这种过于死板教条的教学方式，已不适合现今培　养具有探索创新精神和善于解决实际问题能力的高层次人才的　需要，迫切需要进行改革。这就要求教师进行教学理念的转　变，通过建立启发式的教学方式，引导学生转变学习思维，在　积极主动的学习中感受学习的乐趣　。　例如在讲授生物质液化技术时，我们利用口头表述和计算　机多媒体技术播放一些幻灯片或者动画，直观的给学生呈现出　能源危机和环境污染压力日益增大的背景，来创造一个问题情　境，然后再向学生提问：我国虽然是一个林业资源匮乏的国　家，但是每年的林业废弃物却有８亿一１Ｏ亿吨，作为林产化工　专业的学生，如何从我们的专业角度来解决这个全球性问题？　然后对学生进行分组，让同学们结合自己的专业背景参与到问　的最新发展动态。比如可以引导学生从北京大学ＭＯＯＣｓ课程　（ｈｔｔｐ：／／ｍｏｏｃ．ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）、西北农林科技大学网络教学综合　平台（ｈｔｔｐ：／／ｅｏ１．ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｏｌ／ｈｏｍｅｐａｇｅ／ｃｏｍｍｏｎ／）、中　国生物质能源网（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｂｉｏｅｎｅｒｇｙ．ｃｎ／）和中国新能　源与可再生能源网（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｅｉｎ．ｏｒｇ．ｃｎ／）等专业的教　学和学术网站主动收集相关的资讯信息。扩大专业知识的容　量，补充课堂教学的不足，使学生能开阔视野、拓宽思维。　另外在“生物质能源工程与技术”课程的教学周期中，将　会鼓励学科带头人或者邀请国内外相关领域知名学者来进行讲　座报告，开展多种形式的学术交流。鼓励学生认真聆听讲座，　积极与这些学者进行互动，使学生在轻松而又浓郁的学术气氛　中获得更多课堂外的知识，加深对重要知识点的理解。同时，　我们与一些生物质企业如：“广西武鸣栲胶厂”、“山西新华化　工有限公司”、“陕西（石泉）东力栲胶化工有限公司”、“江西　怀玉山活性炭有限公司”等合作建立了长期稳定的专业实习、　实践基地，每年都会定期带领学生去这些基地参加实践活动，　加深学生对生物质产业生产现状的了解。通过这些课堂外的学　术和实践活动，可以把理论教学与生产实际结合起来，弥补专　业知识的不足，从而提高了学生的综合素质。　上述多元化教学模式的采用，聚焦了生物质能源的研究热　点，激发了学生学习“生物质能源工程与技术”课程的兴趣，　拓宽了学生的专业视野，提升了教学质量，让学生在实践中学　有所用，同时也满足了社会对创新型人才的需求。　３加强对实验课教学的重视，培养学生的创　新能力和解决实际问题的能力　“生物质能源工程与技术”课程在林产化工专业的培养计　划中还开设有１６学时的实验课，如何通过这有限的实验课时　来让学生加深对生物质能源知识的理解，掌握使用生物质能源　的方法技术，合理的设置实验课内容就显得尤为重要。我们选　择将生物质能源研究的热点融于实验教学中，来保持我们实验　教学的先进性　Ｊ。例如生物柴油作为一种洁净的生物燃料，也　被称为”再生燃油”，主要由植物油脂与甲醇进行酯交换制造　的脂肪酸甲酯组成，但是生物柴油作为化石能源的替代品却也　存在储存稳定性差，低温流动性不高，燃烧性能低，影响发动　机润滑性以及容易对金属部件腐蚀等诸多技术问题。开展动植　物油脂、地沟油，特别是低品位油脂资源化学（或生物化学）转　化制备生物柴油的工艺技术成为解决生物柴油应用技术问题的　基本对策。我们安排学生每３—４人一组，进行相应的低酸值　油脂制备生物柴油实验，通过碱催化的方法，将一些低酸值油　２２８　广州化工　２０１５年１０月　脂转化为生物柴油，并对低酸值油脂原料生产生物柴油的工艺　实验课教学的重视三方面的实践，开展林产化工专业“生物质　　与结果进行评价。这些实验的操将加深学生对生物柴油生产原　能源工程与技术”课程的教学改革探索，取得了良好的效果，　理和化学法制备生物柴油工艺的记忆，从而提高学习的时效　既使学生掌握了生物质能源生产与研究方面的基本理论知识，性　。　．　又培养了学生运用这些基础理论分析和解决生物质能源工程操　前面我们讲到了“生物质能源工程与技术”课程中涉及大　作过程中各种问题的能力，这对于启发学生的创新思维，提高　量的生物化学反应和物理化学转换过程，另外还有各种各样的　学生的综合素质，具有重要的意义。　作用原理和生产工艺介绍如：生物柴油生产原理，生物质液　化、气化原理与工艺，生物质热裂解的概念与原理，和生物质　制沼气、制氢原理与工艺等，这些内容复杂、抽象性强。虽然　参考文献　［１］马明国，蒋建新．“生物质能源利用原理与技术”教学改革初探［Ｊ］．　中国林业教育，２００９，２７（４）：６４—６７．　有归纳、综合、对比及逻辑简化等学习方法帮助记忆，但学生　有时仍会感觉记忆量大和理解困难，并逐渐失去学习的兴趣。　［２］　施爱平，叶丽华，马茜．“生物质能开发利用技术”教学改革探索　［Ｊ］．考试周刊，２０１４（５９）：６—７．　［３］　张京芳，樊金栓，尉芹，等．林产化工专业食品添加剂课程教学内容　改革与实践［Ｊ］．中国现代教育装备，２０１１（２３）：９６—９８．　所以从提高学生素质的高度也非常有必要加强对“生物质能源　工程与技术”实验课程的重视，按照课堂理论和实验技术并重　的原则，提高这门课的教学效果，从而完善对林产化工专业人　才的培养。　。　［４］　李健，高艳清，尉芹，等．林产化工专业《制浆造纸技术》课程改革探　讨［Ｊ］．广州化工，２０１５，４３（３）：１８８—１８９，２０５．　４　结语　［５］　陈波水，方建华．生物柴油若干应用技术问题及对策能源工程［Ｊ］．　能源工程，２００８（３）：２１—２４．　通过突出重点教学内容、采用多元化的教学方法和加强对　（上接第１６９页）　参考文献　［１］张冰融，宋雪．大学生科研创新能力培养的探索与实践［Ｊ］．现代教　育管理，２０１４（６）：７ｌ一７　５－　［２］　崔永杰，郭康权，何东键，等．本科生教育中导师组负责制人才培养　模式的研究［Ｊ］．教育教学论坛，２０１４（５３）：９１—９３．　［３］赵敏．从牛津大学的导师制看我国实行导师制的必要性［Ｊ］．南京　航空航天大学学报：社会科学版，２００１（３）：８０—８２．　［４］郭坚华，宋从凤．建议设立本科生导师负责制［Ｊ］．中国农业教育，　２００２（１）：２８—２９．　［５］　韦卫星，韦文山，农亮勤，等．基于导师制的本科综合性实践教学体　系研究与实践［Ｊ］．高教论坛，２００５（４）：４０～４３．　［６］孙文洁，董东林，林剐，等．创新训练对研究型本科教育体系建设的　推动作用［Ｊ］．科教文汇，２０１４（３）：３７～３８．　［７］张建林．基于创新能力的研究生培养机制改革探索［Ｊ］．中国高教　研究，２０ｏ８（３）：３４—３８．　［８］　陈瑶．浅谈本科生素质教育和创新能力的培养［Ｊ］．广东化工，２００５　（１２）：７２—７３．