鄭國香，許智，李文哲，李巖，王忠江，張影微

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱）

一 引言

長期以來，我國的能源結(jié)構(gòu)依賴于傳統(tǒng)化石能源，這會導(dǎo)致溫室氣體的排放量急劇增加。為此，我國提出在2030年前二氧化碳的排放量達到峰值，力爭在2060年前實現(xiàn)碳中和[1]。高等學(xué)校作為基礎(chǔ)研究的主力軍和科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的策源地，應(yīng)當加快構(gòu)建碳中和人才培養(yǎng)體系，圍繞“雙碳”目標建設(shè)一批國家級一流本科專業(yè)，將“雙碳”理念融入到本科課程內(nèi)涵里，大力培養(yǎng)創(chuàng)新人才，打造“雙碳”人才蓄水池[2-3]。另一方面，高等學(xué)校按照《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》把思想政治教育貫穿到人才培養(yǎng)體系，深入挖掘思政元素，提升課程育人質(zhì)量，全面落實立德樹人的根本任務(wù)[4]。

太陽能是總量巨大的綠色可再生能源，大力開發(fā)和利用太陽能資源是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑[5-6]?！半p碳”目標將促進太陽能轉(zhuǎn)化與技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[7]。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院以“農(nóng)”為特色，依托黑龍江省寒地農(nóng)業(yè)可再生資源利用技術(shù)與裝備重點實驗室平臺建設(shè)，已經(jīng)為新能源科學(xué)與工程和農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)本科生開設(shè)了《太陽能工程》作為專業(yè)必修課。該課程是學(xué)習(xí)和研究太陽能轉(zhuǎn)換與利用技術(shù)的一門實踐性和綜合性很強的課程，具有概念多、知識更新快、學(xué)科交叉性強的特點，側(cè)重對本科生理論聯(lián)系實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為培養(yǎng)新時代復(fù)合型的“雙碳”人才奠定基礎(chǔ)。

二 《太陽能工程》課程存在的一些主要問題

（一） 教學(xué)內(nèi)容較為陳舊，缺乏思政元素，難以適應(yīng)時代發(fā)展

目前，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院開設(shè)的《太陽能工程》課程學(xué)時為32學(xué)時，全部為理論學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容主要有太陽能基本概念、太陽能集熱器、太陽能空調(diào)、太陽能建筑、太陽能熱水器、太陽能干燥以及光伏發(fā)電等。由于《太陽能工程》課程與科技前沿聯(lián)系緊密，而現(xiàn)有的教材內(nèi)容較為陳舊，信息量少，農(nóng)業(yè)特色不鮮明，缺乏時代性和思政元素。如何引導(dǎo)學(xué)生積極思考“雙碳”問題、聚焦科技前沿、結(jié)合農(nóng)業(yè)院校特色合理制定與新時代人才培養(yǎng)目標相匹配的教學(xué)內(nèi)容是提高學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要前提。此外，《太陽能工程》這門課的教學(xué)內(nèi)容缺乏思政元素，學(xué)生一味的學(xué)習(xí)專業(yè)知識，學(xué)生對服務(wù)國家重大需求了解甚少，責(zé)任擔(dān)當意識不強，難以適應(yīng)新時代人才培養(yǎng)要求?！短柲芄こ獭肥且婚T時代感很強的課程，在“雙碳”背景下，如何利用好太陽能加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)是培養(yǎng)新時代“雙碳”人才的關(guān)鍵。事實上，《太陽能工程》這門課蘊含著豐富的思政元素，如緒論部分蘊含著科學(xué)家精神，太陽能光-熱與光-電轉(zhuǎn)換部分蘊含著工匠精神、鉆研精神，以農(nóng)業(yè)特色為背景的溫室供暖系統(tǒng)設(shè)計蘊含著科研創(chuàng)新精神。如何把這些思政元素與專業(yè)課的知識點有機融合是提高學(xué)生綜合素養(yǎng)、培養(yǎng)新時代“雙碳”人才的關(guān)鍵措施。

（二） 教學(xué)形式較為單一，缺乏新穎性，難以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)形式主要以課堂講授為主，老師采用“填鴨式教學(xué)”把知識一味地灌輸給學(xué)生，對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的反饋不夠了解，而學(xué)生純靠死記硬背，沒有深刻領(lǐng)會知識點，難以提高科學(xué)素養(yǎng)。事實上，《太陽能工程》這門課程的特點是理論和實踐緊密聯(lián)系、時代感很強，單一地“填鴨式教學(xué)”會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)地主觀能動性較差，學(xué)生參與教學(xué)活動較少，缺乏實踐能力，對科技前沿關(guān)注較少，導(dǎo)致對該課程的學(xué)習(xí)興趣較低，知識掌握地不夠扎實，批判思維和科技創(chuàng)新能力不足。當今，超星學(xué)習(xí)通、智慧樹、中國大學(xué)慕課等網(wǎng)課平臺可以提供豐富的教學(xué)資源，學(xué)校圖書館提供電子書和國內(nèi)外參考文獻，與此同時，以“農(nóng)”為特色，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)提供給老師的科研平臺也能為課程注入新元素。如何合理利用網(wǎng)課平臺、學(xué)校圖書館以及科研平臺為學(xué)生提供多元化的教學(xué)模式是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要前提。

（三） 評價體系過于單一，缺乏多元化，難以提高學(xué)生綜合素養(yǎng)

原有太陽能工程這門課的考核方式包括平時成績（30%）和閉卷期末成績（70%）。平時成績包括課堂考勤（10%）和課堂作業(yè)（20%），對學(xué)生評價較為單一，沒有考察學(xué)生閱讀文獻、歸納總結(jié)、主動學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作以及學(xué)以致用的能力。而期末考試主要考察學(xué)生對本門課程知識點記憶能力，缺乏科學(xué)素養(yǎng)的考核。這種評價體系缺乏對課程考核的全過程管理，不能夠全面準確地反映學(xué)生的綜合能力。原有的考試內(nèi)容多局限于教材、課堂筆記等，知識點記憶的考核較多，缺乏對學(xué)生獨立思考能力、團隊協(xié)作能力、邏輯思維、發(fā)散思維、實踐能力、創(chuàng)新能力的考核，不利于培養(yǎng)新時代復(fù)合型人才。

三 《太陽能工程》教學(xué)改革措施

針對以上存在的問題，《太陽能工程》課程的教學(xué)改革措施如圖1所示，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及評價體系等方面進行改革探索，構(gòu)建“點-線-面-體”的教學(xué)內(nèi)容，融入思政元素，洞悉“雙碳”前沿，采用啟發(fā)式、翻轉(zhuǎn)課堂、案例式創(chuàng)新教學(xué)模式，提出課堂表現(xiàn)、課外閱讀、翻轉(zhuǎn)課堂、大作業(yè)、期末考試相結(jié)合的多元化評價體系，從而改善教學(xué)質(zhì)量，著力提升學(xué)生的愛國情懷、責(zé)任擔(dān)當意識、綠色低碳理念、鉆研精神、工匠精神以及創(chuàng)新精神，為“雙碳”目標提供人才保障和智力支持。

圖1 《太陽能工程》課程教學(xué)改革措施

（一） 構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，融入思政元素，洞悉“雙碳”前沿

《太陽能工程》課程是一門實踐性和綜合性很強的課程，不僅蘊含著豐富的思政元素，也與科技前沿結(jié)合非常緊密。在教學(xué)內(nèi)容上，不僅需要學(xué)生掌握太陽能轉(zhuǎn)換與利用的基礎(chǔ)理論知識，緊跟科技前沿，了解“雙碳”背景下太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展現(xiàn)狀，也要充分發(fā)掘課程的思政元素，形成“課程思政”與專業(yè)課的協(xié)同效應(yīng)。

1.在緒論部分，圍繞氣候變化帶來的能源問題，使學(xué)生了解人類發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。介紹目前我國是世界上最大的能源消費國，化石能源的消耗不僅會帶來環(huán)境污染問題，也對我國能源安全帶來挑戰(zhàn)[8]。因此，我國提出了“雙碳”目標，讓學(xué)生充分了解“雙碳”目標的提出不僅彰顯了我國在應(yīng)對人類氣候挑戰(zhàn)的大國擔(dān)當，也是我們國家構(gòu)建人類命運共同體的重要舉措。引導(dǎo)學(xué)生積極關(guān)注國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)學(xué)生使命感；引導(dǎo)學(xué)生樹立綠色低碳理念，培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展理念；引導(dǎo)學(xué)生積極思考“雙碳”問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

2.在太陽能光-熱轉(zhuǎn)換部分，構(gòu)建“點-線-面-體”的教學(xué)內(nèi)容，從太陽能基本概念出發(fā)，到太陽能集熱器（太陽能光熱轉(zhuǎn)換的“心臟”），讓學(xué)生學(xué)習(xí)太陽能光-熱轉(zhuǎn)換原理，再到太陽能空調(diào)、太陽能熱水器、太陽能建筑以及太陽能光熱發(fā)電，從太陽能光熱設(shè)備到系統(tǒng)，層層遞進，逐步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力，把傳熱學(xué)、熱力學(xué)以及流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課集成起來，學(xué)以致用，讓學(xué)生能夠更加全面掌握太陽能光-熱利用技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真心喜愛《太陽能工程》這門課程。

3.在太陽能光-電轉(zhuǎn)換部分，從太陽能電池的基本原理到光伏發(fā)電，讓學(xué)生理解運用太陽能發(fā)電給人類生活帶來的巨大變化。通過超星學(xué)習(xí)通、智慧樹、中國大學(xué)慕課等網(wǎng)課平臺和學(xué)校圖書館引入國內(nèi)外最新文獻和教學(xué)視頻，對比光熱發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生“類比”的科研思維，讓學(xué)生始終能夠聚焦科技前沿，服務(wù)國家重大需求，拓展學(xué)生知識面，適應(yīng)新時代“雙碳”人才培養(yǎng)要求。同時，適當?shù)匾肟茖W(xué)家故事，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以提升學(xué)生的愛國情懷、鉆研精神、創(chuàng)新精神及工匠精神。

4.在太陽能設(shè)計實例部分，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校的特點，依托以“農(nóng)”為特色的東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研平臺，可以讓學(xué)生綜合運用所學(xué)的熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械學(xué)以及太陽能工程等多學(xué)科理論知識設(shè)計日光型溫室。學(xué)生可以在課余時間到學(xué)校圖書館查閱大量的國內(nèi)外參考文獻和相關(guān)書籍，結(jié)合當前的科研熱點，找到問題的突破口，提出自己的想法，主動地去解決問題。在拓展學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅增加了對本門課程的理解，也提升了理論聯(lián)系實際、發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力、鍥而不舍精神以及創(chuàng)新能力。此外，通過對太陽能設(shè)計實例部分的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠領(lǐng)會創(chuàng)新的綠色技術(shù)不僅為將來的就業(yè)尋找出口，也能支撐國家重大需求為“碳中和”做貢獻。

（二） 創(chuàng)新教學(xué)模式，打造高效課堂，助力人才培養(yǎng)

針對新時代“雙碳”人才培養(yǎng)目標，將《太陽能工程》課程的教學(xué)內(nèi)容分為緒論、太陽能光-熱與光-電轉(zhuǎn)換、太陽能設(shè)計實例三個層次，針對不同層次的特征進行分段式教學(xué)。

1.緒論部分采用啟發(fā)式教學(xué)。介紹人類面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)，引出“雙碳”目標提出的重要意義。在傳統(tǒng)能源向綠色低碳能源的轉(zhuǎn)型過程中，太陽能作為綠色可再生能源，扮演了重要的角色。通過超星學(xué)習(xí)通、智慧樹、中國大學(xué)慕課等網(wǎng)課平臺介紹國內(nèi)外太陽能應(yīng)用最新發(fā)展現(xiàn)狀，啟發(fā)學(xué)生思考科技創(chuàng)新給人類生活帶來的改變，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣。同時，通過介紹我國在低碳技術(shù)發(fā)展的水平，增強學(xué)生的民族自信心和自豪感，培養(yǎng)學(xué)生責(zé)任擔(dān)當意識；引入科學(xué)家故事，啟發(fā)學(xué)生邏輯思維、創(chuàng)新思維、鉆研精神。

2.太陽能光-熱與光-電轉(zhuǎn)換部分采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。根據(jù)當前國內(nèi)外太陽能應(yīng)用的研究熱點，每5人組成一個學(xué)習(xí)小組，通過學(xué)校圖書館閱讀大量國內(nèi)外參考文獻，依次對太陽能光熱和光電轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用進行綜述，團隊協(xié)作制作并講授微課。這種教學(xué)方式可以增進老師與學(xué)生的溝通，實現(xiàn)老師與學(xué)生的雙向反饋，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生有獨立思考的能力，發(fā)揮其主觀能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究過程中刻苦鉆研、銳意進取的精神，讓學(xué)生明白實踐出真知；培養(yǎng)學(xué)生熱愛課程、熱愛專業(yè)，讓學(xué)生真心喜愛充滿“思政元素”的專業(yè)課。

3.太陽能系統(tǒng)設(shè)計部分采用案例式教學(xué)。在這一部分，可以將熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課和本門課程的知識進行并聯(lián)集成，補充工程實踐中所需要的知識，構(gòu)建理論聯(lián)系實踐的知識體系，綜合運用基礎(chǔ)理論知識解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生全方位思維能力。例如在設(shè)計太陽能集熱器時，可以在網(wǎng)絡(luò)上收集相關(guān)的圖片、視頻以及參考文獻，讓學(xué)生能夠理解太陽能集熱器的整個設(shè)計流程和實際應(yīng)用情況，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。太陽能集熱器是太陽能光-熱轉(zhuǎn)換的“心臟”，它可以應(yīng)用到很多實例中。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校的特點，依托學(xué)?？蒲衅脚_，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計日光型溫室，可以將課堂搬進實驗基地，讓學(xué)生邊看邊學(xué)，提高學(xué)生的動手實踐能力，引導(dǎo)學(xué)生具有綠色低碳理念，領(lǐng)會創(chuàng)新的綠色技術(shù)給人類生活帶來的改變。課后布置大作業(yè)，可以結(jié)合所學(xué)《太陽能工程》課程的知識設(shè)計復(fù)合式溫室供暖系統(tǒng)。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，不僅對本門課程的光-熱與光-電轉(zhuǎn)換知識點掌握扎實，也能提高邏輯思維、發(fā)散思維、創(chuàng)新能力以及鉆研精神。在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也積極引導(dǎo)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”、中國大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等科創(chuàng)競賽，從而達到以賽促學(xué)、以賽促教的效果，實現(xiàn)教學(xué)相長。通過這些競賽活動，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強團隊協(xié)作意識，全方位提升綜合素質(zhì)。上述大學(xué)生科創(chuàng)競賽可以為學(xué)生將來的就業(yè)和讀研添磚加瓦，可以和課堂教學(xué)形成協(xié)同效應(yīng)，助力打造高效課堂，培養(yǎng)新時代創(chuàng)新復(fù)合型人才。

（三） 提出多元化評價體系，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)

從培養(yǎng)學(xué)生核心價值觀和科學(xué)素養(yǎng)的角度出發(fā)，構(gòu)建多元化評價體系，采用課堂表現(xiàn)、課外閱讀、翻轉(zhuǎn)課堂、大作業(yè)以及期末考試等多種類型相結(jié)合的考試方式。在課堂表現(xiàn)方面，主要考察學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和表達能力等；在課外閱讀方面，主要考察學(xué)生查閱文獻的能力，進而考察學(xué)生邏輯思維以及歸納總結(jié)能力；在翻轉(zhuǎn)課堂方面，主要考察學(xué)生主動學(xué)習(xí)和團隊協(xié)作的能力，通過與學(xué)生的溝通考察學(xué)生發(fā)散思維能力；大作業(yè)主要考察學(xué)生學(xué)以致用的能力，通過課程設(shè)計，考察學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；在期末考試方面，主要考察學(xué)生對本門課程的基礎(chǔ)知識掌握情況以及綜合運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力。這種評價體系的改革，弱化期末考試在整個成績評定的比重，強化綜合能力的考察。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、表達能力、獨立思考能力、團隊協(xié)作能力、發(fā)散思維、實踐能力以及創(chuàng)新能力制定量化的評分標準，這種多元化評價標準不僅能全面客觀的評價學(xué)生成績，也能提高學(xué)生的全面素質(zhì)，為學(xué)生將來的就業(yè)奠定基礎(chǔ)。將知識、能力以及素養(yǎng)集成在一起的多元評價體系始終貫穿于整個教學(xué)過程，弱化單一知識點記憶的考核，強化學(xué)生表達能力、獨立思考能力、團隊協(xié)作能力、邏輯思維、發(fā)散思維、理論聯(lián)系實踐能力、鉆研能力、創(chuàng)新能力等全面素質(zhì)的考核，實現(xiàn)新時代“雙碳”人才培養(yǎng)目標。

四 結(jié)語

教學(xué)實踐表明，在“雙碳”目標下，構(gòu)建融入思政元素的教學(xué)內(nèi)容，采用啟發(fā)式、翻轉(zhuǎn)課堂和案例教學(xué)方式，提出集成知識、能力以及素養(yǎng)的多元化評價體系，增強了學(xué)生愛國情懷和責(zé)任擔(dān)當意識，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效地提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、表達能力、團隊協(xié)作能力、工程思維、邏輯思維、評判精神、鉆研精神、工匠精神以及創(chuàng)新能力，打造了高效課堂，改善了教學(xué)質(zhì)量，助力新時代創(chuàng)新人才培養(yǎng)。