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摘要：太陽能工程是農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)課程體系的重要組成部分，涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，綜合性較強(qiáng)，在教學(xué)過程中存在教材針對性弱、課程實驗設(shè)備匱乏、輔助教學(xué)資源較少以及考核方式單一的問題。文章根據(jù)農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)培養(yǎng)要求，提出了既體現(xiàn)學(xué)校自身的專業(yè)特色、又考慮人才市場需求和人才培養(yǎng)規(guī)律的太陽能工程課程建設(shè)方案。從課程內(nèi)容設(shè)置、課程思政建設(shè)、課堂教學(xué)改革、課后創(chuàng)新實驗建設(shè)及考核方式多樣化等方面進(jìn)行探討，并給出相應(yīng)的建議，旨在滿足農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的太陽能工程應(yīng)用人才培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程；太陽能工程；課程建設(shè)；實踐教學(xué)；創(chuàng)新實驗；課程思政

1引言

農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程作為農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域下轄的七個二級學(xué)科之一，是我國發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、推進(jìn)鄉(xiāng)村振興的基礎(chǔ)學(xué)科。由于專業(yè)的針對性不強(qiáng)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢以及一些學(xué)生對從事農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工作的偏見，因此該專業(yè)較少有高校開辦且均由農(nóng)業(yè)類大學(xué)設(shè)立。隨著傳統(tǒng)化石能源危機(jī)和全球范圍的環(huán)境問題、溫室效應(yīng)越發(fā)突出，以及“雙碳”背景下農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)村城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代新農(nóng)村建設(shè)戰(zhàn)略的實施，該專業(yè)將在低碳化農(nóng)業(yè)及“新能源+新農(nóng)村”的建設(shè)進(jìn)程中發(fā)揮決定性作用[1]。太陽能作為一種清潔環(huán)保的可再生能源（5%的太陽能相當(dāng)于世界能源需求的50倍），將其應(yīng)用于社會發(fā)展的各個領(lǐng)域是緩解甚至解決人類面臨的能源危機(jī)的根本途徑[2]。近年來，結(jié)合我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革，太陽能光伏發(fā)電和光熱利用得到了廣泛推廣，從而推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此，農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程作為農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中與能源利用緊密相關(guān)的專業(yè)，設(shè)立太陽能工程課程對確保整個專業(yè)課程體系構(gòu)建的完整性、合理性和科學(xué)性具有重要意義。本文結(jié)合農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的學(xué)科特色，對太陽能工程課程的內(nèi)容設(shè)置、課程思政建設(shè)、課堂教學(xué)改革、課后創(chuàng)新實驗建設(shè)及考核方式多樣化等環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有課程的改造與提升，滿足新時代的人才培養(yǎng)需求。

2太陽能工程課程教學(xué)存在的問題

（1）教材針對性弱。由于太陽能工程技術(shù)涉及學(xué)科眾多，因此太陽能工程課程的教材選擇要具有較強(qiáng)的針對性。目前有關(guān)太陽能利用技術(shù)的教材較多。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)的不同，有些教材主要圍繞光伏發(fā)電技術(shù)而展開，有些教材則是針對光熱發(fā)電技術(shù)來闡述，但已有的教材主要集中于太陽能在工業(yè)及高端制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，偏離了農(nóng)業(yè)類大學(xué)課程建設(shè)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，因此缺乏適用于農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)的優(yōu)質(zhì)教材。（2）課程實驗設(shè)備匱乏。完善的配套課程實驗不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能夠幫助學(xué)生理解并掌握課堂理論知識，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力[3]。目前尚沒有企業(yè)開發(fā)針對太陽能光熱轉(zhuǎn)換和光伏發(fā)電的課堂配套實驗設(shè)備，已有的實驗平臺存在體積大、可移動性和操作性弱等問題，導(dǎo)致實驗教學(xué)不能有效融入課堂教學(xué)過程。（3）輔助教學(xué)資源較少。輔助教學(xué)資源是指可以豐富和強(qiáng)化教學(xué)過程的各類素材，如工程案例影視介紹、系統(tǒng)運(yùn)行原理動態(tài)解析、復(fù)雜儀器的分解等教程。目前缺乏太陽能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的教學(xué)資源，從線上線下可以查閱搜集到的可用素材非常有限，且大部分素材為企業(yè)產(chǎn)品的宣傳視頻，不適用于課堂教學(xué)。教師只能采用文字描述或靜態(tài)圖片加文字注釋的模式進(jìn)行教學(xué)，不能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂活躍度較低。（4）考核形式單一。在義務(wù)教育階段，主要采用傳統(tǒng)的考試方式，通過試題來考查學(xué)生對知識點的掌握程度，偏重于對理論知識的考核。到了大學(xué)后亦是如此，考試內(nèi)容教材化、考試題型標(biāo)準(zhǔn)化、考核方式單一化以及考試前“臨時抱佛腳”的現(xiàn)象凸顯[4]。特別是大學(xué)生在脫離了家長和教師的約束后，容易出現(xiàn)遲到、曠課、逃學(xué)等問題，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)大面積掛科、拿不到學(xué)位證書的情況。

3太陽能工程的課程建設(shè)

培養(yǎng)目標(biāo)和知識點之間的關(guān)系是影響課程內(nèi)容設(shè)置的兩個主要因素。在培養(yǎng)目標(biāo)方面，要滿足社會的需求且形成專業(yè)特色。我校農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)立足于農(nóng)業(yè)大省河南，歷經(jīng)了近四十年的發(fā)展，成為國家級特色專業(yè)，在農(nóng)村清潔能源利用如農(nóng)林廢棄物資源化利用（制氫/沼氣）、糧食干燥和太陽能利用等方面取得了一系列成果，開設(shè)的相關(guān)課程主要包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、沼氣工程、生物質(zhì)能工程、節(jié)能原理、能源與環(huán)境、可再生能源、太陽能工程等。太陽能工程課程開設(shè)的目的是使學(xué)生理解太陽能利用對新農(nóng)村建設(shè)和低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義，用專業(yè)的理論和方法處理農(nóng)村能源相關(guān)領(lǐng)域需求要素之間的關(guān)系，最終運(yùn)用所學(xué)知識對農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域太陽能利用工程進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計，使學(xué)生成為綠色農(nóng)業(yè)工程方面的建設(shè)者、低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的開拓者，為我國新農(nóng)村建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。在知識點之間的關(guān)系方面，由于太陽能工程課程涉及光學(xué)、傳熱學(xué)、熱力學(xué)、材料學(xué)、電子學(xué)以及環(huán)境學(xué)、地理學(xué)等多種學(xué)科，因此需要科學(xué)合理地設(shè)計先導(dǎo)課程，使學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)課程知識，避免教學(xué)過程出現(xiàn)知識點錯亂穿插及重復(fù)講授等問題?？梢詤⒖棘F(xiàn)有的太陽能利用相關(guān)優(yōu)秀教材、專著以及結(jié)合我校農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)特色，加工整理自編講義。教學(xué)內(nèi)容包含五部分：第一部分，對太陽能的概述。使學(xué)生了解太陽能的特點、資源分布、利用方式和現(xiàn)狀、太陽輻射計算等，掌握太陽常數(shù)、大氣質(zhì)量和太陽輻照度等基本概念。第二部分，首先介紹太陽能光熱轉(zhuǎn)換原理，通過常見的太陽能集熱系統(tǒng)，使學(xué)生掌握與太陽能有關(guān)的熱傳導(dǎo)問題如導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱等，然后介紹常見的集熱器如平板式、真空管式、槽式、塔式集熱器以及新型的菲涅爾式聚光集熱器的結(jié)構(gòu)和原理。第三部分，利用太陽能空調(diào)系統(tǒng)使學(xué)生掌握太陽能制冷的物理原理和常用方式，包括吸收式制冷、吸附式制冷及噴氣壓縮式制冷等，并能夠通過工程熱力學(xué)知識對常見的太陽能制冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計及性能評價。第四部分，通過簡單的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使學(xué)生掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成、原理以及光伏系統(tǒng)評價指標(biāo)和評價方法，了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類及制造。第五部分，介紹太陽能利用技術(shù)的具體應(yīng)用實例，即太陽能復(fù)合系統(tǒng)在農(nóng)村能源領(lǐng)域的應(yīng)用，如農(nóng)村家用太陽能光伏發(fā)電、供熱與空調(diào)集合系統(tǒng)（光伏屋頂），農(nóng)業(yè)建筑（新型太陽能生態(tài)農(nóng)業(yè)大棚）一體化太陽能光伏光熱技術(shù)系統(tǒng)[5]，太陽能光伏/光熱耦合生物質(zhì)的分布式能源系統(tǒng)等。結(jié)合具體的農(nóng)業(yè)工程應(yīng)用案例使學(xué)生了解太陽能熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的常用形式、系統(tǒng)設(shè)計方法和系統(tǒng)運(yùn)行控制策略等。

4太陽能工程課程教學(xué)改革路徑

4.1加強(qiáng)課程思政環(huán)節(jié)

2016年，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[6]。高等教育是提高我國核心競爭力、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的基礎(chǔ)，其不僅致力于提高學(xué)生的知識水平，還肩負(fù)著培育學(xué)生的思想品德、引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的政治方向等職責(zé)。大學(xué)課堂是實施人才培養(yǎng)和落實立德樹人的主戰(zhàn)場，有效地把課堂知識講授與思想政治工作有機(jī)結(jié)合起來是推動課程思政建設(shè)的關(guān)鍵[7-8]。太陽能工程作為新興的可再生能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)，與我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)利用等息息相關(guān)?？梢酝ㄟ^介紹行業(yè)內(nèi)有著突出貢獻(xiàn)的人物如獲得2020年太陽能熱利用科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎的葛新石教授以及因發(fā)明漸變鋁氮/鋁太陽能選擇性吸收涂層技術(shù)而取得太陽能熱利用技術(shù)重大突破的殷志強(qiáng)教授，從而對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育，培養(yǎng)學(xué)生的奉獻(xiàn)精神。通過介紹光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上具有代表性的企業(yè)如隆基股份、天合光能和晶澳科技等突破國外技術(shù)封鎖、實現(xiàn)“彎道超車”的故事，培養(yǎng)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)、攻堅克難的品質(zhì)。合理挖掘各章節(jié)知識點所蘊(yùn)含的思政元素，能夠?qū)崿F(xiàn)課堂知識能力和思政素養(yǎng)的雙重培養(yǎng)。

4.2實施教學(xué)方法改革

太陽能工程作為一門工程類課程，是在學(xué)生掌握工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)基本理論以及電工電子技術(shù)的基礎(chǔ)上開展的。因此，太陽能工程課程不能像上述理論課程一樣局限于書本，并過多地關(guān)注理論知識的講解與推導(dǎo)，而應(yīng)當(dāng)更多地把多媒體教學(xué)和實驗教學(xué)融入課堂教學(xué)中[9]。利用多媒體視頻使學(xué)生了解國內(nèi)外有關(guān)太陽能利用的工程案例，確保課堂聲像俱佳，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以有效幫助學(xué)生理解理論知識[10]。另外，太陽能技術(shù)發(fā)展迅速，特別是在光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，因此可以結(jié)合最新的科研講座視頻開展相關(guān)的教學(xué)研究，使學(xué)生在習(xí)得知識的同時掌握最新的科研動態(tài)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、拓展課堂教學(xué)的深度。雖然現(xiàn)有的太陽能工程課程設(shè)置了相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)，但是理論教學(xué)和實驗教學(xué)基本上是分開的，即在學(xué)生在完成了相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)后，再進(jìn)行統(tǒng)一的實驗。因此，可以把簡易的實驗引入課堂教學(xué)中，或者把課堂教學(xué)搬到實驗室進(jìn)行，實現(xiàn)理論教學(xué)和實驗教學(xué)的有效結(jié)合。

4.3更新實驗裝置及實驗內(nèi)容

實驗教學(xué)是幫助學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)學(xué)生思考及解決實際應(yīng)用問題、提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力具有重要意義[11]。一方面，可結(jié)合我校農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)特色，搭建太陽能光伏光熱耦合干燥器實驗平臺，通過光伏發(fā)電為整個干燥系統(tǒng)提供強(qiáng)制對流動力，提升干燥效率；另一方面，通過換熱器對光伏板進(jìn)行冷卻，提升光伏發(fā)電效率，同時對進(jìn)入干燥系統(tǒng)的冷風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱。通過該平臺了解太陽入射角影響、太陽能電池板伏安特性、電池板溫度與輸出功率間的關(guān)系等[12]，并且可以實驗探究太陽能電池板冷卻特性如冷卻介質(zhì)、換熱工況及換熱器形式等因素的影響。篩選出對太陽能利用技術(shù)有濃厚興趣的學(xué)生，指導(dǎo)其完成諸如新型太陽能生態(tài)農(nóng)業(yè)大棚的設(shè)計、太陽能干燥系統(tǒng)與吸收式制冷系統(tǒng)耦合的限氧干燥裝置設(shè)計、利用熱管和相變儲熱技術(shù)的太陽能沼氣發(fā)酵加熱系統(tǒng)設(shè)計等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的創(chuàng)新實驗，鼓勵學(xué)生參加全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽、全國大學(xué)生農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程相關(guān)專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，形成以研促學(xué)、以賽促學(xué)的創(chuàng)新教學(xué)模式。

4.4考核方式多樣化

大學(xué)教育特別是工程類課程教學(xué)，應(yīng)更加注重考核學(xué)生對課程知識的運(yùn)用能力及實踐能力，如此才能促使學(xué)生轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)方式[13-14]。太陽能工程課程考核可以分為課堂參與度考核、創(chuàng)新實驗考核以及理論知識考核（期末考試）。在課堂參與度方面，依據(jù)學(xué)生在課堂上回答問題、參與課堂知識講解時的表現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)行打分，從而調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，打造互動式課堂、討論式課堂。在創(chuàng)新實驗方面，依據(jù)學(xué)生參與課程創(chuàng)新實驗的表現(xiàn)、實驗報告等對學(xué)生進(jìn)行打分，計入綜合成績，從而鼓勵學(xué)生參與創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力?？己朔绞降亩鄻踊饶茉黾訉W(xué)生對學(xué)習(xí)的新鮮感，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)實踐教學(xué)，又能降低期末考試的比重，使學(xué)生注重過程性學(xué)習(xí)，避免學(xué)生在考前“臨時抱佛腳”。

作者:劉新新 青春耀 劉亮 焦有宙 賀超單位:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 生物質(zhì)能源河南省協(xié)同創(chuàng)新中心