关键词：TRIZ技术交直流电焊机节能
0引言
节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，人们越来越充分认识到了环境对我们人类发展的重要性，能源问题成为环境对人类最为重要和紧迫的问题。要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是最直接有效的重要措施。节能就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。
1.交流电焊机空载耗能
交流电焊机是一种实现焊接工艺的设备，通过产生高温熔化工件实现焊接的功能。它是一种常用的低压电气设备，在建筑、冶金、机械制造等行业应用最为广泛。它主要用于钢铁材料的焊接，焊接作业中存在工作准备、工件摆放、焊接效果观察、换焊条等中断过程，使得电焊机工作间断频繁，一台交流电焊机的空载时间约为40%。另外交流电焊机空载有功损耗占其容量的10%--25%，无功损耗占容量的8%--9%，功率因数低于0.3（电力部门规定0.85以上），降低了有功电能的利用率，造成极大的电能浪费。
2.TRIZ技术创新过程与方法
TRIZ意译为发明问题的解决理论，它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。TRIZ不是采取折衷或者妥协的做法，它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。实践证明，运用TRIZ理论，可加快问题的解决进程而得到理想解。TRIZ常用分析工具举例介绍如下：
物质――场模型是TRIZ理论中重要的分析工具之一。在使用该模型分析和解决问题的过程中，需要根据模型所描述问题的类型来确定问题的性质，再结合物质――场模型对系统分析的结果，参考76个标准解，为创新思维创造条件。物质――场模型是从分析的角度把特定问题的技术系统和过程模型化，并区分出这个过程的问题核心。
冲突解决理论是TRIZ理论另一重要的分析工具。基于TRIZ的冲突分为管理冲突、技术冲突和物理冲突。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，通常表现为两个相互关联的参数之间的冲突。物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性，物理冲突是统一系统统一参数内的冲突。管理冲突、技术冲突和物理冲突同时存在，只是描述问题的角度不同。通过多年的研究、分析和比较，TRIZ理论的创始人Altshuller提出了冲突矩阵，该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数和40条发明原理建立了对应关系，根据冲突矩阵，可以方便的选择创新过程中需要应用的发明原理。
TRIZ对创新问题的解决流程为问题的提出和描述、问题的分析、问题的解决和解决方案评价。TRIZ理论解决问题首先是对问题进行描述，包括问题的背景、技术系统实现的功能、现有技术系统的工作原理、当前技术系统存在的问题、问题出现的时间和条件等。其次进行问题分析，包括功能模型的建立、根原因的确定、冲突区域的确定、理想解的确定、可用资源分析。然后选择工具解决问题，这个阶段主要对问题分析阶段确定的每一个问题的关键点，应用TRIZ工具进行解决。对每一个确定的问题的关键点，可以从不同的角度进行描述，一个问题的关键点可从冲突、功能替代、如何做等角度描述，也就是说一个问题的关键点可以用多种工具来解决。
3.TRIZ技术创新解决交流电焊机空载耗能的问题
3.1问题分析
应用创新方法中的分析工具对问题进行深入分析，找到问题产生的根本原因，确定问题区域，根据实际情况进行功能分析、冲突区域确定、理想解分析、资源分析等，选择适用的创新工具进行解题。根原因分析可以采用因果链分析法、鱼骨图分析法和5why分析法进行分析。例如对交流电焊机空载耗能的因果链分析如下：
依据根本原因和其相关问题元件及属性，确定问题关键所在。问题关键点一：焊接工件过程，空载时耗电高，但关机后又无能量。确定问题的最终理想解：电焊作业过程中，在不断电源的过程中，实现电焊机在空载时自动停止，焊接时自动起动。
3.2问题解决
应用TRIZ工具――冲突解决理论、物质-场和标准解、技术进化、功能裁剪、效应等，得到所有创新解并确立最终解。
3.2.1工具一冲突解决理论
3.2.1.1技术冲突解决过程
①.冲突描述：为了改善系统的“能耗”高的问题，我们需要在电焊机空载的时候断电，但这样做了会导致系统的可操作性难度加大。②.转换成TRIZ标准冲突。改善的参数：能量损失；恶化的参数：可操作性。③.查找冲突矩阵，得到如下发明原理：35参数变化发明原理、32改变颜色发明原理、1分割发明原理。④.依据选定的发明原理，可以得到解决交流电焊机空载能耗高的问题的解决方案。例如依据No.35参数变化发明原理，得到解如下：改变温度，电焊机在焊接和空载状态下，焊枪通过温度感应，辨识电焊机是焊接作业还是空载，通过一个温控感应装置，实现焊枪与开关的之间的联动。
3.2.1.2物理冲突解决过程
①.冲突描述：为了降低电焊机空载能耗，需要电源为“中断”，但焊接作业过程，需要电源为“不中断”，即电源既要中断又要不中断。②.选用4条分离原理当中的时间分离原理，查找与该分离原理对应的发明原理，根据选定的发明原理，得到解决交流电焊机空载能耗高的问题的解决方案。例如依据No.19周期性作用发明原理，得到解如下：在电焊机空载过程中，通过焊把动作频率的改变达到起、停电的信号传输，实现电焊机空载时的电源切断，和焊接的时的自动唤醒。
3.2.2工具二：物质-场分析及76个标准解
①.建立问题的物质-场模型
②.根据所建问题的物质-场模型，应用标准解流程确定问题的通解。该问题为无效完整系统，在电机空载过程中，焊枪的作业中断过程，不能够让电源中断，或者电源中断后电源唤醒困难。需要改进在电焊机空载过程中，对电源的中断和唤醒困难问题。采用1.1.3类标准解，系统不能改变，但允许使用一个永久或暂时的外部附加成分S3改变不足作用。③.依据选定的标准解，得到解决交流电焊机空载能耗高的问题的解决方案。例如采用1.1.3类标准解，得到问题的解如下：在焊枪和电源开关直接增加一个控制器，在焊枪不进行焊接作业，电机空载过程中，可以让电源顺利中断，又可以在焊枪在恢复焊接作业过程中唤醒电源。
关键词：可再生能源；专业基础课；提高教学质量
作者简介：徐谦（1981-），男，江苏苏州人，江苏大学能源与动力工程学院，讲师；张红（1979-），女，江苏沭阳人，江苏大学能源与动力工程学院，讲师。（江苏镇江212013）
基金项目：本文系江苏省高等教育教学改革研究重中之重课题（课题编号：2011JSJG006）、江苏大学教学改革项目（项目编号：JGZD2009025）的研究成果。
中图分类号：G647文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）35-0097-02
一、开设“可再生能源概论”课程的背景
能源短缺与环境污染是21世纪人类面临的两大基本问题。自工业革命以来的大规模化石能源资源消耗和生态环境恶化，导致人类社会的可持续发展受到严重的威胁。对于中国这样以煤为主要能源的国家，随着经济社会的不断发展和对能源需求的不断增长，这些问题显得尤为突出。发展可再生能源是解决这些问题的主要途径之一。可再生能源如太阳能、风能、地热能、生物质能等，具有清洁、低碳、可持续利用等优势，正越来越受到重视。在国家层面上，我国在相关政策中都增加了可再生能源的元素，可再生能源产业的发展也受到国家的高度关注。但是，和发达国家相比我国的可再生能源产业起步较晚，总体发展程度不高。在我国可再生能源产业发展过程中的一大限制因素是缺少成熟先进的可再生能源技术。我国主要的可再生能源设备完全依赖于进口，可再生能源领域的科技创新能力明显不足。培养可再生能源相关内容的专业型和复合型人才是一个关键的突破口。为此，江苏大学从2006年起为热能与动力工程专业的本科生开设了“可再生能源概论”课程并收到了良好的效果。学生在开阔视野、了解基础知识的同时也提升了深入学习的兴趣。为了进一步顺应时展和社会需求，2010年7月经教育部批准，浙江大学、西安交通大学、华北电力大学、江苏大学等11所高校首次设立了新能源科学与工程专业。在该专业的本科生培养方案中，“可再生能源概论”是一门重要的专业基础课。
二、“可再生能源概论”课程的特点
“可再生能源概论”是新能源专业的专业基础课，也是热能与动力工程专业（自2012年起教育部调整为能源与动力工程专业）的专业选修课。目前已有多本相关的书籍可作为教材备选。[1-4]该课程具有以下特点：
1.内容多，学时少
可再生能源覆盖面较大，课程内容包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能以及新能源与可持续发展。而作为一门先导课，它主要起着引人入门的作用，所以教学时间通常只有32学时。[5]如何在较少的学时内把大量的内容涉及到、连接好，对教学质量有着很大的影响。
2.课程内容发展更新快
可再生能源研究是目前最迫切也是最热门的研究领域，大量的研究成果被国内外的学术期刊广泛而持续地报道出来。这一点反映到课程内容上，几年前还称之为“待解决的问题”到现在可能已经有很好的解决方案。在每次确定课程内容时，需要紧跟学科的发展把这些新的内容包括进去。
3.与后续课程衔接紧密
“可再生能源概论”是一门专业基础课，负责把学生引进本学科的大门。到了专业课学习阶段，学生还要深入地学习“生物质能源转化原理”、“太阳能光伏技术”、“风力发电原理与控制”等课程。本课程与后续课程衔接紧密，在学习本课程时树立起学生的学习兴趣和良好的学习方法对学好后续课程具有重大的影响。
三、提高教学质量的措施
1.精心组织教学内容
在32学时的教学时间内不可能对所有的可再生能源进行全面深入的介绍。笔者结合自身的科研方向，重点对太阳能、燃料电池（其中有与生物质能关联的“直接醇类燃料电池”和与氢能关联的“质子交换膜氢氧燃料电池”）相关内容进行介绍。除了讲述教材上的知识，还加入了目前存在的问题以及最新的科研成果。例如在讲到直接高浓度醇类燃料电池时，笔者就加入自己近两年的科研成果，讲述流场和膜电极结构优化对电池性能的影响。学生反响热烈，对此部分知识的理解得以加深。其余的可再生能源类别则讲述其基本原理，以便与后续的专业课程衔接。
除了上述理论知识之外，在教学过程中加入实验教学也是一个提升质量的有效途径。结合江苏大学能源与动力工程学院自身的特点和实验条件，在教学过程中尝试为学生增加了包括太阳能房和地源热泵等实验内容。以太阳能房为例，作为一种节能减排建筑，左然教授在2005年建立的30m2的太阳能平房具有冬暖夏凉（不依赖于空调或加热器）的特性。覆盖于屋顶的太阳能集热板能调节安放角度与暴露面积，连接到屋内的管道末端装有风机调节气流速度。联系传热学和本课程中关于太阳能知识的介绍，学生可自己动手调节相关参数获得直接的感性认识，结合课后的理性思考，可进一步加深对太阳能利用的掌握。
通过相关实验的演示、观摩和操作，使学生对发展可再生能源和采取节能减排措施所达到的效果有了更直观深入的认识，并对教学内容中所涉及的一些相关内容也有了更深入的理解。
2.教会学生学习的方法
可再生能源领域的发展日新月异，学生不必要也不可能在课上学到所有的知识点。为此，笔者尝试采用了设疑、研讨、引导式的教学方式。一是通过课堂提问让学生参与针对设疑问题解决思路的研讨，扩展学生解决问题的思路，培养学生的创新思维；二是对解决设疑问题的正确思路和有新意的想法给予肯定，对学生的努力当众予以表扬，引导学生利用所学知识积极探索解决问题的新思路，逐步形成并确立独立思考、获取、研究和创造知识信息的习惯；三是充分利用每堂课的最后5分钟，除了总结本次课程的主要内容之外，还给学生设置一些疑问来引导学生预习下一次课的主要内容。
3.增强课堂互动
除了课堂提问之外，笔者还借鉴研究生研讨课的形式与学生形成大量的互动。上课时，学生可随时打断老师的授课就正在讲解的内容进行发问或点评。学生之间也可相互点评。讲到某一处，若有学生对此处内容了解较多，老师就把讲台让出坐在台下，由该生在台上进行讲解。经过数次尝试，学生逐渐适应并喜欢上这种无拘无束的互动，学习的兴趣得到激发，对教学内容也会自发地去找资料扩充及深化。必须要指出的是，笔者的教学班级人数少于50人，这种互动是良性的、可控的；若是授课班级人数过多，则不适用这种互动形式。
4.优化考核方式
考核环节作为教学过程的有机组成部分，对教学质量有重要影响。长期的实践证明，此环节能有效地促进学生复习和巩固所学内容，检查学生对所学知识、方法和技能的理解、掌握及运用情况，既是评定学生学习成绩的有效手段，也是检验教学效果、取得反馈信息、改进和提高教学质量、推进教学改革的主要途径。[6]传统的主要课程考核方式——考试，虽然有其合理性，但是实际上束缚了学生的发散思维，忽视了对学生学习能力和创新能力的考查。对于“可再生能源概论”这样的专业基础课，有必要根据不同的教学内容采用灵活多样的考核方法。笔者采取了平时成绩与期末成绩相结合的方式：平时成绩占总成绩的40%，主要包括平时的考勤、回答教师提问的质量和课上讨论发言的质量；期末考试占60%，避免繁琐的运算与对零碎知识点的机械式记忆，试题以开放的论述题为主，不设标准答案。学生根据对问题的认识和理解进行解答，解答过程中学生可以针对当今能源领域的一些重要或敏感问题提出有参考价值的意见与思考，可充分发挥自身的创新意识。通过这样的考核方式，学生不仅掌握了可再生能源方面的基础知识，而且提高了分析问题、整合资源、文字表达和解决问题的能力。这样的考核方式得到了几届学生的普遍认可。同时，通过这种考核方式，笔者了解到不同学生的不同兴趣所在，从而为第八学期的毕业设计题目设定提供了一定的依据，为教学的连续性和提高毕业设计的质量提供帮助。
四、结语
笔者通过课堂教学的不断摸索，针对“可再生能源概论”课程的特点和“90后”大学生的特性，在提高教学质量方面进行了改革尝试。通过激发学生自学潜力，培养学生的学习兴趣，引导学生养成了独立思考、获取、研究和创造知识信息的习惯，提高了“可再生能源概论”的教学质量和教学效果。然而，“可再生能源概论”的课程教学是一门系统工程，从教学内容的选取到教学主题的把握，从教案的准备到课堂设计，从作业的选取到考核形式的改革，各个环节都会影响教学质量和教学效果，在这些方面，尚有许多值得研究和探讨的空间。另外，本课程与后续专业课程的衔接也是一个值得研究的课题。
参考文献：
[1]左然，施明恒，王希麟.可再生能源概论[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]索伦森.可再生能源的转换、传输与存储[M].北京：机械工业出版社，2011.
[3]S.Singer.SustainableEnergySources，UsesandTechnologies[M].NewYork：Webster'sPublisher，2011.
[4]保罗·克留格尔.可再生能源开发技术[M].北京：科学出版社，2007.
随着2006年《可再生能源法》的正式实施，风能、太阳能等新能源为严峻的能源现状带来了一线曙光。专家认为，在新能源由于技术等一系列问题还无法取得立竿见影的效果的情况下，节能产业遇到了发展的新契机，成为中国直面能源问题的首要举措。
能源价格“涨”声一片
油价上涨一直是热点中的热点。欧佩克最大的两个原油生产国沙特和伊朗分别由于面临恐怖威胁和核问题的升温等一系列问题，导致国际油价攀升不止。国际油价上涨直接导致了国内油价的攀升，中国93号汽油价格已由2002年的每升2元多涨到了现在的5元多。
中国煤炭价格也从2003年开始大幅上涨。2005年，中国煤炭价格较2004年上涨了20%左右，现在每吨煤的价格超过了300元人民币。煤价上涨直接导致了电价的上涨。“煤电之争”愈演愈烈，根据“煤电联运”方案，中国电煤价格出现上涨，而随之电价的上涨也几乎不可避免。
油、煤、电，能源价格“涨”声一片，而随着能源价格的上涨，交通运输、冶金、石化、轻工、渔业、农业等许多行业都受到不同程度的影响。专家认为，能源价格上升将导致消费和投资减少，进而影响国民经济增长。专家甚至预测，如果能源价格保持目前水平，今后中国经济增长可能因此会放缓0.5~1个百分点。
面对“涨”声，开源还是节流？
调查显示，目前中国已成为煤炭第一消费大国，油、电第二消费大国。面对如此严峻的能源问题，中国将如何面对？
专家指出，我们必须从两方面来着手考虑：一是开源，就是通过增加能源供给，缓解当前的能源紧张现状。二是节流，通过采用先进的节能设备和完善的节能解决方案来节省有限的能源使用量。在开源方面，我们的形势不容乐观。首先，在相当长的时期内，能源需求仍将保持上涨趋势，这给中国的经济带来了严峻考验。其次，依靠开发新能源和可再生能源增加能源供给方面，短期内收效甚微。2006年1月1日，《可再生能源法》正式实施。风能、太阳能等新能源为严峻的能源现状带来了一线曙光。但是，风能、太阳能等新能源对地区、环境的特殊需求以及新能源的技术壁垒等一系列问题，新能源仍然“远水不解近渴”，远远不能满足经济的发展对能源的需求。
而在节流方面，有人算了一笔帐，按目前的水平，仅就节电而言，中国每节电1%，就相当于80亿元的收益(以平均每千瓦时0.5元计算)，其效益的可观性可见一斑。另据调查显示，目前我国的能源利用效率仅为30%左右，比发达国家低约10个百分点，产值能耗比世界平均水平高2倍多，中国已成为世界上产值能耗最高的国家之一。由此，我们看到了节能事业的迫切性以及巨大的节能空间。
国家统计局副局长张认为，在目前新能源无法满足能源需求的情况下，面对不断高涨的能源价格和需求，全民节约将是直面能源问题最有效的方式。建设资源节约型社会也已经正式写进了“十一五”规划中，这给节能产业的发展带来了新契机。
企业，是机遇更是责任
企业是经济发展的主体，对于能源问题来说更是首当其冲。而对于耗能最大和与节能问题关系最大的制造业企业来说，能源问题带来了新的机遇和挑战。专家认为，提高企业的节能意识，增强企业对节能产品的开发，将是大力发展节能产业，并解决能源问题的根本途径。
我们高兴地看到，越来越多的中国企业已经认识到能源问题的严重性并采取了有效的措施。在首届“中国建筑电器风云对话”中，朗能节能产业的发展便被业内外专家称之为“战略智慧与社会精神的和谐统一”。
第几并不重要,既不是荣誉,也不是耻辱,但中国能源消耗的现实确实很严峻。目前年消耗量大约35亿吨标煤,年增长1亿吨左右。其中在包括非商品能源在内的能源总消费量中,农村用能所占比例较大,大约占全国总消费量的40%左右。建设新农村,改善生活、改善环境、振兴文化、发展经济,都离不开能源。为了深入了解农村能源的现状和问题,记者采访了国家能源局新能源和可再生能源司农村能源处副处长周篁。周篁认为,目前农村人均用能水平很低,在未来相当一个时期里需求和消耗会不断增加。用常规能源解决,会产生供给不足、排放激增等现实问题,将产生严重的供需矛盾,需要政府、专家、媒体,以及全社会共同关注,共同寻求更好的解决办法。
从国内情况来看,化石能源资源的有限性和开发利用过程中带来的环境问题严重制约着可持续发展,在建设社会主义新农村的进程中,改善能源结构,保障能源安全,促进经济和社会的可持续发展,是我们面临的重大战略问题。从国际情况来看,我国对国际上的减排承诺是:到2023年将单位GDP的二氧化碳排放在2005年的基础上降低40%至45%。要实现这个承诺,光靠城市的减排是做不到的,必须把农村能源纳入统一减排规划。从建设节约型社会来看,农村大量可再生能源资源被低水平利用,或被浪费掉了。充分利用这些资源,对节约能源、创建节约型社会意义重大。
四则消息折射出农村能源的理想与现实
为了了解农村能源情况,我们选择了4个观察点,分别代表中部中心城市郊区、东部发达地区、东北地区和西部落后地区。且看从这4个观察点了解到的情况。
第一则消息:北京延庆创建“绿色能源示范县”
采访时间:2010年7月12日
采访媒体:《财经界》杂志
近几年来,延庆县依托得天独厚的自然资源优势,大力开发农村绿色能源,在创建“绿色能源示范县”建设中取得了突出成就。
县委、县政府以农民生产生活条件改善为切入点,重点解决了农村水、路、厕、灶等方面的问题,秸杆气化、沼气工程、太阳能灯、节能吊炕等清洁、节能、可再生能源得到广泛利用。农村社会事业取得新进步,公共服务设施建设成果显著。同时,全面实施“5+3”工程,即全面推进环境整治、街道硬化、人畜饮水、污水处理、厕所改造等新农村建设五项工程以及“亮起来、暖起来和循环起来”的“三起来”工程。目前,新农村建设“5+3”工程已全面铺开,83个村的绿化美化验收工作已经全部结束。到2008年底,共推进了318个村的绿化美化,建成街心公园和街头绿地273处,增加绿化面积911公顷,有21个村跨入了“首都绿色村庄”行列,93个村成为“延庆县绿色村庄”。
第二则消息:东莞市洪梅节能不过关遭一票否决
报道时间:2010年6月18日
报道媒体:南方都市报
东莞镇街节能考核的结果出来了,这次并没有“全面通过”,麻涌、洪梅两镇被评为“未完成”。东莞市能源利用监测中心方面表示,依据考核的结果,这两个镇街今后将暂停高耗能项目的审批。在2009年,洪梅镇的单位GDP能耗不降反升,升幅达183.54%。去年市里下达给洪梅的目标是每万元GDP消耗标准煤1.45吨,但洪梅用了4.84吨。洪梅镇去年国内生产总值为25亿元左右。全镇总面积33.5平方公里,户籍人口2.1万人,外来务工人员5万多人。
镇内有按五星级标准建设的汇景酒店、高尔夫练习场等,能源、通讯、供水、供电及医疗设施配套日益完善,巨大的能源消耗已经达到和超过了一般内地发达城市的水平。
第三则消息:黑龙江省新发镇26个村屯煤气普及率90%
采访时间:2010年7月12日
采访媒体:《财经界》杂志
为了解目前东北农村能源使用情况,本刊记者电话采访了黑龙江省哈尔滨市新发镇党委书记梁尔夫。据梁尔夫书记介绍,该镇现有12个行政村共26个自然村屯,取暖主要靠煤和柴薪,做饭主要靠煤气,每罐85元,煤气普及率达到了90%。有10%家庭用不起或从节约角度考虑,不用煤气。沼气每村有三四家示范户,但推广效果不好,主要是因为东北气候太冷,取暖期长达7个月,低温的情况下沼气无法生产。太阳能利用率比较高,每个村都有几十户安装了太阳能热水器。其它新新能源形式,如风能、生物质颗粒等,基本没有。因为每家每户都通电,都有很丰富的薪柴,因此能源问题在这里解决得很好。
第四则消息:广西都安“村村通电工程”让瑶胞乐开怀
报道时间:2009年2月6日
报道媒体:广西日报
“没想到我们这漆黑的山旮旯里也能点上亮堂堂的电灯,今年可以过上一个明亮亮的大年啦!”2009年春节,在距县城60公里的都安瑶族自治县保安乡平浪村中良屯,看着家里新装上的电灯,82岁的瑶胞蓝奶奶高兴得双眼眯成了一条缝。至此,该县开展的“村村通电工程”取得了阶段性胜利,分散居住在大山深处的19个村286个自然屯3341户瑶胞全部用上了电。
从以上4则消息,可以看出,由于中国幅员辽阔,经济发展情况差别巨大,农村能源的需求和消耗也存在巨大差别,很难一概而论。但总体来看,发展的确取得了一些实实在在的成果,沼气发展到3000多万户,小水电、太阳能、风能、生物质固体成型燃料等在很多农村得到了开发利用。但是,长期以来,农村能源一直是我国能源建设的薄弱环节。目前,全国仍有50%以上的农村生活能源以直接燃烧薪柴和秸秆的方式提供。在西部偏远地区还有200多万户无电人口。
目前,农村生活能源的市场化水平低,服务体系不完善。虽然煤炭和液化气等常规能源在农村生活能源中已有较多的使用,但供应网点和服务站点与城市相比还有较大差距,常规能源价格不断上涨也迫使部分农民返回到燃烧薪柴的用能方式。农村户用沼气、太阳能热水器、太阳灶、太阳能光伏发电系统等可再生能源,利用设施缺乏配套的技术服务体系,市场化和产业化水平低,影响了农村能源设施的持续可靠运行。农村电力和液化气等现代商品能源用量很低,能源服务体系不健全,能源消费水平与城市差距很大。
绿色背景下的新能源观察
农村能源的含义很宽泛,从字面上理解,是农村地区使用的能源,包括常规能源和可再生能源。在倡导环保的基础上,针对新增的能源需求,农村能源一般指农村地区的可再生能源,也就是绿色能源。
广大农村是可再生能源资源的宝库,新能源的各种形态,包括太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能等,都有很丰富的蕴藏。
风能:相对来说,风能设施建造费低廉,运行简单,对地形的要求也比较灵活,是目前中国发展最快、商业化程度最高、经济上也最适用的新兴产业。中国风电连续3年翻番增长,2006～2008年风电装机容量分别达到267、605、1217万千瓦,2009年装机容量突破2200万千瓦,居世界第三,风电在我国已成为继水电、火电后最具成长性的能源;核电在建规模居世界第一,经过30多年发展,我国已建成投用核电机组11台,装机容量917万千瓦,发电量692亿千瓦时,相当于每年少用原煤3200万吨,目前新核准了核电30台,共计3270万千瓦,其中在建23台,目前全世界在建核电机组57台,在建规模我国第一。中国已成为全球风电投资最活跃的市场,本土企业――华锐风电、新疆金风、东方电气等所占的市场份额也快速增加。风电是目前中国最成熟也最具有竞争力的新能源技术。
但风电同样有稳定性的问题,供电的不稳定会对电网造成冲击,可能导致整体电网瘫痪。价格较高也是风力发电难以和传统电力竞争的原因,能量储存技术和合并上电网的技术也是这一产业发展的瓶颈。目前中国在研究的智能电网正是为了解决这一问题,把不同发电方式所产生的能源并网,但合并使用的过程中,如何确保平衡与稳定供电需要很多控制手段和技术。智能电网在中国也还处于起步摸索的阶段。
太阳能:热水器利用量,我国也居世界第一,我国还是世界上太阳能光伏电池最大的生产国,目前太阳能光伏电池年产量约400万千瓦,占全球产量的40%。2009年国家陆续出台了太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策,在政策的支持下中国有望像美国一样,会启动一个巨大的市场。
主要问题是“价格”――需要政府大量补贴才可能普及到民生用途,但政府在有其他选择的情况下,未必会考虑太阳能作为推广项目。业内人士透露,目前技术可在三五年内将组建成本降低到平均每千瓦低于2000美元,但仍然高于风能、水力、核电等的成本。太阳能的另一问题是不稳定,受到昼夜、季节和地理等条件限制。要解决这一问题,电力的储存技术很重要,但目前还不完善。
生物质发电:在国家新能源政策的鼓励下,对生物质发电利用可再生资源既环保又能带动农民增收的积极意义,各地方的认识几乎一致。全国许多地方都在积极为生物质发电招商引资,这些地方,除了宣传当地各类秸秆资源丰富外,都提到对农业发展、农民增收与环境保护的促进。2009年全国生物质发电装机容量达450万千瓦,其中秸秆发电200万千瓦,垃圾发电30万千瓦。
目前生物质发电面临的问题是:重复建设、资源浪费和效益低下。现在所有生物质发电项目,几乎都亏损。在燃料成本高企、人力成本居高不下以及政策扶持不到位等因素影响下,几乎所有生物质发电项目一投产就陷于亏损的尴尬境地。
沼气:我国的农村沼气建设有一个较好的政策和法律环境。全国人大曾先后在1993年颁布的《农业法》、1997年颁布的《节约能源法》、2005年颁布的《可再生能源法》和《畜牧法》中都明确强调要加强农村沼气建设,同时把农村沼气建设列入到了《中国21世纪议程》、《国家国民经济和社会发展中长期规划》和《可再生能源中长期发展规划》,给农村沼气的发展提供了长期的、稳定的政策支持机制和政策指导。2005年10月,中央提出要“大力普及农村沼气”。在此基础上,农业部制定了《2006年-2010年全国农村沼气发展规划》,提出到2010年农村户用沼气发展规模达到4000万户和2023年在农村适宜地区基本普及农村沼气的目标。各级政府对农村沼气建设的资金投入逐年增加。在过去的5年间,中央政府投入近60亿元专项支持农村沼气建设与发展。特别是自2003年以后,中央每年投入10亿元国债资金用于发展农村沼气建设,2006年这一支持力度高达25亿元。这使得我国农村沼气建设在规模上、在技术水平上都处于世界的领先地位。目前全国户用沼气池3500万户,大型养殖场沼气工程1500处,年产沼气150亿立方米。
近几年沼气发展也遇到了不少问题。首先是户用养殖比例的逐渐降低。随着大规模养殖业的兴起,户用养殖成本太高,在农村各家各户都养殖的景象再也看不到了。大规模养殖搞沼气,又面临输送和使用上的问题。其次是劳动力的流失。沼气池需要劳力清理更新原料,农村劳动力的流失,使本来就没多少人愿意干的这项脏活累活很难找到劳力。还有沼渣沼液的处理、安全等问题。
具有关业内专家悲观估计,建成2年后还在用的沼气池,不超过5%。如果情况确实如这位专家估计的那样,确实值得我们认真研究对待了。
生物质颗粒燃料:把农村的秸秆或杂草等农、林产品废弃物,在常温下进行压缩,制成高品位的清洁能源――生物质颗粒燃料,这种燃料的燃烧效率可由18%提高到90%,可替代污染严重、资源有限的燃煤等化石能源。
这项技术的发明者车战斌认为,生物质颗粒燃料作为农村新能源的基本属性最好,具有成为农村主力能源的所有条件。
它的优点,一是化学形态可控易储,能力不损失;二是原料丰富可再生,永不枯竭;三是这种绿色颗粒燃料在燃烧的过程中,不产生三废(废气、废水、固体废弃物);就连燃烧剩余物,也可以用做最优质的钾肥。四是机械技术门槛低,产品成本低。
但这项技术从2006年开始试验使用,到现在4年多了,没有得到很好的推广。主要原因,一是国家对这项技术的重视不够,没有给予政策上和资金上的支持;二是农民千百年来薪火相继养成的用能习惯很难改变,需要加大推广力度。
农村能源的解决之道
要切实解决好农村能源建设,首先在观念上,要摒弃传统观念。农民的传统观念是靠山吃山,靠水吃水。往往是就地取“柴”,舍不得在能源消费上多投一分钱,得过且过。管理者的传统观念是只要有电用、有柴烧,农村能源问题就已经解决了。这些观念,需要用现代观念来取代。一个新型农民,对能源要有新观念,那就是利用能源可以改善生活,开发能源可以增加收入,投身能源建设可以体现自身价值。对管理者来说,要用现代企业理念和现代服务业意识,来组织、开发、引导农村能源建设。
一是加强产业体系建设。不能把城市能源体系延伸到农村去,因为农民的用能承受能力低。产业体系建设首先要做好规划,其次按照不同的地区特点,因地制宜地确定新能源开发重点。
二是增加政府资金投入。可再生能源建设,需要大量投资,尤其是一些基础设施建设。这对于农村来说是很难做到的。国家在农村能源建设上,除了沼气投入较大外,其他如太阳能、生物质固体成型燃料等方面,投入较少。没有政府资金支持,这些能源项目很难发展起来。
三是推动技术创新和应用。解决农村能源建设中存在问题的关键是技术的进步。要充分做好新技术的应用,同时要有创新意识,以推动技术创新和应用实现建设目标。
关键词：能源与动力工程专业导论教学方法专业特色
中图分类号：G642；TK0-4文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0171-03
TalkingAboutProfessionalIntroductionCourseofEnergyandPowerEngineering
LiJianzhong1YuanLi2HeXiaomin1MaoJunkui1ZhangJingyu1ShiBo1
（1.NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAerospacePowerSystem，NanjingJiangsu，210016，China；2.PLAUniversityofScienceandTechnology，SchoolofNationalDefenseEngineering，NanjingJiangsu，210007，China）
Abstract：Basedontrainingofprofessionaltalentsanddemandfortalentsofenergyandpowerengineering，andalsoinviewofschool-runningcharacteristics（aviation，aerospace，civilaviation）ofNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsandcoursehighlightsofenergyandpowerengineering，professionalcharacteristicsandtrainingobjectivesofenergyandpowerengineeringwereintroducedandthenecessityofestablishingprofessionalintroductioncoursewasanalysed.Theteachingmethodsoftheoryandpracticeforprofessionalintroductioncourseofenergyandpowerengineeringwerediscussed.
KeyWords：Energyandpowerengineering；Professionalintroduction；Teachingmethod；Professionalcharacteristic
高等学校是培养专业型人才的摇篮和基地，制定合理的培养方案、设置具有综合体系的专业课程、配套相应的实践教学平台、改进教学方法、提高教师水平等是实现循序渐进地引导学生快乐学习、轻松了解和掌握专业技能及成为高技能专业型科技人才的保证。专业课程设置关系到如何让学生“喜欢学”、如何让学生知道“学什么”、及如何让学生掌握“如何学”。专业导论课，是进行系统专业学习的先导和铺垫，是引导学生了解所学专业和相关专业的入门课程，有利于帮助大学生尽早了解所学专业性质、培养专业兴趣、掌握专业学习方法、规划自身发展，能够起到重要的导航作用[1]。
1专业特色及培养目标
国家即将启动以航空发动机/地面燃气轮机为核心的高效动力装置重大科技工程专项，明确提出要突破高性能动力装置的核心关键技术，提升我国各类核心装备、重大机械设备动力系统的自主保障能力。我国能源供需矛盾尖锐，结构不合理，能源利用效率低，一次能源消费以煤为主，化石能源的大量消费造成严重的大气污染，雾霾天气不断，严重影响人类的健康。如何满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，对能源科技发展提出重大挑战。国家正在推进清洁能源开发与高效利用技术、节能减排技术、高效动力技术等为主的多项计划，作为涵盖能源、动力及环境领域的核心学科之一，能源与动力工程学科必将在新能源开发与综合利用、高效低污染排放动力技术、节能减排技术等领域发挥关键的科学与技术支撑作用，为我国早日实现节能减排的宏伟目标提供强有力的技术保障，发展前景广阔。国家重大计划和实施纲要为能源与动力工程专业的发展提供了广阔和美好地前景，该专业迎来了历史性的发展机遇，同时也带了巨大地挑战，尤其在综合素质高、创新能力强的能源与动力工程专业人才培养方面，对如何进一步办好能源与动力工程专业、提高本科和研究生教学水平、做好高水平人才培育基地提出了更高地要求。
大部分刚踏入大学校门的新生对自己专业认知及毕业后从事工作岗位了解甚少，对大学生活和专业学习既好奇又迷茫，同时，中学阶段被动式学习和吸收，学习时间紧，作业量大，承受具大考试压力，而进入大学以后，很多学生像脱缰的野马，摆脱了家长和老师的束缚，学生的自主学习、独立学习积极性降低，失去学习目标。鉴于此，一般高校在大一期间都设置了专业导论课，不仅要指导学生解除在该专业一些问题上的困惑，还要能引导学生更好地适应大学生活，帮助学生领会大学的学习方法及提升自主学习能力，消除学生的不适应性以提升学生自立、自主学习的能力，帮助学生更好地规划学习，实现学习目标。专业导论课教学内容一般包括：（1）介绍专业背景和专业特色。（2）专业人才培养方案的课程体系及相互逻辑关系。（3）涉及的基本专业知识、专业拓展及交叉学科。（4）本科和研究生学科的对接关系。开设专业导论课可以帮助学生了解未来的就业和发展趋势，增强专业学习兴趣，为顺利完成大学学业奠定基础。高中生进入大学后，常常因为不适应大学学习生活环境、不明确自己努力的方向而迷茫、放松自我约束，不能快速顺利地完成由高中生向大学生的角色过渡，造成学习成绩和思想滑坡。教学实践表明，开设专业导论课程有利于学生了解专业，激发学生学习专业课的兴趣，对以后学习专业及专业基础课具有良好的导向作用。探索在本科低年级阶段开设专业导论课程对教学质量的提高、学生素质培养具有重要意义[2]。高校应该在更新教育观念、加强教学管理、集中优势师资、编写特色教材等环节着手进行改革，全面推进专业导论课的开设，切实提高人才培养质量[3]。
南京航空航天大学能源和动力工程专业传承了本校的航空、航天和民航特色，长期致力于动力领域的基础研究及相关技术，形成了高效燃烧组织、强化换热理论及应用、复杂流动仿真与控制、新概念动力装置设计等多个优势明显的特色方向。能源与动力工程专业紧密结合国家和江苏省工业和国民经济发展，以科学技术转化生产力为目标，为国家和地方经济发展提供重要技术支撑和人才储备。南京航空航天大学的能源与动力工程专业在多年的专业建设和发展过程中，始终弘扬学校“负重奋进、献身国防，唯实创新、志在超越”的办学精神，把人才培养放在首要位置，研究能力持续攀升，产学研效果突出，素质教育特色出众，创新型优秀人才培养成效突出，教学改革、课程群建设及国际交流不断完善和进步。因此，南京航空航天大学的能源与动力工程专业以素质教育为导向的人才培养体系特色突出，国防特色鲜明，基础研究能力和服务地方经济发展能力出众，师资力量雄厚、专业综合实力强，具备了非常广阔地发展前景。
专业课程群是优化学生知识结构、培养学生创新能力、提高学生工程技术能力的基础，直接影响实验实践教学体系和师资队伍的建设。借鉴国外著名大学中相关专业的培养方案及课程体系设立模式，在充分考虑南京航空航天大学能源与动力工程专业特色的现有培养方案基础上，增加了实践性教学环节在专业教学计划中的比重，强调学生的应用知识和实施能力。该专业发展核心专业课程体系的核心指导思想为完善基础类课程体系、优化课件，建立了开放式虚拟热工基础试验系统，提升教学效果；建设了燃气轮机动力系统、节能减排、新能源利用3个核心课程群，理顺各门课程知识领域的相互关系，遵循教育教学规律，突出特色，逐步完善该专业的课程知识体系，以流体力学、热工学为理论基础，辅助以机电、计算机和控制等学科的理论知识，培养具有高尚人格品行和社会责任感，具备扎实的理论基础和专业水平，熟悉能源利用、转化及动力系统原理、应用技术的专业人才，可以从事能源动力、环境保护、新能源研究开发、动力系统设计、制造、控制和管理等的工作。
2专业导论课的教学方法
专业导论课作为学科启蒙课程之一，旨在促进低年级学生在较短时间内概略了解自己所学专业的概念、内涵、地位、作用、专业现状、应用前景，增强新生学习目的性，激发学习兴趣和动力，引导学生对该专业的人才培养计划和培养目标、课程体系等了解，提高学生对所学专业的认知度，培养学生专业感情，有助于学生确立专业学习目标，促进学生以积极的心态投入未来的学习生活[4-6]。专业导论课从培养方案讨论开始，让学生总体了解大学的培养模式，了解课程设置的特点，了解每门课的作用以及各课程之间的关系等，帮助学生认识到其在低年级所学在高年级有所用。不仅有助于学生提高学习兴趣，更有助于学生制定中长期学习计划。
南京航空航天大学能源与动力工程专业导论课采取理论教学和实践教学相结合的方式，培养学生对所学专业从宏观上了解该专业的课程体系和课程结构。理论教学环节，专业导论课的授课采用多位教师和专家联合授课的方式，通过专业负责人对能源与动力专业培养方案解读和相关专业老师以航空、航天、民航及相关领域为背景进行具体的专业介绍，让学生对所学专业有更深地了解。重点强调普适性教学，授课内容不包含具体方法、原理等，专业内容选择上应全面，表现形式应具启发性，且新颖、形象，具有一定的综述性，深浅适当。课堂上创设更加宽松的学习氛围，多些特色、多些思考、多些讨论、多些实践。专业导论课的教学目标设计成具有引导学生认识专业、了解专业，促使学生热爱专业、明确个人发展规划。实践教学环节，安排现场参观、实验演示等，对提升学生的学习兴趣、调动学生学习积极性具有作用积极。学生组队专题讨论，就某个同该专业领域相关专题开展调研和论述，合作撰写论述报告，小组成员上台讲述并分别回答如下问题：选题同该专业有何联系？目前发展状态？未来发展趋势？可能会涉及哪些知识？该专业哪些课程会涉及这些知识？该选题同哪些企业和研究机构相关等？南京航空航天大学能源与动力工程专业导论课以宽松、多样化的教学安排调动学生学习的积极性和提升学习效果。为了实现能源与动力工程专业导论课在有效教学中的作用及其实施对策，在本科专业建设项目“能源与动力工程专业导论视频课”的支持下，拍摄并制作了八个单元的能源与动力工程专业导论课程视频，在学校网络教学平台上建成课程网站、上传主要课程PPT、课程视频、课程教学大纲等材料，学生可以更深入学习该课程和深入了解该专业。
3结语
专业导论课是为大一新生能够初步了解专业知识、掌握学习方法、做好职业生涯规划的一门启蒙和科普课程，启发、调动大一新生的自主学习积极性，引导新生熟悉能源利用、转化及动力系统原理、应用技术等知识，了解能源与动力工程专业涉及能源动力、环境保护、新能源研究开发、动力系统设计、制造、控制和管理等行业，引导学生热爱所学专业、进行大学成长规划及职业生涯规划及实施，逐渐提高自主学习能力，有计划地进行自我培养。能源与动力工程专业导论课教学模式是采用专业组长和同行专业教授配合理论教学和实践教学的灵活性和多元化教学方法，使得专业导论课程能够很好地激发学生的参与意识和学习兴趣，帮助学生掌握专业学习方法，为高效地学习后续专业知识打下了坚实的基础。专业导论课是引领大学生建立专业自信心和专业归属感、走入专业领域的向导，在大学一年级新生在大学的学习和成长过程中，具有重要的领航作用。
参考文献
[1]杨善林，潘轶山.专业导论课――一种全新而有效的大学新生思想教育方法[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2004（4）：1-3.
[2]刘光明，于斐，周雅，等.大学低年级课程中开设专业导论课的探索[J].高教论坛，2007（1）：37-39.
[3]杨晓东，崔亚新，刘贵富.试论高等学校专业导论课的开设[J].黑龙江高教研究，2010（7）：147-149.
[4]张燕.为大学新生开设“专业概论课”的探讨[J].教育与职业，2014（11）：154-155.