當(dāng)前對能源動力類本科的要求和創(chuàng)新的設(shè)想

對當(dāng)前能源動力類本科教育的要求和創(chuàng)新設(shè)想

浙江大學(xué)

岑可法

2006.9.12006年教育部能源動力學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會第一次全體會議1.當(dāng)前我國在讀大學(xué)生2100萬，為世界第一位,2005年招生504萬，2006年508萬。2.高校不但是我國人才培養(yǎng)的主力軍,也是我國科研的主力軍。其中自然科學(xué)獎的55%、發(fā)明獎的67%、科技進(jìn)步獎的54%為高校所獲得。6年空白的發(fā)明一等獎,05年高校獲得2項。3.這些成績是在極其有限的投入獲得的。小平同志在八十年代就提出教育投入要占GDP的5%,但至2004年也只有2.7%。而發(fā)達(dá)國家占GDP的4.2%,發(fā)展中國家占4.8%，香港八所大學(xué)平均每個學(xué)生投入25萬元，而我國每個大學(xué)生僅投入4000元人民幣，高等教育僅占全部教育經(jīng)費的23％,即GDP的0.68%。4.目前全國高校共建有38個教學(xué)指導(dǎo)委員會，教學(xué)指導(dǎo)委員會的主要作用為：(1)教學(xué)指導(dǎo)委員會是教育部依靠力量；(2)教學(xué)指導(dǎo)委員會是指導(dǎo)教改的主要力量；(3)教學(xué)指導(dǎo)委員會要把握改革方向；(4)教學(xué)指導(dǎo)委員會要進(jìn)行教育、教學(xué)研究；(5)教學(xué)指導(dǎo)委員會是實現(xiàn)教學(xué)規(guī)范管理基本教育環(huán)節(jié)的必要保證；(6)教學(xué)指導(dǎo)委員會是加強師資建設(shè)的關(guān)鍵；(7)教學(xué)指導(dǎo)委員會要自身成為教改的帶頭人能源是當(dāng)前發(fā)展的前景電力與新能源發(fā)電組規(guī)?？涨暗哪茉椿A(chǔ)設(shè)施建設(shè)

為滿足需求2020年應(yīng)具備以下的能源供應(yīng)能力(包括進(jìn)口）

煤炭29億噸

石油4.3億噸

天然氣1300億立方米

水電1.6億千瓦

核電4000萬千瓦

能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)?？涨?/p>

需要新增的能源供應(yīng)能力煤炭凈增26個兗州煤礦石油

凈增6個大慶天然氣凈增8個西氣東輸水電凈增4.3座三峽電站核電凈增20座大亞灣核電燃煤發(fā)電凈增400×900MW超臨界機組天然氣發(fā)電50GW風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電10GW我國資源相對不足(地大物薄)

Chinaisshortofnaturalresourcescomparedtoitspopulation我國資源能源消耗量大

(主要是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)問題)

LargeconsumptionofenergiesandresourcesinChina

(Majorinindustryconstructionproblem)單位產(chǎn)品能耗較高

Consumptionofenergiesperunitoutputislarge一些資源對外依存度大

ExternaldependencyislargeinsomeresourcesinChina2004年中國GDP占世界份額及相關(guān)原材料消費占全世界消費總量的比較(%)GDP原油原煤鐵礦石鋼材氧化鋁水泥4.47.43130272540當(dāng)前深入教學(xué)改革的主要問題：(1)著力培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力(2)大力加強實踐教育環(huán)節(jié)，這點當(dāng)前非常薄弱，特別是實驗和實習(xí)問題很多。例如：論文數(shù)上去了，但依賴度沒下來“高水平的論文既是衡量一個單位和科研人員創(chuàng)新水平的指標(biāo)，也是一個國家創(chuàng)新能力的反映?！?，“是重要指標(biāo)，但不是唯一指標(biāo)。比如應(yīng)用科學(xué)的研究，首先要看它在解決實際問題中的作用?！痹谟绊懸蜃优琶?0%的國際一流期刊上發(fā)表的中國論文，每兩年以45%的速度增長；中國80%左右的國際論文分布在低被引區(qū)間和零被引區(qū)間。換言之，我國絕大多數(shù)國際論文只是發(fā)表而已，并沒有引起同行關(guān)注，數(shù)量的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出質(zhì)量的增長。以至于有人把SCI稱為“StupidChineseIdea”。這說明我們創(chuàng)新能力不夠。教而不育是當(dāng)今教育最大的弊端任何一所大學(xué)都不可能在短短的幾年內(nèi)把一個人培養(yǎng)成完善的人，再高明的教授也不可能把學(xué)生平生所需的技能都教給他，大學(xué)所能做的只是把學(xué)生引上追求完善的道路，并給他不斷前進(jìn)的動力，這樣的目標(biāo)不是填鴨式的教育所能實現(xiàn)的。透徹地領(lǐng)悟基本的原理才是實現(xiàn)這一目標(biāo)的根本途徑。既然大學(xué)生的創(chuàng)新能力和實驗實踐環(huán)節(jié)是當(dāng)今存在的主要問題，我們試圖用國外先進(jìn)的經(jīng)驗再結(jié)合本國的具體情況，引進(jìn)加以消化再創(chuàng)新。排名美國英國德國來源1MIT麻省理工學(xué)院ImperialCollegeofS，T&M倫敦大學(xué)帝國理工學(xué)院RWTHAachenUniversity亞琛工業(yè)大學(xué)USNews&WorldReport《美國新聞和世界報道》2Caltech加州理工學(xué)院Bath巴斯大學(xué)TUM慕尼黑工業(yè)大學(xué)Focus《焦點周刊》3Stanford斯坦福大學(xué)Bradford布拉德福德大學(xué)Karlsruhe（TH）卡爾斯魯厄大學(xué)Times《泰晤士報》2005-2006歐美大學(xué)本科工程學(xué)院排名以上院校的機械工程系本科均設(shè)置了能源動力專業(yè)方向，例如：EnergyConversionEngineering

（MIT）Thermoscience（Stanford）EnergyEngineering（亞琛工業(yè)大學(xué)）EnergyandProcessEngineering（慕尼黑工大）課程安排MIT(TheEnergyConversionEngineeringTrack)能源轉(zhuǎn)化工程方向的課程前兩年按照機械大類本科生課程計劃安排核心課程3、4年級要求每年選修能源方向的選修課2門(24學(xué)分）。亞琛工業(yè)大學(xué)前兩年為11門基礎(chǔ)課程。高年級（至少學(xué)習(xí)2年），完成6門專業(yè)必修課，3門限制性選修課，一門非技術(shù)性課程，由教師指導(dǎo)2個課程設(shè)計。麻省理工學(xué)院能源動力方向本科課程基礎(chǔ)課程30學(xué)分（畢業(yè)學(xué)分186，占16％）MechanicalEngineeringTools(IAP)(6units)（機械工程工具）MeasurementandInstrumentationLab

(12units)（測量與儀器實驗）DifferentialEquations

(12units)（微分方程）MIT

能源動力方向本科核心課程120學(xué)分占總學(xué)分的64.5％MechanicsandMaterialsIandII(24units)（力學(xué)與材料I、II）DynamicsandControlI(12units)（動力學(xué)與控制I、II）DynamicsandControlII(12units)DesignandManufacturingIandII(24units)（設(shè)計與制造I、II）Product-EngineeringProcess(12units)（產(chǎn)品工程方法）Thermal-FluidsEngineeringIandII(24units)（熱流體工程I、II）ProjectLaboratory(6units)（課程設(shè)計實驗）IndependentStudyorThesis(6unitsminimum)（獨立研究或論文）專業(yè)選修課程最少2門24學(xué)分占總學(xué)分13％能源動力專業(yè)選修課程設(shè)置比較MIT2006年MIT2000年慕尼黑工業(yè)大學(xué)建筑節(jié)能因特網(wǎng)計算原理微生物處理技術(shù)工程管理工程管理工業(yè)機器人納米－微米傳遞過程制造系統(tǒng)設(shè)計介紹線性振動系統(tǒng)微尺度流體力學(xué)生物力學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中研究發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新聲學(xué)與傳感機電一體化多相流理論機械振動機械零件設(shè)計節(jié)能建筑傳熱與傳質(zhì)傳熱與傳質(zhì)微尺度流體高等熱流體工程熱能工程環(huán)保工程導(dǎo)論動力學(xué)中計算機方法有限元在計算機輔助設(shè)計中的應(yīng)用除塵技術(shù)試驗方法和數(shù)據(jù)處理建筑中的熱力學(xué)和流體力學(xué)信息與概率核電站的廢物處理選修課設(shè)置特點緊跟研究熱點和科技前沿2000年：IT技術(shù)、生物技術(shù)、機電一體化2006年：納米技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、建筑節(jié)能體現(xiàn)研究領(lǐng)域深入、細(xì)化《建筑中的熱力學(xué)和流體力學(xué)》《除塵技術(shù)試驗方法和數(shù)據(jù)處理》《核電站的廢物處理》MITIntermediateHeatandMassTransfer

《媒介傳熱傳質(zhì)》

課堂教材包括：

1、教師的筆記

本科生教材特點：品種豐富、多樣化以教師筆記為主，使用多本教科書、參考文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)庫等。電子化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)大綱、課程講義、習(xí)題、考試等教材均采用PDF文件，可以在網(wǎng)上瀏覽、查閱，并提供免費下載。MIT機械系本科生的實驗課程主要有兩門：每周2節(jié)，每節(jié)1小時MeasurementandInstrumentationLab

(12units)（測量與儀器實驗）ProjectLaboratory(6units)（課程設(shè)計實驗）實驗教學(xué)MIT本科課程設(shè)計（ProjectLab）題目每周2節(jié)，每節(jié)1小時1.ProximityHeatingofSiliconWafers硅晶片近距加熱2.TransferLineDynamics傳遞線性動力學(xué)3.PipeClearingFluidTransient

管道清潔時流體瞬態(tài)現(xiàn)象4.IrradiationSampleTransferLineSnubbingSectionBehavior放射樣品傳遞線性延遲斷面的行為5.PeakPressureinNuclearContainmentVessel核密封容器中的最高壓力6.TheEffectofThermalStressonHeatExchangerNaturalFrequencies熱交換器固有頻率產(chǎn)生的熱應(yīng)力效應(yīng)7.RotationVelocityandStallofanE.coliMutant旋轉(zhuǎn)速度和E.coli突變造成的停轉(zhuǎn)圖3管道清潔時流體瞬態(tài)現(xiàn)象圖5熱交換器固有頻率產(chǎn)生的熱應(yīng)力效應(yīng)MIT能源科學(xué)工程方向開設(shè)4個專業(yè)實驗室：供高年級本科生和研究生選擇：FuelCellLaboratory（燃料電池實驗室）ReactingGasDynamicsLaboratory

（反應(yīng)氣體動力學(xué)實驗室）RohsenowHeatandMassTransferLaboratory

（傳熱傳質(zhì)實驗室）SloanAutomotiveLaboratories（汽車實驗室）

例如：傳熱傳質(zhì)實驗室可供選擇的15個實驗臺架Nanoscaleheattransferandthermalmanagementofelectronic/photonicdevices

納米傳熱和電子/光子裝置的熱控制Low-dimensionalthermoelectricmaterials

低空間熱電材料Photonicandphononic

metamaterialsanddevices

光子/聲子超級材料和裝置Thermalcontrolofelectronicstestingenvironments

電子測試環(huán)境的熱控制Lasersinmedicine醫(yī)學(xué)中激光Pressure/vorticitydynamics

壓力/漩渦動力學(xué)Spraycoolingofglassfibers

玻璃纖維的噴射冷卻Extremelyhighheatfluxes

極端高熱流通量Jetimpingementcooling

熱沖擊冷卻Thermalcontrolofprecisionmachinetools精密機械工具的熱控制Buildingtechnology

建筑工藝EnergyefficientbuildingsinChina

中國建筑節(jié)能Naturallyventilatedbuildings

自然通風(fēng)建筑Fluidizedbeds

流化床Nuclearreactorthermohydraulics

核反應(yīng)堆的熱/水力學(xué)圖6AutomotiveLaboratory（汽車實驗室）

圖7在?；骰插仩t上利用紅外照相機進(jìn)行流動可視化實驗

Seminar研討會一般來講，美國大學(xué)的seminar都是本科生和研究生必修環(huán)節(jié)，每兩周或三周安排一次，每次1～1.5小時，在每個學(xué)期開始向系辦秘書處進(jìn)行注冊，注冊后每次研討會學(xué)生均需要簽到記錄考勤，并在研討會上積極討論，以獲得好評成績。研討會通常由系里的教師組織，邀請本領(lǐng)域的外校教授來校講座，講座內(nèi)容往往涉及本學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)研究前沿和焦點。

MIT能源科學(xué)與工程方向2005年舉行過的研討會目錄OffshoreWindPower（海岸風(fēng)能）EnergyandNanotechnology（能源和納米技術(shù)）EnergyinTransition（轉(zhuǎn)換中的能源）EnergyEfficientBuildings（節(jié)能樓宇）ElectrochemicalEnergyConversionandStorage（電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化和儲存）RenewableEnergy:RationaleandVision（可再生能源，基本原理與前瞻）RohsenowSymposiumonFutureTrendsinHeatTransfer（傳熱研究未來趨勢）SloanAutomotiveLabOverview（汽車實驗室總覽）CALTech加州理工學(xué)院研討會題目16May,2006-C.FredHiggs,,CarnegieMellonUniversityALookatParticulateflowsinTribology,Nanomanufacturing,andSpace摩擦學(xué)，納米制造和空間領(lǐng)域中微粒流動現(xiàn)象

23May,2006-Yinguang

Ju,PrincetonUniversityMicroscaleCombustion:ScienceandTechnology微尺度燃燒2December,2005-Friday-DalMoKang,10:00A.M.

MeasurementsofCombustionDynamicswithLaserBasedDiagnosticTechniques

基于激光診斷技術(shù)的燃燒動力學(xué)測量

畢業(yè)設(shè)計從畢業(yè)設(shè)計提交計劃書到完成畢業(yè)論文，需要10周左右MIT機械系本科畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容類型:工程項目的評價創(chuàng)新研究項目設(shè)計項目無論以上哪種情況，畢業(yè)設(shè)計最后都必須提交由導(dǎo)師評分的論文或書面報告。經(jīng)導(dǎo)師批準(zhǔn)，可以獲得最多15個學(xué)分。學(xué)生可以選擇在任一學(xué)期：秋季學(xué)期或者春季學(xué)期、冬季短學(xué)期開始或完成畢業(yè)設(shè)計：如果是跨學(xué)期進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，那么學(xué)生必須在每個學(xué)期注冊時提交工作進(jìn)展報告，并由導(dǎo)師根據(jù)工作進(jìn)展情況進(jìn)行評分。畢業(yè)論文選題MIT機械系本科生畢業(yè)論文的選題是按照各個研究方向，由該研究方向中的各個導(dǎo)師的研究興趣進(jìn)行選擇，例如：Combustion:

Anuradha

Annaswamy

WaiK.Cheng

AhmedGhoniem

JohnHeywoodEnergy：

GangChen

Leonlicksman

JohnHeywood

JohnH.Lienhard

Borivoje

Mikic

EmanuelSachs

YangShao-Horn

NamP.Suh

HeatandMassTransfer

GangChen

AhmedGhoniem

LeonGlicksman

DouglasP.Hart

JohnH.Lienhard

GarethHMcKinley

Borivoje

Mikic

AnthonyPatera

YangShao-Horn

Ain

Sonin

VictorWWong本科生畢業(yè)設(shè)計展示本科生畢業(yè)設(shè)計制作的垃圾飲料瓶自動分揀、回收裝置可遙控的自動家庭除草車用于倉庫貨棧中的無線智能工具車LIQUID-SOLIDFLOWSThemotionofa12.7mmdelrin(hardplastic)particleimmersedinwaterisbeingtrackedasitapproaches,collides,andreboundsonawall.Theliquidflowisvisualizedwithlaser-fluorescentdye.圖示為浸入水中12mm聚甲醛樹脂顆粒的運動：行進(jìn)、碰撞、接觸壁面反彈等可見，當(dāng)前我國與國外先進(jìn)教育體制在新的前沿學(xué)科課程安排、實驗環(huán)節(jié)、實習(xí)課環(huán)節(jié)、討論課、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等方面存在很大的差距。因此我們在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的經(jīng)驗同時，必需貫徹：采用啟發(fā)式教育、培養(yǎng)學(xué)術(shù)創(chuàng)新思維的教育、培養(yǎng)學(xué)術(shù)獨立思考的能力、培養(yǎng)學(xué)生動手和實踐能力、為此要下苦功加以改革和創(chuàng)新。首先，要克服當(dāng)前教而不育的最大弊端要教育學(xué)生敢于競爭，敢于主動學(xué)習(xí)在這個信息高度發(fā)達(dá)、競爭激烈的時代，人人都有生存的危機，人人都有無形的壓力，非大學(xué)生獨然。大學(xué)的責(zé)任是教人自明自強，而非給學(xué)生謀職。教育是要贏學(xué)生一輩子，而不是贏學(xué)生一個學(xué)期?！笆裁词呛脤W(xué)生，什么是好老師”，老師在講課時，要講科技和技術(shù)的創(chuàng)新的過程和歷史；要講透基本的物理概念，并鼓勵學(xué)生課堂提問，盡量把學(xué)生調(diào)動起來。但并不是每一個老師都能在課堂上達(dá)到這樣的效果。這就要我們改正老師的上課方法，敢于講一些當(dāng)前還沒有解決的科學(xué)問題的原因。為了搞好創(chuàng)新教育，我們需要把握自主創(chuàng)新的六大關(guān)系第一，信心勇氣與腳踏實地的關(guān)系。堅持自主創(chuàng)新，建設(shè)創(chuàng)新型國家，既需要扎實苦干的實踐，又需要堅定持久的信心。老師都沒有創(chuàng)新的決心和信心，怎么能教導(dǎo)學(xué)生有呢？第二，自主創(chuàng)新與對外開放的關(guān)系。沒有對外開放，就沒有自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)和條件。沒有自主創(chuàng)新，便永遠(yuǎn)受制于人，永遠(yuǎn)不能與先進(jìn)國家平等對話，永遠(yuǎn)難于擺脫技術(shù)落后的局面。無數(shù)事實已經(jīng)無可辨駁地證明：核心技術(shù)是買不來的。因此，我們上課時要把核心理論和技術(shù)講透。假如還沒有掌握，那就把沒有解決的問題提出來，讓學(xué)生將來有超過老師的可能性。為了搞好創(chuàng)新教育，我們需要把握自主創(chuàng)新的六大關(guān)系第三，企業(yè)與科研院所的關(guān)系。企業(yè)是市場競爭的主體和技術(shù)創(chuàng)新的主體?？蒲性核笥锌蔀?，關(guān)鍵是要以市場為導(dǎo)向與企業(yè)融為一體，共同打造技術(shù)創(chuàng)新的鏈條，根據(jù)企業(yè)創(chuàng)新的需求，不斷地為企業(yè)提供新技術(shù)，通過企業(yè)實現(xiàn)科