当前对能源动力类本科的要求和创新的设想

对当前能源动力类本科教育的要求和创新设想

浙江大学

岑可法

2006.9.12006年教育部能源动力学科教学指导委员会第一次全体会议1.当前我国在读大学生2100万，为世界第一位,2005年招生504万，2006年508万。2.高校不但是我国人才培养的主力军,也是我国科研的主力军。其中自然科学奖的55%、发明奖的67%、科技进步奖的54%为高校所获得。6年空白的发明一等奖,05年高校获得2项。3.这些成绩是在极其有限的投入获得的。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%。而发达国家占GDP的4.2%,发展中国家占4.8%，香港八所大学平均每个学生投入25万元，而我国每个大学生仅投入4000元人民币，高等教育仅占全部教育经费的23％,即GDP的0.68%。4.目前全国高校共建有38个教学指导委员会，教学指导委员会的主要作用为：(1)教学指导委员会是教育部依靠力量；(2)教学指导委员会是指导教改的主要力量；(3)教学指导委员会要把握改革方向；(4)教学指导委员会要进行教育、教学研究；(5)教学指导委员会是实现教学规范管理基本教育环节的必要保证；(6)教学指导委员会是加强师资建设的关键；(7)教学指导委员会要自身成为教改的带头人能源是当前发展的前景电力与新能源发电组规模空前的能源基础设施建设

为满足需求2020年应具备以下的能源供应能力(包括进口）

煤炭29亿吨

石油4.3亿吨

天然气1300亿立方米

水电1.6亿千瓦

核电4000万千瓦

能源基础设施建设规模空前

需要新增的能源供应能力煤炭净增26个兖州煤矿石油

净增6个大庆天然气净增8个西气东输水电净增4.3座三峡电站核电净增20座大亚湾核电燃煤发电净增400×900MW超临界机组天然气发电50GW风力发电、太阳能发电10GW我国资源相对不足(地大物薄)

Chinaisshortofnaturalresourcescomparedtoitspopulation我国资源能源消耗量大

(主要是产业结构问题)

LargeconsumptionofenergiesandresourcesinChina

(Majorinindustryconstructionproblem)单位产品能耗较高

Consumptionofenergiesperunitoutputislarge一些资源对外依存度大

ExternaldependencyislargeinsomeresourcesinChina2004年中国GDP占世界份额及相关原材料消费占全世界消费总量的比较(%)GDP原油原煤铁矿石钢材氧化铝水泥4.47.43130272540当前深入教学改革的主要问题：(1)着力培养大学生的创新能力(2)大力加强实践教育环节，这点当前非常薄弱，特别是实验和实习问题很多。例如：论文数上去了，但依赖度没下来“高水平的论文既是衡量一个单位和科研人员创新水平的指标，也是一个国家创新能力的反映。”，“是重要指标，但不是唯一指标。比如应用科学的研究，首先要看它在解决实际问题中的作用。”在影响因子排名前10%的国际一流期刊上发表的中国论文，每两年以45%的速度增长；中国80%左右的国际论文分布在低被引区间和零被引区间。换言之，我国绝大多数国际论文只是发表而已，并没有引起同行关注，数量的增长远远超出质量的增长。以至于有人把SCI称为“StupidChineseIdea”。这说明我们创新能力不够。教而不育是当今教育最大的弊端任何一所大学都不可能在短短的几年内把一个人培养成完善的人，再高明的教授也不可能把学生平生所需的技能都教给他，大学所能做的只是把学生引上追求完善的道路，并给他不断前进的动力，这样的目标不是填鸭式的教育所能实现的。透彻地领悟基本的原理才是实现这一目标的根本途径。既然大学生的创新能力和实验实践环节是当今存在的主要问题，我们试图用国外先进的经验再结合本国的具体情况，引进加以消化再创新。排名美国英国德国来源1MIT麻省理工学院ImperialCollegeofS，T&M伦敦大学帝国理工学院RWTHAachenUniversity亚琛工业大学USNews&WorldReport《美国新闻和世界报道》2Caltech加州理工学院Bath巴斯大学TUM慕尼黑工业大学Focus《焦点周刊》3Stanford斯坦福大学Bradford布拉德福德大学Karlsruhe（TH）卡尔斯鲁厄大学Times《泰晤士报》2005-2006欧美大学本科工程学院排名以上院校的机械工程系本科均设置了能源动力专业方向，例如：EnergyConversionEngineering

（MIT）Thermoscience（Stanford）EnergyEngineering（亚琛工业大学）EnergyandProcessEngineering（慕尼黑工大）课程安排MIT(TheEnergyConversionEngineeringTrack)能源转化工程方向的课程前两年按照机械大类本科生课程计划安排核心课程3、4年级要求每年选修能源方向的选修课2门(24学分）。亚琛工业大学前两年为11门基础课程。高年级（至少学习2年），完成6门专业必修课，3门限制性选修课，一门非技术性课程，由教师指导2个课程设计。麻省理工学院能源动力方向本科课程基础课程30学分（毕业学分186，占16％）MechanicalEngineeringTools(IAP)(6units)（机械工程工具）MeasurementandInstrumentationLab

(12units)（测量与仪器实验）DifferentialEquations

(12units)（微分方程）MIT

能源动力方向本科核心课程120学分占总学分的64.5％MechanicsandMaterialsIandII(24units)（力学与材料I、II）DynamicsandControlI(12units)（动力学与控制I、II）DynamicsandControlII(12units)DesignandManufacturingIandII(24units)（设计与制造I、II）Product-EngineeringProcess(12units)（产品工程方法）Thermal-FluidsEngineeringIandII(24units)（热流体工程I、II）ProjectLaboratory(6units)（课程设计实验）IndependentStudyorThesis(6unitsminimum)（独立研究或论文）专业选修课程最少2门24学分占总学分13％能源动力专业选修课程设置比较MIT2006年MIT2000年慕尼黑工业大学建筑节能因特网计算原理微生物处理技术工程管理工程管理工业机器人纳米－微米传递过程制造系统设计介绍线性振动系统微尺度流体力学生物力学工业生产中研究发现与创新声学与传感机电一体化多相流理论机械振动机械零件设计节能建筑传热与传质传热与传质微尺度流体高等热流体工程热能工程环保工程导论动力学中计算机方法有限元在计算机辅助设计中的应用除尘技术试验方法和数据处理建筑中的热力学和流体力学信息与概率核电站的废物处理选修课设置特点紧跟研究热点和科技前沿2000年：IT技术、生物技术、机电一体化2006年：纳米技术、环保技术、建筑节能体现研究领域深入、细化《建筑中的热力学和流体力学》《除尘技术试验方法和数据处理》《核电站的废物处理》MITIntermediateHeatandMassTransfer

《媒介传热传质》

课堂教材包括：

1、教师的笔记

本科生教材特点：品种丰富、多样化以教师笔记为主，使用多本教科书、参考文献，数据库等。电子化、网络化教学大纲、课程讲义、习题、考试等教材均采用PDF文件，可以在网上浏览、查阅，并提供免费下载。MIT机械系本科生的实验课程主要有两门：每周2节，每节1小时MeasurementandInstrumentationLab

(12units)（测量与仪器实验）ProjectLaboratory(6units)（课程设计实验）实验教学MIT本科课程设计（ProjectLab）题目每周2节，每节1小时1.ProximityHeatingofSiliconWafers硅晶片近距加热2.TransferLineDynamics传递线性动力学3.PipeClearingFluidTransient

管道清洁时流体瞬态现象4.IrradiationSampleTransferLineSnubbingSectionBehavior放射样品传递线性延迟断面的行为5.PeakPressureinNuclearContainmentVessel核密封容器中的最高压力6.TheEffectofThermalStressonHeatExchangerNaturalFrequencies热交换器固有频率产生的热应力效应7.RotationVelocityandStallofanE.coliMutant旋转速度和E.coli突变造成的停转图3管道清洁时流体瞬态现象图5热交换器固有频率产生的热应力效应MIT能源科学工程方向开设4个专业实验室：供高年级本科生和研究生选择：FuelCellLaboratory（燃料电池实验室）ReactingGasDynamicsLaboratory

（反应气体动力学实验室）RohsenowHeatandMassTransferLaboratory

（传热传质实验室）SloanAutomotiveLaboratories（汽车实验室）

例如：传热传质实验室可供选择的15个实验台架Nanoscaleheattransferandthermalmanagementofelectronic/photonicdevices

纳米传热和电子/光子装置的热控制Low-dimensionalthermoelectricmaterials

低空间热电材料Photonicandphononic

metamaterialsanddevices

光子/声子超级材料和装置Thermalcontrolofelectronicstestingenvironments

电子测试环境的热控制Lasersinmedicine医学中激光Pressure/vorticitydynamics

压力/漩涡动力学Spraycoolingofglassfibers

玻璃纤维的喷射冷却Extremelyhighheatfluxes

极端高热流通量Jetimpingementcooling

热冲击冷却Thermalcontrolofprecisionmachinetools精密机械工具的热控制Buildingtechnology

建筑工艺EnergyefficientbuildingsinChina

中国建筑节能Naturallyventilatedbuildings

自然通风建筑Fluidizedbeds

流化床Nuclearreactorthermohydraulics

核反应堆的热/水力学图6AutomotiveLaboratory（汽车实验室）

图7在模化流化床锅炉上利用红外照相机进行流动可视化实验

Seminar研讨会一般来讲，美国大学的seminar都是本科生和研究生必修环节，每两周或三周安排一次，每次1～1.5小时，在每个学期开始向系办秘书处进行注册，注册后每次研讨会学生均需要签到记录考勤，并在研讨会上积极讨论，以获得好评成绩。研讨会通常由系里的教师组织，邀请本领域的外校教授来校讲座，讲座内容往往涉及本学科领域内研究前沿和焦点。

MIT能源科学与工程方向2005年举行过的研讨会目录OffshoreWindPower（海岸风能）EnergyandNanotechnology（能源和纳米技术）EnergyinTransition（转换中的能源）EnergyEfficientBuildings（节能楼宇）ElectrochemicalEnergyConversionandStorage（电化学能量转化和储存）RenewableEnergy:RationaleandVision（可再生能源，基本原理与前瞻）RohsenowSymposiumonFutureTrendsinHeatTransfer（传热研究未来趋势）SloanAutomotiveLabOverview（汽车实验室总览）CALTech加州理工学院研讨会题目16May,2006-C.FredHiggs,,CarnegieMellonUniversityALookatParticulateflowsinTribology,Nanomanufacturing,andSpace摩擦学，纳米制造和空间领域中微粒流动现象

23May,2006-Yinguang

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

MeasurementsofCombustionDynamicswithLaserBasedDiagnosticTechniques

基于激光诊断技术的燃烧动力学测量

毕业设计从毕业设计提交计划书到完成毕业论文，需要10周左右MIT机械系本科毕业设计内容类型:工程项目的评价创新研究项目设计项目无论以上哪种情况，毕业设计最后都必须提交由导师评分的论文或书面报告。经导师批准，可以获得最多15个学分。学生可以选择在任一学期：秋季学期或者春季学期、冬季短学期开始或完成毕业设计：如果是跨学期进行毕业设计，那么学生必须在每个学期注册时提交工作进展报告，并由导师根据工作进展情况进行评分。毕业论文选题MIT机械系本科生毕业论文的选题是按照各个研究方向，由该研究方向中的各个导师的研究兴趣进行选择，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本科生毕业设计展示本科生毕业设计制作的垃圾饮料瓶自动分拣、回收装置可遥控的自动家庭除草车用于仓库货栈中的无线智能工具车LIQUID-SOLIDFLOWSThemotionofa12.7mmdelrin(hardplastic)particleimmersedinwaterisbeingtrackedasitapproaches,collides,andreboundsonawall.Theliquidflowisvisualizedwithlaser-fluorescentdye.图示为浸入水中12mm聚甲醛树脂颗粒的运动：行进、碰撞、接触壁面反弹等可见，当前我国与国外先进教育体制在新的前沿学科课程安排、实验环节、实习课环节、讨论课、课程设计及毕业设计等方面存在很大的差距。因此我们在学习国外先进的经验同时，必需贯彻：采用启发式教育、培养学术创新思维的教育、培养学术独立思考的能力、培养学生动手和实践能力、为此要下苦功加以改革和创新。首先，要克服当前教而不育的最大弊端要教育学生敢于竞争，敢于主动学习在这个信息高度发达、竞争激烈的时代，人人都有生存的危机，人人都有无形的压力，非大学生独然。大学的责任是教人自明自强，而非给学生谋职。教育是要赢学生一辈子，而不是赢学生一个学期。“什么是好学生，什么是好老师”，老师在讲课时，要讲科技和技术的创新的过程和历史；要讲透基本的物理概念，并鼓励学生课堂提问，尽量把学生调动起来。但并不是每一个老师都能在课堂上达到这样的效果。这就要我们改正老师的上课方法，敢于讲一些当前还没有解决的科学问题的原因。为了搞好创新教育，我们需要把握自主创新的六大关系第一，信心勇气与脚踏实地的关系。坚持自主创新，建设创新型国家，既需要扎实苦干的实践，又需要坚定持久的信心。老师都没有创新的决心和信心，怎么能教导学生有呢？第二，自主创新与对外开放的关系。没有对外开放，就没有自主创新的基础和条件。没有自主创新，便永远受制于人，永远不能与先进国家平等对话，永远难于摆脱技术落后的局面。无数事实已经无可辨驳地证明：核心技术是买不来的。因此，我们上课时要把核心理论和技术讲透。假如还没有掌握，那就把没有解决的问题提出来，让学生将来有超过老师的可能性。为了搞好创新教育，我们需要把握自主创新的六大关系第三，企业与科研院所的关系。企业是市场竞争的主体和技术创新的主体。科研院所要大有可为，关键是要以市场为导向与企业融为一体，共同打造技术创新的链条，根据企业创新的需求，不断地为企业提供新技术，通过企业实现科