【论文选刊】李威 凌祥：《储能科学与工程本科教育模式的创新与探索：新质生产力要求下的新工科教育》

作者简介：李威，南京工业大学副教授，工学博士；凌祥，南京工业大学副校长，江苏省过程强化与新能源装备技术重点实验室主任、教授，博士生导师。

基金项目：江苏省自然科学基金青年项目（BK20230319）

原文刊载于《高等工程教育研究》2024年第五期21-26页。

一、背景及意义

随着全球气候变化的挑战日益严峻，中国提出了2030年碳达峰和2060年碳中和的雄心壮志，这一双碳目标不仅体现了中国在全球气候治理中的负责任大国形象，也为国内能源结构调整和产业升级设定了明确方向。在此背景下，新能源技术特别是储能技术，因其在调节能源结构、提升能源利用效率、促进清洁能源消纳等方面的关键作用，成为推动能源转型的核心力量。^[1] 然而，储能技术的快速发展与应用推广，亟需大量具备高素质、创新能力的专业人才支撑。这不仅对储能科学与工程教育提出了新的要求，也对教育模式提出了挑战。

储能科学与工程专业代表着面向新兴产业需求的“新工科”领域。^[2-4] 在培育储能领域所需的高级人才时，不仅需要涵盖物理、化学、材料学等基础领域的知识，还需包含能源动力学、化学工程、自动化技术、电气工程等专业的知识与实际操作技巧，这要求打破传统学科间的界限，构建一个跨学科的储能知识体系。^[5,6] 当前，众多国内高等教育机构新近开展储能科学与工程专业的建设，依赖于各自的专业背景，如能源动力、电气工程和工程热物理等，如图1所示，形成了多样化的教育模式和目标，但还未能建立一套成熟的人才培养体系。储能领域内的学科范畴广泛，包括电化学储能、热能存储、机械储能和电磁储能等多种技术路径，这些技术间的巨大差异使得统一教学内容变得复杂。同时，面对这一新兴学科，教师团队往往缺乏跨学科的背景知识，迫切需要更新其知识体系，加强教师能力，以及推进产学研结合的教学团队构建。整体来说，与新近成立的“新工科”交叉学科专业相比，储能科学与工程专业面临的是多学科知识需求高、教学方向广泛、教材资源相对缺乏以及缺少经验丰富教师等四大挑战。^[4] 这些挑战对专业的建设和发展构成了前所未有的考验。鉴于此，本研究以南京工业大学在储能科学与工程专业方面的构思、定向及经验为基础，进行了全面的归纳、分析和讨论，力求从学科的建立和人才培育的实施角度，为储能科学与工程专业的发展贡献有益的见解和指导。

图 1  储能科学与工程专业涉及的学科背景

南京工业大学作为国内在储能科学与工程领域教育和研究的重要基地，在新的历史时期面对双碳政策的挑战和机遇，急需对储能科学与工程本科专业的教育模式进行深入探索和创新。这一过程不仅涉及到课程内容、教学方法的更新，更关乎如何培养学生的系统思维、创新能力和实践技能，以适应未来能源系统的复杂需求。此外，新质生产力的崛起和新工科教育的推进，为储能专业的教育改革提供了新的视角和路径。通过跨学科融合、产学研紧密结合、创新教学模式的实践，有望培养出更多既具备扎实专业知识又能主动适应和引领能源转型需求的储能领域创新人才。

本文旨在结合双碳政策、新质生产力发展背景以及新工科教育理念，探讨和实践南京工业大学储能科学与工程本科专业在人才培养模式上的创新与改革。通过分析当前储能技术发展趋势和行业需求，本文将展开对教育目标、课程体系、教学方法及实践教学等方面的深入探讨和设计，以期为实现中国双碳目标和推动能源行业可持续发展培养出更多高质量的人才。

二、储能科学与工程本科教育模式的创新路径

南京工业大学于2020年启动了储能专业的建设工作，这一举措标志着学校对于新兴领域的重视和对未来人才需求的预见性。在该过程中，学校不仅仅是简单地开设了一个新的专业，更是通过整合和配置多专业交叉的教师队伍，形成了储能科学与工程系，以确保教学与研究的密切衔接与互动。这种跨学科的团队组建，不仅为学生提供了更广泛的学术视野和知识背景，也为储能领域的教学和研究提供了更为坚实的支持。同时，为了保证储能专业的教学质量和学生培养效果，学校还制定了能源与动力工程（储能方向）本科生培养方案。此方案不仅是一个简单的课程安排，更是一项系统性的规划，旨在培养学生的综合能力和创新思维。它涵盖了从基础理论到实践应用的全方位内容，为学生提供了充分的学习资源和实践机会，以应对未来储能领域的挑战。

在2022年获得了储能科学与工程本科专业的批准后，学校继续对本科生培养方案进行完善和优化。基于多年来对储能方向学科建设和人才培养的经验积累，学校积极响应学科发展的需求，逐步改进课程设置和教学方法，确保专业培养的针对性和实效性。至今，储能方向及专业已经形成了国内较大的培养规模，2022年至2023年入学的本科生共计120余名。在这两年的教学培养过程中，学校不仅注重学生专业知识的传授，更注重培养学生的创新能力和实践能力。同时，通过与产业界的合作和交流，学校也初步培养了一支具有丰富实践经验的教学团队，为学生的职业发展提供了有力的支持。在教育教学的反复研讨和迭代中，学校逐渐形成了专业和学科培养的思路，并通过不断总结和反思，不断提升教学质量和学生培养水平。本文旨在对上述建设工作的思路进行总结和回顾，为今后储能科学与工程专业的发展提供借鉴和经验。

（一）基于双碳政策的教育目标调整

在双碳政策的引导下，调整储能科学与工程专业的教育目标成为培养适应新能源转型需求的关键一环。为响应国家对碳达峰、碳中和的战略目标，本专业的教育目标需重点强调低碳技术的理解和应用、系统优化设计的能力以及绿色创新思维的培养。这不仅要求学生掌握储能技术本身，更要理解储能技术在促进能源系统低碳化、提高可再生能源利用效率等方面的作用。教育内容需加入碳足迹分析、环境影响评估、能源政策与法规等相关课程，以培养学生的环境责任感和可持续发展能力。通过这一目标调整，旨在为中国乃至全球的能源转型培养出具备前瞻性视野、创新能力和实践技能的复合型人才。

（二）融入新质生产力的人才培养机制

在新质生产力的浪潮下，储能科学与工程专业面临着人才培养模式的重大转型。新质生产力代表着技术创新与产业升级的新趋势，强调的是智能化、数字化、绿色化的发展方向。南京工业大学针对这一趋势，积极探索与实践，将新质生产力的核心要素融入储能科学与工程的人才培养机制中，旨在培育出既具有深厚专业知识，又能够适应新产业需求的高素质工程技术人才。

作为新工科专业，储能专业的培养建设面临着应对新兴产业迅速发展的挑战，需要高效率地培养出高质量的人才。其中，最为关键的任务之一是打破“知识-技能-实践”三者之间的壁垒，这是当前最为迫切的问题之一。南京工业大学与西安交通大学、华北电力大学等储能类专业强校一致，采取了一系列措施，通过有机结合“知识-技能-实践”三者，不断建立知识和技能之间的联系，并通过实践机会的提供和迭代升级，实现了知识到能力之间断层的打通。^[4,7] 这一策略被认为是南京工业大学建设培养储能学科“高精尖缺”的复合创新人才的主要战略之一，如图2所示。这种综合性的教育模式旨在培养学生全面发展的能力，使其在储能领域具备更高水平的创新和应用能力，以应对未来行业的挑战和需求。

图 2  储能科学与工程专业本科的培养策略

首先，学校通过优化课程设置，加强与新质生产力相关的科技前沿知识的教学。课程内容涵盖了智能制造、大数据分析、云计算、物联网、绿色能源技术等领域，旨在让学生掌握储能技术与新一代信息技术的融合应用，提升学生的技术创新能力。同时，课程教学不再局限于传统的理论讲授，更加注重实践操作和案例分析，鼓励学生通过项目式学习，解决实际问题。

其次，南京工业大学加强产学研合作，构建开放合作的教育生态。学校与多家知名企业和研究机构建立了紧密的合作关系，共同开展科研项目和技术攻关，为学生提供了丰富的实习和实践平台。通过参与企业的研发项目，学生能够深入了解行业需求，掌握先进技术，同时锻炼了项目管理和团队协作能力。

此外，学校还特别强调培养学生的创新意识和创业能力。通过设置创新创业课程、开展创新竞赛活动、建立学生创新创业孵化平台等方式，激发学生的创新激情，提供从创意到产品的全链条实践经验。学校还鼓励学生参与国内外学术交流和科技展览，拓宽国际视野，增强全球竞争力。

最后，针对未来产业发展的不确定性和挑战，南京工业大学储能科学与工程专业加强了对学生综合素质的培养。除了专业技能外，还着重培养学生的批判性思维、跨文化交流能力、社会责任感等，使学生不仅能够适应当前的产业变革，更能够预见和引领未来的技术发展趋势。

通过上述举措，南京工业大学储能科学与工程专业的人才培养机制得到了全面优化和升级，为学生进入新质生产力主导的未来产业提供了坚实的知识基础和技能准备，培养出了一批既有深厚专业素养，又具备创新能力和实践经验的复合型人才，为推动社会经济发展和产业进步做出了积极贡献。

（三）新工科背景下的课程体系与教学方法改革

在新工科背景下，针对储能科学与工程专业，南京工业大学深化课程体系与教学方法的改革，以满足新时代对工程技术人才的多元需求。这一教改旨在培养学生的综合素养、创新能力和国际视野，确保学生毕业后能够在储能及新能源领域发挥重要作用。

首先，课程体系的改革着重于跨学科知识的整合。南京工业大学通过引入新工科理念，将传统的储能科学与工程专业课程与信息科技、环境科学、管理学等领域的知识进行整合。新设置的课程如“智能电网与储能应用”“绿色能源技术与评价”等，不仅覆盖了储能技术的核心内容，还拓展了学生的知识视野，为解决复杂的能源问题提供了多角度的思考方式。

在教学方法上，学校积极探索与实践以学生为中心的教学模式，如项目导向学习（PBL）、翻转课堂等。这些方法能够激发学生的学习兴趣，提升学习效率，尤其是通过真实工程项目的参与，学生可以在实践中深化理论知识的理解，提高解决实际工程问题的能力。同时，学校还利用在线平台和数字化工具，为学生提供了灵活多样的学习资源和环境，促进了学习方式的多元化和个性化。

评价机制的改革也是教学改革的重要组成部分。^[8,9] 南京工业大学通过建立更为全面和多维度的评价体系，如将学生的项目参与度、团队合作能力、创新成果等纳入评价范畴，旨在全面评估学生的综合能力。这种改革有助于引导学生实践和创新能力的培养，对其更好地适应未来职场的需求至关重要。通过强调实践性教学和跨学科项目，学生将有机会在真实场景中应用所学知识，并通过创新性思维解决现实问题。

此外，学校还非常重视培养学生的国际视野和跨文化交流能力。通过建立海外实习、交换生项目以及与国外高校和研究机构的合作项目，学生有机会接触和学习国际先进的储能技术和理念，同时在跨文化环境中提升自身的沟通和协作能力。

通过上述课程体系与教学方法的全面改革，南京工业大学储能科学与工程专业不仅能够培养学生扎实的专业知识，更能提升学生的创新实践能力、团队协作能力以及应对国际化挑战的能力，为社会培养出更多高质量的储能领域工程技术人才。

三、南京工业大学储能科学与工程本科教育模式探索实践

（一）课程体系和教学内容的创新

在新工科教育背景下，针对储能科学与工程专业，南京工业大学着力于课程体系和教学内容的全面创新，以培养适应未来能源系统需求的复合型、创新型人才。这一创新不仅体现在课程内容的更新，更在于教学方法和理念的革新，以及对学生创新能力和实践能力的重视。

基于上述定位，储能专业基础课程的布局为工程热物理、化工、材料、电气、控制学科基础课程的结合，图3展示了各学科学分的分布情况。这些基础课程的构建考虑到专业知识的交叉性，旨在为后续专业核心课程提供必要的基础支持。通过这些基础课程的学习，学生将建立起跨学科的知识框架，为深入学习储能专业的核心内容打下坚实的基础。这种综合性的课程设计有助于学生全面理解储能领域的复杂性，并培养其跨学科思维和问题解决能力，从而为未来的学习和职业发展奠定良好的基础。

图 3  专业基础课的学科交叉布局

首先，课程体系的构建着眼于跨学科知识的融合与平衡，强调储能科学与工程基础知识与新能源技术、环境科学、信息技术等相关领域知识的交叉融合。新增的课程如“能源互联网技术”“智能储能系统设计”“碳足迹评估”等，旨在培养学生的系统思维能力，使学生能够从更广阔的视角理解储能技术的应用与发展。同时，通过引入“可再生能源系统集成”“绿色低碳技术”等课程，增强学生对环境友好型能源解决方案的认识和设计能力。

其次，教学内容的创新也体现在强化理论与实践相结合的教学模式上。例如，通过与企业合作开展的“产学研项目”让学生参与真实的储能系统设计与优化，不仅提升了学生的工程实践能力，还增强了学生解决复杂工程问题的能力。此外，学校鼓励并支持学生参与国际科技竞赛，如“全球储能创新大赛”，通过竞赛激发学生的创新意识和团队协作精神。

教学方法方面，南京工业大学积极探索翻转课堂、在线开放课程、模拟仿真实验等现代教学手段，以提高教学效果。翻转课堂通过预习、小组讨论、现场解决问题等形式，大大增强了学生的学习主动性和课堂互动性。在线开放课程则打破了时间和空间的限制，让学生能够自主学习国内外先进的储能科技知识。模拟仿真实验平台则为学生提供了无风险的实验环境，使学生能在虚拟环境中深入探索和学习储能系统的工作原理和设计方法。

此外，针对评价机制的创新也是课程体系和教学内容改革的重要方面。除了传统的考试和作业，更多地采用项目评价、实践报告、创新作品等多样化的评价方式，旨在全面评估学生的知识掌握程度、实践能力和创新能力，真正做到以学生为中心的教学。

通过这些全方位的课程体系和教学内容创新，南京工业大学储能科学与工程专业不仅能够培养出具备扎实专业知识、强大实践能力和创新精神的新时代工程技术人才，更能为学生未来在能源行业的发展奠定坚实的基础。

（二）强化产学研结合，提升学生实践能力

在当前教育和产业发展的新格局下，南京工业大学储能科学与工程专业深化产学研结合，显著提升了学生的实践能力，构建了与国家能源战略和双碳目标紧密结合的人才培养新模式。通过与行业龙头企业和顶尖研究机构的紧密合作，本专业不仅提供了丰富的实践平台，更为学生的职业发展和创新研究搭建了桥梁。^[10]

首先，学校与企业共同开展了一系列的联合教育项目，如实习实训基地的建设、联合实验室的成立、企业导师制的实施等。这些项目不仅让学生有机会深入企业，参与到真实的工程项目中，还通过企业导师的一对一指导，使学生能够及时获取行业最新动态和技术发展趋势，极大地丰富了学生的实践经验和技能。

其次，专业通过开展科研训练计划和学生创新项目，鼓励学生参与到科学研究和技术创新中。学校为学生提供了完备的科研平台和资金支持，使学生在本科阶段就有机会参与到国家级和省部级科研项目中，进行科学探索和技术开发。通过这些项目，学生不仅能够提升自身的研究能力和解决问题的能力，还能够增强创新意识和团队协作精神。

此外，学校还积极组织学生参加国内外技术竞赛和学术会议，如全球储能技术创新大赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛等。这些竞赛和会议不仅为学生提供了展示自我、检验学习成果的平台，也使学生有机会与行业内的专家学者和同行进行交流学习，开阔视野，激发创新灵感。

在教学内容和课程设置方面，专业依托产学研结合的优势，将最新的行业需求和科研成果转化为课程内容，实现了课程教学的实时更新和优化。通过案例教学、项目驱动教学等方法，使学生能够在学习过程中紧跟行业发展，理论与实践紧密结合，有效提升了学生的工程实践能力和创新设计能力。

总之，通过强化产学研结合，南京工业大学储能科学与工程专业在提升学生实践能力方面取得了显著成效，为学生的全面发展和未来职业生涯奠定了坚实基础，同时也为国家能源转型和科技创新输送了大量高素质、高技能的专业人才。

（三）培养方案的灵活性和开放性

为适应快速变化的能源行业需求和培养具有创新能力和实践能力的储能科学与工程人才，南京工业大学在储能专业本科教育中，特别强调培养方案的灵活性和开放性。这种教育模式的设计旨在为学生提供广阔的学习平台，鼓励学生根据个人兴趣和职业规划，主动探索和选择最适合自己的学习路径。

首先，学校通过实施大类招生和专业分流机制，为学生进入储能科学与工程专业前提供了广泛的基础教育。这种模式使学生在真正决定专业方向之前，能够接触到更多的基础学科知识，有助于学生更全面地认识自己的兴趣和能力，做出更为明智的专业选择。

在课程设置上，学校不断优化和调整课程体系，除了必修的基础课程和专业核心课程外，如“工程热力学”“传热学”等，还提供了丰富的选修课程，包括前沿科技讲座（如新型储能电池技术进展、储热技术中的关键问题等）、行业实践案例分析、国际交流项目等，使学生能够根据个人发展方向深化专业技能或拓展跨学科知识。此外，专业还特别设置了“个性化学习计划”，允许学生在导师的指导下，自主设计部分课程内容，以适应个人职业规划和兴趣发展，增强学习的主动性和针对性。

实践教学方面，南京工业大学通过与国内外知名企业和研究机构的深度合作，建立了一系列校外实习、实训基地，为学生提供了丰富的实践学习机会。通过参与真实项目的研发、设计和管理，学生不仅能够将理论知识应用到实际工作中，还能够及时了解行业最新动态和技术发展趋势，有效提升其综合职业能力。同时，学校鼓励学生参与科研项目和技术创新活动，通过科研训练、学术竞赛等形式，激发学生的创新思维和解决问题的能力。

最后，学校对于学生的国际视野培养也给予了高度重视。通过国际交换生项目、国际合作研究项目等，为学生提供海外学习和研究的机会，让学生在跨文化环境中学习和成长，拓宽国际视野，提升全球竞争力。

通过上述举措，南京工业大学储能科学与工程专业的培养方案展现出了高度的灵活性和开放性，不仅能够满足学生多样化的学习需求和职业发展目标，还能够适应能源行业和社会发展的新要求，为社会培养出更多高素质、具有国际视野和创新能力的储能领域专业人才。

四、结语

在“双碳”战略及新工科背景下，南京工业大学对储能科学与工程专业的教育模式进行了全面的改革和探索，以适应新质生产力发展的需求和双碳目标的挑战。通过课程体系的跨学科整合、教学方法的创新实践、以及评价机制的多维度改革，学校成功构建了一种灵活开放、注重实践与创新的人才培养机制。这一机制不仅加强了学生的专业知识学习，更重要的是提升了学生的综合素质、实践能力和国际视野，培养出既能够理解和应用新能源技术，又具备解决复杂能源问题能力的高素质工程技术人才。南京工业大学的这一探索和实践，为高等教育领域特别是新工科教育提供了有益的经验和范例，对于推动储能领域乃至新能源领域的人才培养和产业发展具有重要意义。

责任编辑：黄小青‍‍‍

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