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

對(duì)當(dāng)前能源動(dòng)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(dòng)力學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)第一次全體會(huì)議1.當(dāng)前我國(guó)在讀大學(xué)生2100萬(wàn)，為世界第一位,2005年招生504萬(wàn)，2006年508萬(wàn)。2.高校不但是我國(guó)人才培養(yǎng)的主力軍,也是我國(guó)科研的主力軍。其中自然科學(xué)獎(jiǎng)的55%、發(fā)明獎(jiǎng)的67%、科技進(jìn)步獎(jiǎng)的54%為高校所獲得。6年空白的發(fā)明一等獎(jiǎng),05年高校獲得2項(xiàng)。3.這些成績(jī)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(guó)家占GDP的4.2%,發(fā)展中國(guó)家占4.8%，香港八所大學(xué)平均每個(gè)學(xué)生投入25萬(wàn)元，而我國(guó)每個(gè)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(fèi)的23％,即GDP的0.68%。4.目前全國(guó)高校共建有38個(gè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)，教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的主要作用為：(1)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)是教育部依靠力量；(2)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)是指導(dǎo)教改的主要力量；(3)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)要把握改革方向；(4)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)要進(jìn)行教育、教學(xué)研究；(5)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)是實(shí)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(huì)是加強(qiáng)師資建設(shè)的關(guān)鍵；(7)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)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)模空前的能源基礎(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(wàn)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?jī)粼?6個(gè)兗州煤礦石油

凈增6個(gè)大慶天然氣凈增8個(gè)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(jī)組天然氣發(fā)電50GW風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電10GW我國(guó)資源相對(duì)不足(地大物薄)

Chinaisshortofnaturalresourcescomparedtoitspopulation我國(guó)資源能源消耗量大

(主要是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題)

LargeconsumptionofenergiesandresourcesinChina

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

Consumptionofenergiesperunitoutputislarge一些資源對(duì)外依存度大

ExternaldependencyislargeinsomeresourcesinChina2004年中國(guó)GDP占世界份額及相關(guān)原材料消費(fèi)占全世界消費(fèi)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(wèn)題：(1)著力培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力(2)大力加強(qiáng)實(shí)踐教育環(huán)節(jié)，這點(diǎn)當(dāng)前非常薄弱，特別是實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)問(wèn)題很多。例如：論文數(shù)上去了，但依賴度沒(méi)下來(lái)“高水平的論文既是衡量一個(gè)單位和科研人員創(chuàng)新水平的指標(biāo)，也是一個(gè)國(guó)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(shí)際問(wèn)題中的作用?！痹谟绊懸蜃优琶?0%的國(guó)際一流期刊上發(fā)表的中國(guó)論文，每?jī)赡暌?5%的速度增長(zhǎng)；中國(guó)80%左右的國(guó)際論文分布在低被引區(qū)間和零被引區(qū)間。換言之，我國(guó)絕大多數(shù)國(guó)際論文只是發(fā)表而已，并沒(méi)有引起同行關(guān)注，數(shù)量的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出質(zhì)量的增長(zhǎng)。以至于有人把SCI稱為“StupidChineseIdea”。這說(shuō)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(gè)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(dòng)力，這樣的目標(biāo)不是填鴨式的教育所能實(shí)現(xiàn)的。透徹地領(lǐng)悟基本的原理才是實(shí)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(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)是當(dāng)今存在的主要問(wèn)題，我們?cè)噲D用國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)再結(jié)合本國(guó)的具體情況，引進(jìn)加以消化再創(chuàng)新。排名美國(guó)英國(guó)德國(guó)來(lái)源1MIT麻省理工學(xué)院ImperialCollegeofS，T&M倫敦大學(xué)帝國(guó)理工學(xué)院RWTHAachenUniversity亞琛工業(yè)大學(xué)USNews&WorldReport《美國(guó)新聞和世界報(bào)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(diǎn)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(bào)》2005-2006歐美大學(xué)本科工程學(xué)院排名以上院校的機(jī)械工程系本科均設(shè)置了能源動(dòng)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(jī)械大類本科生課程計(jì)劃安排核心課程3、4年級(jí)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(jí)（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(gè)課程設(shè)計(jì)。麻省理工學(xué)院能源動(dòng)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(jī)械工程工具）MeasurementandInstrumentationLab

(12units)（測(cè)量與儀器實(shí)驗(yàn)）DifferentialEquations

(12units)（微分方程）MIT

能源動(dòng)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(dòng)力學(xué)與控制I、II）DynamicsandControlII(12units)DesignandManufacturingIandII(24units)（設(shè)計(jì)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(jì)實(shí)驗(yàn)）IndependentStudyorThesis(6unitsminimum)（獨(dú)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(dòng)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(jì)算原理微生物處理技術(shù)工程管理工程管理工業(yè)機(jī)器人納米－微米傳遞過(guò)程制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹線性振動(dòng)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(jī)電一體化多相流理論機(jī)械振動(dòng)機(jī)械零件設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)中計(jì)算機(jī)方法有限元在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的應(yīng)用除塵技術(shù)試驗(yàn)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(diǎn)緊跟研究熱點(diǎn)和科技前沿2000年：IT技術(shù)、生物技術(shù)、機(jī)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(yàn)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(diǎn)：品種豐富、多樣化以教師筆記為主，使用多本教科書(shū)、參考文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)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(fèi)下載。MIT機(jī)械系本科生的實(shí)驗(yàn)課程主要有兩門：每周2節(jié)，每節(jié)1小時(shí)MeasurementandInstrumentationLab

(12units)（測(cè)量與儀器實(shí)驗(yàn)）ProjectLaboratory(6units)（課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)教學(xué)MIT本科課程設(shè)計(jì)（ProjectLab）題目每周2節(jié)，每節(jié)1小時(shí)1.ProximityHeatingofSiliconWafers硅晶片近距加熱2.TransferLineDynamics傳遞線性動(dòng)力學(xué)3.PipeClearingFluidTransient

管道清潔時(shí)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?cè)斐傻耐＾D(zhuǎn)圖3管道清潔時(shí)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(kāi)設(shè)4個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室：供高年級(jí)本科生和研究生選擇：FuelCellLaboratory（燃料電池實(shí)驗(yàn)室）ReactingGasDynamicsLaboratory

（反應(yīng)氣體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室）RohsenowHeatandMassTransferLaboratory

（傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)室）SloanAutomotiveLaboratories（汽車實(shí)驗(yàn)室）

例如：傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)室可供選擇的15個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(jí)材料和裝置Thermalcontrolofelectronicstestingenvironments

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

壓力/漩渦動(dòng)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(jī)械工具的熱控制Buildingtechnology

建筑工藝EnergyefficientbuildingsinChina

中國(guó)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(shí)驗(yàn)室）

圖7在?；骰插仩t上利用紅外照相機(jī)進(jìn)行流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)

Seminar研討會(huì)一般來(lái)講，美國(guó)大學(xué)的seminar都是本科生和研究生必修環(huán)節(jié)，每?jī)芍芑蛉馨才乓淮?，每?～1.5小時(shí)，在每個(gè)學(xué)期開(kāi)始向系辦秘書(shū)處進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)后每次研討會(huì)學(xué)生均需要簽到記錄考勤，并在研討會(huì)上積極討論，以獲得好評(píng)成績(jī)。研討會(huì)通常由系里的教師組織，邀請(qǐng)本領(lǐng)域的外校教授來(lái)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(diǎn)。

MIT能源科學(xué)與工程方向2005年舉行過(guò)的研討會(huì)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(chǔ)存）RenewableEnergy:RationaleandVision（可再生能源，基本原理與前瞻）RohsenowSymposiumonFutureTrendsinHeatTransfer（傳熱研究未來(lái)趨勢(shì)）SloanAutomotiveLabOverview（汽車實(shí)驗(yàn)室總覽）CALTech加州理工學(xué)院研討會(huì)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(dòng)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(dòng)力學(xué)測(cè)量

畢業(yè)設(shè)計(jì)從畢業(yè)設(shè)計(jì)提交計(jì)劃書(shū)到完成畢業(yè)論文，需要10周左右MIT機(jī)械系本科畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容類型:工程項(xiàng)目的評(píng)價(jià)創(chuàng)新研究項(xiàng)目設(shè)計(jì)項(xiàng)目無(wú)論以上哪種情況，畢業(yè)設(shè)計(jì)最后都必須提交由導(dǎo)師評(píng)分的論文或書(shū)面報(bào)告。經(jīng)導(dǎo)師批準(zhǔn)，可以獲得最多15個(gè)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(kāi)始或完成畢業(yè)設(shè)計(jì)：如果是跨學(xué)期進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，那么學(xué)生必須在每個(gè)學(xué)期注冊(cè)時(shí)提交工作進(jìn)展報(bào)告，并由導(dǎo)師根據(jù)工作進(jìn)展情況進(jìn)行評(píng)分。畢業(yè)論文選題MIT機(jī)械系本科生畢業(yè)論文的選題是按照各個(gè)研究方向，由該研究方向中的各個(gè)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(jì)展示本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)制作的垃圾飲料瓶自動(dòng)分揀、回收裝置可遙控的自動(dòng)家庭除草車用于倉(cāng)庫(kù)貨棧中的無(wú)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(shù)脂顆粒的運(yùn)動(dòng)：行進(jìn)、碰撞、接觸壁面反彈等可見(jiàn)，當(dāng)前我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)教育體制在新的前沿學(xué)科課程安排、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、實(shí)習(xí)課環(huán)節(jié)、討論課、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面存在很大的差距。因此我們?cè)趯W(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)同時(shí)，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(dú)立思考的能力、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和實(shí)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(jìng)爭(zhēng)，敢于主動(dòng)學(xué)習(xí)在這個(gè)信息高度發(fā)達(dá)、競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代，人人都有生存的危機(jī)，人人都有無(wú)形的壓力，非大學(xué)生獨(dú)然。大學(xué)的責(zé)任是教人自明自強(qiáng)，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(gè)學(xué)期?！笆裁词呛脤W(xué)生，什么是好老師”，老師在講課時(shí)，要講科技和技術(shù)的創(chuàng)新的過(guò)程和歷史；要講透基本的物理概念，并鼓勵(lì)學(xué)生課堂提問(wèn)，盡量把學(xué)生調(diào)動(dòng)起來(lái)。但并不是每一個(gè)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(méi)有解決的科學(xué)問(wèn)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(shí)地的關(guān)系。堅(jiān)持自主創(chuàng)新，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，既需要扎實(shí)苦干的實(shí)踐，又需要堅(jiān)定持久的信心。老師都沒(méi)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(duì)外開(kāi)放的關(guān)系。沒(méi)有對(duì)外開(kāi)放，就沒(méi)有自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)和條件。沒(méi)有自主創(chuàng)新，便永遠(yuǎn)受制于人，永遠(yuǎn)不能與先進(jìn)國(guó)家平等對(duì)話，永遠(yuǎn)難于擺脫技術(shù)落后的局面。無(wú)數(shù)事實(shí)已經(jīng)無(wú)可辨駁地證明：核心技術(shù)是買不來(lái)的。因此，我們上課時(shí)要把核心理論和技術(shù)講透。假如還沒(méi)有掌握，那就把沒(méi)有解決的問(wèn)題提出來(lái)，讓學(xué)生將來(lái)有超過(guò)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主體和技術(shù)創(chuàng)新的主體?？蒲性核笥锌蔀椋P(guān)鍵是要以市場(chǎng)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(guò)企業(yè)實(shí)現(xiàn)科