高校《生物质热解原理与技术》实验实践课程教学建设

马欢欢 章一蒙 周建斌 陈登宇

摘要：生物质能是重要的清洁可再生能源，具有低碳、环保、循环可再生等特点，其应用形式多样、应用技术成熟、应用范围广泛，在应对全球气候变化、缓解能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用，逐渐成为能源结构消费调整、国际能源转型的重要力量。生物质热解技术是生物质能源中的重要利用方向，通过对实验实践课程的学习，使学生深刻理解生物质热解原理与技术的专业知识，获得相应分析计算和实验操作能力，提高学生运用所学知识发现、分析和解决实际问题的能力。

关键词：生物质能源；《生物质热解原理与技术》；课程建设；实践教学

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）18-0186-02

一、前言

近年来生物质能引起了社会各方的极大关注。我国生物质资源极为丰富，农作物秸秆资源每年约9亿吨，林业三剩物约1.2亿吨，这些能源由于能量密度低而带来的体积大、运输贮存费用高，给工业化利用带来了困难和不便。随着生物质成型燃料、热解、气化、液化等关键技术的攻克和产业化进程的推进，生物质能源的应用随之会带来巨大的社会、经济和环境效益[1]。南京林业大学材料科学与工程学院在生物质热解气化技术研究和产业化建设方面形成了一定的知识产权和研究成果，并在此基础上成立了新能源科学与工程专业。生物质资源的高质化利用是我校工科专业的重要方向，而生物质能源（热解）多联产技术正是高质化利用的重要途径。本专业的建设定位是面向新能源，以生物质能源高效利用为特色，充分发挥我校在生物质气化、液化多联产技术方面的优势，同时兼顾太阳能、风能、沼气能等课程方向。

二、课程建设基础与背景

生物质热解等生物质综合利用技术近年来受到国家各级政策的支持。国家能源局在2016年10月印发了《生物质能发展“十三五”规划》，规划中指出要积极发展分布式农林生物质热电联产技术，积极推进新建热电联产项目。2017年6月国家林业局、发改委、科技部等部委联合发布《林业产业发展“十三五”规划》，其中“专栏8生物质能源多联产发展工程”，要求加快建设一批生物质能源多联产示范基地，强化科学技术研究和标准化建设，支持科研院所、高等院校、关联企业等参与生物质能源多联产生产技术和产物综合利用及应用推广研究。加强与农业、国土等部门的合作，推动生物质炭、肥等产品应用于农业生产和土壤改良等领域。国家能源局、环境保护部印发了《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》，旨在发挥清洁高效煤电体系的技术领先优势，依托现役的煤电高效发电系统和污染物集中治理设施，利用生物质热解气化技术，消纳农林废弃物等生物质资源，破解秸秆田间焚烧造成空气环境污染等社会治理难题。国家发改委、农业部、能源局联合发文《关于开展秸秆气化清洁能源利用工程建设的指导意见》，实施建设秸秆等生物质气化清洁供热利用工程。因此可见，生物质能源化多联产的综合利用是国家政策导向，同时也是与环境保护相结合的重要研究方向。所以《生物质热解原理与技术》实验实践课程的安排应根据学生的认知規律和人才培养目标，对实验教学内容进行科学合理的规划，从生物质原料的分析到热解过程的实验以及热解各项产物的分析和利用研究，达到生物质热解的综合利用目的，同时开展生物质热解的综合性或拓展性实验，做到基础性实验和综合性与设计性实验相结合，坚持实验教学与科学研究相结合的模式，深入开展研究性实验教学。

三、实验实践教学体系的建设

在生物质能源方向中，《生物质热解原理与技术》的实验实践课程建设思路应该是突出以生物质能源技术、生物质综合利用技术为重点，整合基础的热能利用实验平台，构建生物质能源专业实验平台，构建专业实验实训平台和校内工程实训平台，培养学生的动手能力和工程实践能力，构建应用型科研实验平台，并与教师科研相结合，积极引导学生创新创作。

实验实践教学体系包括基础性实验和拓展开放性实验，基础性实验主要包括专业基础课程中的实验和单独设置的实验课程，实验的设置目的是为了配合理论教学中重要的基础理论或知识点而设置的演示性实验或验证性实验。该类实验侧重对基础技能的训练，巩固所学的基础理论知识，规范操作方法，掌握实验的基本方法和基本技能、数据处理的知识和实验报告的撰写，为综合实验和研究创新性实验奠定了基础。拓展开放性的综合实验是来源于教师申请的课题或是企业委托的研究项目等，内容设置则有利于学生将所学理论和技能进行综合运用与发挥，提高系统地分析和解决实际问题的能力，培养学生的综合能力和团结协作精神，全面考核学生对本专业能力的掌握情况[2]。

四、实验实践教学课程内容的建设

在实验实践课程的内容设置上，应改善原有的实验教学体系，优化实验内容设置，强化实验基本技能，适当减少验证性实验内容，增加探索性、创新性实验内容，提高学生的分析和解决问题能力、独立工作能力和创新思维能力。同时按照学科的发展，开展前沿性的实验项目建设，使人才培养能够学习到前沿的知识和学科发展动态。坚持基础性实验和综合性与设计性实验相结合、实验教学与科学研究相结合的模式，深入开展研究性实验教学，强化实验教学与科学研究的紧密结合，将科研方法和手段转化为实验教学的方法和手段，从而更新和完善相关实验的教学内容[3]。

《生物质热解原理与技术》实验学时为32学时，在课程内容设置上包括四个方面[4]：（1）生物质的原料分析。生物质原料的基础理化特性的分析对生物质热解利用有重要的意义，属于基础性实验，实验内容主要有生物质的工业分析实验、生物质的元素分析实验、生物质的热值分析实验。（2）生物质的热解实验。生物质的热解过程比较复杂，影响因素有原料种类、原料尺寸、热解装置、热解温度、升温速度、反应压力等，同时实验设置要涵盖多个生物质量的区间，主要有生物质的热重分析实验、热重—红外光谱联用分析实验、流化床生物质液化实验、固定床生物质热解实验、固定床生物质热解气化实验。（3）热解产物性质分析实验。热解产物的高附加值的综合利用是生物质能源的发展方向。主要设置生物质可燃气组分及热值分析、生物质炭的工业分析和热值分析、生物质炭吸附性能检测、生物油的热值分析、生物质提取液的组分分析等。（4）拓展性与综合性分析实验。生物质热解—气相—质谱联用综合性实验、生物炭深加工利用实验等，也可开展生物质热解气化多联产利用系统工程虚拟仿真实验，利用平面或者三维的形式先对整个工艺流程进行学习，利用三维交互设计的方式，对生产线的主要工作方式或原理进行全方位三维模拟形式的展现，让学生更加直观的学习和掌握[5]。

五、结语

《生物质热解原理与技术》是生物质能源研究方向的重要课程，其实验实践教学也是工科学生培养的重要部分，实验实践课程教学也可提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，随着生物质能源的发展，社会对生物质能源领域的人才需求也更多，学生实践能力的提高也为其在专业领域的就业提供了保障。同时，结合前沿的知识和学科发展动态，强化实验教学与科学研究的紧密结合，从科研项目中提炼更多具有工程应用背景的专业实验，为我国生物质能源的发展提供人才支持。

参考文献：

[1]周建斌.生物质能源工程与技术[M].北京：中国林业出版社，2011.

[2]李健，郑冀鲁，尉芹，等.《生物质能源工程与技术》教学改革探索[J].广州化工，2015，43（19）：226-228.

[3]王鉴，姜振军.论教学理论介入教学实践的路径与价值[J].教育理论与实践，2014，34（4）：53-56.

[4]朱锡锋.生物质热解原理与技术[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2006.

[5]李松，陈丽梅，王琪，等.地方农业院校工程类校级实验教学示范中心平台建设——以生物质能方向为例[J].教育教学论坛，2016，（51）：269-270.