基于創新實踐能力培養生物質熱解專業實驗實踐教學建設
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摘 要 生物質熱解技術是生物質能源化利用的重要方向，全國多個高校開設了生物質能源專業和課程。本文分析探討了基于創新實踐能力培養的生物質專業基礎實驗實踐教學建設的意義，梳理了實驗實踐教學內容，強調了科研成果轉化實驗、虛擬仿真實驗、實習實踐教學在創新實踐能力培養中的重要作用，為我國的生物質熱解技術產業化的發展提供創新實踐型人才支持。
關鍵詞 創新實踐能力 生物質熱解專業 實驗實踐教學 虛擬仿真
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
0前言
我國生物質資源極為豐富，同時生物質能源化利用還具有低碳環保、循環再生的優點，在應對能源消費結構調整、生態環境保護等方面發揮著重要作用，在化石燃料逐漸枯竭和環境污染的背景下，生物質能源的替代作用逐漸凸顯。
南京林業大學作為一所以林科為特色，以資源、生態和環境類學科為優勢的多科性大學，生物質資源的高質化利用是我校工科專業的重要方向，而生物質能源多聯產技術重要途徑。生物質熱解技術能夠以較低的成本、連續化生產工藝，將低能量密度的生物質轉化為高品質的氣、液、固產物，以及促進生物質能源化的推廣。但目前生物質熱解專業人才較少，難以滿足市場需求，生物質熱解專業實驗實踐教學是重要教學環節，急需加強系統化建設。
1生物質熱解專業實驗實踐教學建設的意義
生物質熱解等生物質綜合利用技術近年受到國家多個部門政策的支持，如在《生物質能發展“十三五”規劃》中指出，要積極發展分布式農林生物質熱電聯產技術，積極推進新建熱電聯產項目。生物質能源化多聯產的綜合利用是國家政策導向，同時也是將清潔能源消費與環境保護、土壤改良相結合的重要研究方向。所以系統性的基于創新實踐能力培養的生物質熱解實驗實踐課程建設，是當前生物質能源利用專業的重要任務。實驗實踐課程建設有助于培養學生觀察、思考問題的能力，系統了解生物質能源專業的概況、加強專業理論知識的學習，提高學生對本專業在國民經濟建設發展中的作用及地位的認識，將課本理論知識和實踐操作經驗有機結合，培養實踐創新能力，為學生就業打下良好的基礎，也為生物質能源行業輸送專業型、實踐型、創新型復合人才。
2生物質熱解專業實驗教學內容建設
實驗實踐課程內容的建設根據學生的認知規律和人才培養目標科學合理的規劃，內容設置上由簡單向復雜遞進，由基礎實驗向綜合性、設計性、研究性實驗過渡。生物質熱解實驗過程是由原料的基礎分析、熱解過程參數的控制、熱解產物的分析和利用組成，在此基礎上開展創新研究性實驗，結合虛擬仿真技術實驗，真正實現全反應鏈的熟練掌握。
2.1生物質熱解基礎性實驗內容建設
（1）生物質的原料理化性質分析。實驗內容主要有：①生物質的工業分析實驗：掌握利用干燥箱、馬弗爐等設備檢測生物質水分、灰分、揮發分、固定碳等指標含量。②生物質的元素分析實驗：掌握利用元素分析儀測量生物質碳、氫、氮、硫、氧元素含量。③生物質的熱值分析實驗：掌握利用微機量熱儀測量生物質的熱值大小。
?。?）生物質熱重-紅外聯用分析實驗：利用熱重-紅外聯用分析儀，進行毫克級的生物質熱解特性實驗，學習掌握生物質熱解失重規律與氣體產物生成規律。
2.2生物質熱解綜合性實驗內容建設
?。?）生物質的熱解特性實驗。生物質的熱解過程比較復雜，影響因素主要有原料種類、原料粒度、熱解方式、熱解溫度、熱解時間、升溫速度、反應壓力等，主要設置實驗內容有流化床生物質快速熱解液化實驗、固定床生物質熱解實驗、干餾式熱解炭化實驗、下吸式固定床生物質熱解氣化實驗。
（2）生物質熱解產物分析實驗。生物質熱解產物的高附加值的綜合利用是生物質能源的發展方向。生物質的熱解產物主要有生物質可燃氣、生物質炭、生物質提取液、生物質油，根據利用方向的不同，主要設置氣相色譜法測量生物質可燃氣組分及熱值分析實驗、生物質炭的工業分析和熱值分析、生物質炭比表面積及孔徑分布檢測實驗、生物質提取液的組分分析實驗、生物油的熱值分析實驗等。
2.3生物質熱解創新性實驗內容建設
由科研成果轉化的實驗是創新性實驗建設的重要內容，近年實驗室隊伍成員分別主持或參加 “農林生物質能源多聯產綜合利用技術示范”、“熱解氣化制取生物燃氣新技術與示范”、“活性炭清潔生產新技術研究與示范”、“生物質三組分烘焙脫氧及其對熱解液體產物的調控機制研究”、“農業廢棄物和生活垃圾共熱解氣化技術及示范應用”等課題基金項目，在生物質氣體燃料定向制備與轉化以及副產物炭液的開發應用、生物質熱能的高效利用領域有扎實的研究基礎。
2.4生物質熱解虛擬仿真實驗教學建設
生物質熱解能源綜合利用工程設備過于龐大，在教學授課過程中，不能很好的對學生進行知識的普及，也無法讓每個學生都深入進行實際的實驗，因此制作開發虛擬仿真實驗系統。目的在于更好的開展教學活動，讓每個學生都能了解生物質多聯產利用系統的工作原理、內部結構，深入認識多聯產產業化的意義，同時對于設備的改進和發展具有較大的幫助。
生物質多聯產利用虛擬仿真實驗系統項目設計規劃采用三維模型搭建，運用交互教學的方式進行框架設計，主要分為以下三個方面：采用平面或者三維的形式先對整個工藝流程進行分析;采用三維交互設計的方式，對生產線的主要工作方式或者內部工作原理進行全方位，三維模擬形式的展現，并且設置不同的配方，比對產出物的不同，讓學生在實驗過程中更加明白設備的工作原理;產物的加工利用包括固體、液體、氣體，每種產出物都有各自對應的一整套深加工設備及利用工藝流程。
3生物質熱解專業實踐教學內容建設
實踐教學是本專業的重要教學環節，是培養實踐型人才的重要方式，通過生產實踐實習，使學生參與生產企業的實際生產管理過程中，從而深化對生物質多聯產工藝相關生產、加工等領域的實際應用的掌握。實踐實習基地充分利用企業生產與經營的軟硬件資源，著力培養學生專業技能與職業素質。通過以下方式建設對口穩定的實踐教學基地： （1）建立實踐基地合作制度。實踐實習基地的建立應有利于促進學校與基地資源共享、互惠互利、共同發展。實踐實習基地具備實習條件和管理環境，能幫助解決實習學生所需的食宿、勞動保護和衛生等條件，使學生能有效地參與實踐活動，順利完成實踐教學計劃要求相對穩定，每學期或每學年有固定專業的學生進行實習。
?。?）建立實踐實習教學計劃。建立好實習計劃、實習大綱和實習指導書等材料，與基地有關人員共商實習措施，培訓指導老師，熟悉實習基地的各項工藝流程，校企及學生共同簽訂《實踐實習協議書》。根據生產實際，合理安排學生的實習崗位和工作，并按照《實踐實習協議書》做好學生的實習管理工作，確保學生實踐實習的順利完成。
（3）建立發展機制。教師在基地可以根據生產實際的需要進行科研工作，在科研工作中培養人才，使人才服務于科研，同時科研成果又將豐富教學內容，這樣的教學更能吸引學生;學生可以在基地進行實習，將專業理論運用于實際，同時生產實際的需要能夠激發學生的求知欲和責任感，促使其主動完成專業知識的學習和專業技能的訓練。建立長期發展的實習基地，可以實現教學、科研及生產的相互促進和發展，意義重大。
4結語
生物質熱解技術是生物質能源化利用的重要方向，通過專業基礎實驗教學和綜合性設計性實驗的強化，結合科研成果轉化實驗、虛擬仿真實驗、實習實踐教學，提高學生的分析計算和實驗操作能力，系統培養了創新實踐能力的系統化培養，同時通過生物質熱解相關的實驗課程教材配套教學，結合前沿的知識和學科發展動態，強化實驗教學與科學研究的緊密結合，從科研項目中提煉更多具有工程應用背景的專業實驗，為我國的生物質熱解技術產業化的發展提供創新實踐型人才支持。
（通訊作者：周建斌）
作者簡介：馬歡歡（1989-），男，安徽宿州人，碩士，南京林業大學材料科學與工程學院，實驗師，從事生物質熱解研究與教學;通訊作者：周建斌（1965-），男，教授/博導，從事生物質能源科研教學與產業化。
參考文獻
[1] 周建斌.生物質能源工程與技術[M].北京：中國林業出版社， 2011.
[2] 朱錫鋒.生物質熱解原理與技術[M].合肥：中國科學技術大學出版社， 2006.
[3] 李健，鄭冀魯，尉芹等.《生物質能源工程與技術》教學改革探索[J].廣州化工，2015，43（19）：226-228.
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