作者：李猛1 茍倩誌2 鄭玉杰1 石萬元1 付乾1 李俊1 李鴻乂1 孫寬1 廖強(qiáng)1

單位：1. 重慶大學(xué)，重慶大學(xué)國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺，低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，能源與動力工程學(xué)院 2. 西安建筑科技大學(xué)建筑設(shè)備科學(xué)與工程學(xué)院 教育部低碳建筑環(huán)境國際合作聯(lián)合實(shí)驗室

引用本文：李猛, 茍倩誌, 鄭玉杰, 等. 學(xué)科交叉背景下儲能科學(xué)與工程專業(yè)本碩博貫通培養(yǎng)實(shí)踐[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù), 2025, 14(5): 2141-2148.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1141

本文亮點(diǎn)：1. 系統(tǒng)地介紹儲能專業(yè)在本科生與研究生教育過程中學(xué)科交叉的重要性，剖析其面臨學(xué)科交叉時存在知識結(jié)構(gòu)單一、教學(xué)方法和培養(yǎng)模式陳舊等核心問題； 2. 提出在本碩博全階段培養(yǎng)過程中建立多學(xué)科交叉課程體系和前沿交叉課題牽引訓(xùn)練的新思路； 3. 介紹如何通過前沿交叉課題培養(yǎng)本科生和碩博研究生學(xué)習(xí)思維，闡明通過學(xué)科交叉知識推動儲能專業(yè)發(fā)展中的重要意義。

摘 要 儲能技術(shù)在國家“雙碳”戰(zhàn)略和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的背景下愈發(fā)重要，高校教育培養(yǎng)儲能專業(yè)的高素質(zhì)人才變得尤為關(guān)鍵。儲能科學(xué)與工程是涉及材料學(xué)、能源動力、物理學(xué)、化學(xué)和電氣工程等學(xué)科的交叉學(xué)科專業(yè)，這對高校的傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)方法提出更高的要求。本文首先回顧了儲能科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)與發(fā)展現(xiàn)狀。同時以重慶大學(xué)能源與動力工程學(xué)院儲能科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)為例，介紹了該專業(yè)在本碩博階段學(xué)生培養(yǎng)過程中開展學(xué)科交叉素養(yǎng)引導(dǎo)的重要性，分析了專業(yè)教學(xué)中知識結(jié)構(gòu)單一、教學(xué)方法陳舊和培養(yǎng)模式落后等問題的主要原因。此外，根據(jù)交叉學(xué)科培養(yǎng)高素質(zhì)人才的專業(yè)需求，闡述了在本碩博階段學(xué)生培養(yǎng)過程中進(jìn)行多學(xué)科交叉課程體系和前沿交叉課題牽引訓(xùn)練的新思路。最后，通過具體研究案例展示，著重分析進(jìn)行前沿交叉課題的具體實(shí)施步驟及所取得的相關(guān)效果，闡明通過學(xué)科交叉的訓(xùn)練推動儲能科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展的重要意義。

關(guān)鍵詞 儲能科學(xué)與工程；多學(xué)科交叉；課題牽引；本科生；研究生

近年來，在經(jīng)濟(jì)全球化的推動下，能源安全與國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的全局性和戰(zhàn)略性問題日益緊密相關(guān)。自黨的二十大以來，我國從國家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略高度出發(fā)，對能源消費(fèi)、供給、技術(shù)和體制進(jìn)行了重要部署。在化石燃料枯竭和環(huán)境污染等背景下，我國前瞻性地提出了“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，即“中國力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。其中，儲能技術(shù)作為新能源發(fā)展和利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在能源生產(chǎn)消費(fèi)、開放共享等方面起關(guān)鍵作用，是推動能源革命的重要組成部分。因此，開發(fā)先進(jìn)的儲能技術(shù)將使得我國乃至引領(lǐng)全球能源格局的革命性調(diào)整。當(dāng)今世界正處于大變局下，各個發(fā)達(dá)國家紛紛發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)人才培養(yǎng)和技術(shù)儲備。因此，加快建立儲能科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，解決能源短缺問題，也是實(shí)現(xiàn)我國民族復(fù)興的戰(zhàn)略需求。

眾所周知，儲能科學(xué)與工程是一個多學(xué)科交叉融合的新興專業(yè)，其特點(diǎn)在于多維度知識、多行業(yè)范圍和多樣化應(yīng)用，涵蓋能源動力、化學(xué)、物理學(xué)、材料和電氣等眾多學(xué)科方向。因此，開展該專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)需要強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科合作與創(chuàng)新的重要性，傳統(tǒng)的單一學(xué)科培養(yǎng)模式難以滿足其發(fā)展需求。此外，課程體系應(yīng)以多學(xué)科交叉融合為指導(dǎo)原則，旨在培養(yǎng)具有寬廣知識體系的高素質(zhì)人才，這已成為當(dāng)前的各類教學(xué)改革研究的熱點(diǎn)。在這一背景下，廣大高教機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)儲能專業(yè)學(xué)生的交叉學(xué)科教育，以提升其適應(yīng)與創(chuàng)新能力，應(yīng)對未來挑戰(zhàn)。作為高新理論與技術(shù)人才培養(yǎng)的主陣地大學(xué)，在應(yīng)對儲能專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)科交叉培養(yǎng)及訓(xùn)練時要加強(qiáng)引導(dǎo)，以幫助學(xué)生應(yīng)對不確定的未來挑戰(zhàn)，提高其在復(fù)雜多變的社會背景下的適應(yīng)和創(chuàng)新能力，從而實(shí)現(xiàn)為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)出更多具有跨界視野和協(xié)作精神的復(fù)合型人才。因此，這對本碩博貫通培養(yǎng)及多學(xué)科交叉融合的培養(yǎng)機(jī)制提出了更多要求。

1 現(xiàn)狀與問題分析

儲能科學(xué)與工程專業(yè)聚焦于儲能新技術(shù)的研究，在促進(jìn)能源的生產(chǎn)、消費(fèi)、共享、靈活交易及協(xié)同發(fā)展上起著核心作用，對推動能源革命及新型生產(chǎn)力的發(fā)展具有重大意義。當(dāng)前，該專業(yè)領(lǐng)域涵蓋的儲能類型廣泛，包括機(jī)械儲能、熱質(zhì)儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能以及系統(tǒng)級儲能等。此外，該專業(yè)還系統(tǒng)地研究各類儲能技術(shù)的原理、儲能材料的研發(fā)、儲能裝備的設(shè)計與制造、儲能系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行策略，以及其經(jīng)濟(jì)性和大數(shù)據(jù)分析等相關(guān)知識。然而，儲能行業(yè)的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，受到自身特性等多重因素的限制，正面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，儲能配比未能與可再生能源的發(fā)展保持同步，標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全，技術(shù)成熟度不足導(dǎo)致成本高昂，儲能的獨(dú)立市場地位尚待明確，以及政策扶持力度有待進(jìn)一步加強(qiáng)等。因此，解決這些問題迫切需要多學(xué)科間的合作與創(chuàng)新，涉及物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、動力工程及工程熱物理、電氣工程、機(jī)械工程等多個學(xué)科的深度融合與交叉。自2020年以來，全國已有84所高等院校開設(shè)了儲能科學(xué)與工程專業(yè)，但各高校對儲能專業(yè)的理解認(rèn)識和交叉融合程度尚處于探索階段，面臨著頂層設(shè)計不完善、課程設(shè)置不合理、師資力量不足以及平臺建設(shè)不健全等問題。有鑒于此，本文以重慶大學(xué)能源與動力工程學(xué)院的儲能科學(xué)與工程專業(yè)為例，深入分析了當(dāng)前本單位在本科生及碩、博研究生融合交叉培養(yǎng)中遇到的主要問題，并探索了儲能專業(yè)在本碩博階段實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉培養(yǎng)的新途徑，以期提升本專業(yè)學(xué)生的教育質(zhì)量。經(jīng)過前期調(diào)研總結(jié)，我校儲能專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)主要存在以下問題：

1.1　學(xué)生的專業(yè)認(rèn)識不足

對于剛進(jìn)大學(xué)的本科生來說，多數(shù)學(xué)生在專業(yè)方向的選擇上缺乏必要的認(rèn)識(如專業(yè)基礎(chǔ)不扎實(shí)、對專業(yè)認(rèn)知窄、知識體系構(gòu)建不完善和不適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)方式等)，導(dǎo)致很多學(xué)生誤以為學(xué)好專業(yè)基礎(chǔ)課(如工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等)就算完成本專業(yè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。這一認(rèn)知對于學(xué)生們進(jìn)行傳統(tǒng)熱能與動力方向的工程實(shí)踐或科學(xué)研究尚無大的問題，但是在面臨新興的儲能專業(yè)學(xué)科交叉時顯得尤為吃力。更為嚴(yán)峻的是，由于國內(nèi)本科階段專業(yè)設(shè)置的局限性，攻讀儲能專業(yè)的學(xué)生大多來自動力工程及工程熱物理、土木工程、給排水工程和電氣工程等專業(yè)，而在本科階段便進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)儲能專業(yè)的學(xué)生相對較少。因此，在進(jìn)行學(xué)科交叉的碩博培養(yǎng)時，這類學(xué)生面臨著學(xué)習(xí)方法和思維方式轉(zhuǎn)變困難等問題。此外，大部分學(xué)生本科階段的學(xué)習(xí)過程中缺乏足夠的科研訓(xùn)練經(jīng)歷，且專業(yè)基礎(chǔ)課程里的實(shí)驗內(nèi)容并不全面，大多數(shù)學(xué)生在這些實(shí)驗里也僅僅只是浮光掠影般地學(xué)習(xí)了一點(diǎn)寫報告時的必要知識，并不會深究實(shí)驗的過程，并且已掌握的這些知識也往往在實(shí)驗結(jié)束后被迅速遺忘。因此，大多數(shù)學(xué)生掌握的知識較多地集中在理論上，實(shí)驗?zāi)芰Φ娜狈σ矊⑾拗茖W(xué)生在研究生階段的發(fā)展。因此，知識框架結(jié)構(gòu)單一和實(shí)驗技能的缺乏等核心問題導(dǎo)致儲能專業(yè)的學(xué)科交叉研究難以開展。

1.2　儲能專業(yè)授課教師思維固化

受到教學(xué)環(huán)境、自身素質(zhì)和社會環(huán)境等影響因素的制約，大多數(shù)教師在長期教學(xué)過程中往往會形成固定的教學(xué)內(nèi)容與模式，不愿意嘗試新的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，忽視了交叉學(xué)科的固有屬性和學(xué)生之間的個體差異，導(dǎo)致其在教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生時出現(xiàn)思維固化的現(xiàn)象，造成課堂教學(xué)內(nèi)容陳舊缺乏創(chuàng)新和活力。由于儲能科學(xué)與工程專業(yè)是一個多學(xué)科交叉的新興專業(yè)，教師通常需要具備跨學(xué)科的背景知識和視野。然而，思維固化的教師可能只注重自己擅長的教學(xué)內(nèi)容和研究領(lǐng)域，缺乏與其他學(xué)科的交流融合和知識更新。以電化學(xué)儲能技術(shù)的教學(xué)為例，傳統(tǒng)的鋰離子電池是由上游領(lǐng)域的原材料開發(fā)、中游領(lǐng)域的電池制造和下游領(lǐng)域涵蓋電池應(yīng)用及系統(tǒng)管理等三部分組成。在教學(xué)過程中，如果授課老師是由材料領(lǐng)域的教職人員擔(dān)任，他(她)可能更多地講解電池材料的類型與制備等相關(guān)知識，而忽略了離子電池的工藝流程、系統(tǒng)管理和應(yīng)用前景等相關(guān)知識的講解，這將不利于學(xué)生對該課程知識的全面掌握。長此以往，將導(dǎo)致教師的教學(xué)內(nèi)容“偏科”、方式單一，無法滿足學(xué)生的全面需求，從而抑制學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。同時，還會造成學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中難以接觸到多樣化的教育理念和方法，形成思維壁壘，不利于學(xué)生的全面發(fā)展。因此，如何解決教師的思維固化問題是實(shí)施儲能專業(yè)進(jìn)行學(xué)科交叉教育的關(guān)鍵。

1.3　學(xué)科交叉缺乏有效的教學(xué)模式

傳統(tǒng)課堂往往是老師一個人的舞臺，在講授知識的過程中，學(xué)生的參與度較低，導(dǎo)致教學(xué)過程顯得枯燥且乏味。此外，在“填鴨式”的教育過程中，學(xué)生們也容易錯過重要的知識點(diǎn)，且獲得知識的方式很單一。因為，在這種教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生們獲得知識的途徑僅限于紙面上，難以在實(shí)際參與中得到快樂和驗證。更為重要的是，大多數(shù)老師長期沉浸于單一方向的研究，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容在知識的廣度和深度上略顯不足。雖然近年來新興的“翻轉(zhuǎn)課堂”對于傳統(tǒng)的教學(xué)方式是一個良好的補(bǔ)充，它不僅能使提高學(xué)生的自學(xué)能力，體現(xiàn)個性化教育，而且也還能掌控學(xué)習(xí)節(jié)奏，增強(qiáng)師生互動。但是，這種教育模式也容易導(dǎo)致教師們陷于“甩手掌柜”的處境，造成教師無法估計所有學(xué)生的問題，對于交叉學(xué)科的學(xué)習(xí)是存在一定程度的局限性。綜上所述，合理利用“翻轉(zhuǎn)課堂”對于傳統(tǒng)的“教與學(xué)”模式大有裨益，但真正適合學(xué)科交叉的教學(xué)模式仍然需要廣大科研工作者去思考與探討。

2 基本思路

2022年陶金國教授團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，跨學(xué)科課程選擇、跨學(xué)科導(dǎo)師指導(dǎo)和跨學(xué)科研究平臺及應(yīng)用對大學(xué)生科研創(chuàng)新能力都存在顯著的正向影響。特別地，在科研創(chuàng)新方面學(xué)科交叉有著顯著的正向效果，它有助于打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)知識的整合和共享，促進(jìn)跨學(xué)科合作的溝通與協(xié)調(diào)、資源的分配與整合等。此外，開展學(xué)科交叉研究將為學(xué)生提供了更廣闊的視野和更多樣的思維方式，有助于發(fā)現(xiàn)新的研究問題和解決方法，有望推動科學(xué)技術(shù)的突破和進(jìn)步。因此，積極推進(jìn)學(xué)科交叉融合既是實(shí)現(xiàn)我國科研創(chuàng)新與突破的需要，也是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要需求。有鑒于此，我們結(jié)合前期的問題分析、教學(xué)經(jīng)驗和實(shí)踐基礎(chǔ)，通過前沿課題牽引、輔以多學(xué)科體系課程設(shè)置，建立了儲能方向多學(xué)科交叉的課程體系和本碩博貫通培養(yǎng)的模式，起到了較好的“本/研”學(xué)生培養(yǎng)效果。

2.1　前沿交叉課題牽引

根據(jù)全國的教育模式現(xiàn)狀，我們前期通過前沿交叉課題牽引開展對學(xué)生的多學(xué)科交叉教育。具體思路是：以課題為載體，通過前沿交叉課題，將學(xué)生引入科研的最前沿；鼓勵學(xué)生跨越學(xué)科界限，參與不同學(xué)科之間的交叉研究：鼓勵學(xué)生跨越學(xué)科界限，參與不同學(xué)科之間的交叉研究，從而使他們在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)習(xí)和成長。具體方法分為：①導(dǎo)師指導(dǎo)：為學(xué)生配備經(jīng)驗豐富的導(dǎo)師，提供個性化的指導(dǎo)和支持，幫助他們在科研道路上快速成長；②團(tuán)隊合作：鼓勵學(xué)生參與課題團(tuán)隊，通過團(tuán)隊協(xié)作來培養(yǎng)他們的溝通能力和團(tuán)隊協(xié)作精神；③成果導(dǎo)向。鼓勵學(xué)生將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用或?qū)W術(shù)論文，通過成果展示來檢驗他們的學(xué)習(xí)成果，并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力。以我們課題組研究方向的關(guān)鍵詞為例：仿生、材料設(shè)計以及界面能質(zhì)轉(zhuǎn)換與傳遞。從專業(yè)方向上來看，這幾個關(guān)鍵詞具有鮮明的學(xué)科交叉特點(diǎn)。例如，在研究應(yīng)用界面蒸發(fā)系統(tǒng)的太陽能海水淡化技術(shù)時，不僅需要應(yīng)用到具有柔性和重量輕等特點(diǎn)的薄膜材料，而且還通過仿生策略制備一系列具有微納陷光結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用于環(huán)境友好、低成本的界面太陽能水蒸發(fā)系統(tǒng)。與此同時，在研究器件內(nèi)部的能質(zhì)轉(zhuǎn)換/傳遞問題時，還涉及到工程熱物理、材料和化學(xué)等學(xué)科上的相關(guān)知識，深刻體現(xiàn)學(xué)科交叉在科學(xué)研究中的重要性。此外，在電化學(xué)儲能器件的研究中引入仿生設(shè)計理念，發(fā)掘細(xì)胞離子傳輸與電池離子傳輸機(jī)制的互補(bǔ)性，在細(xì)胞膜的雙親性結(jié)構(gòu)調(diào)控粒子輸運(yùn)機(jī)制的啟發(fā)下，通過構(gòu)筑具有適當(dāng)疏水性導(dǎo)電高分子膜，提升水系鋅離子電池離子傳質(zhì)動力學(xué)和電極熱力學(xué)穩(wěn)定性。在該研究中，共涉及了化學(xué)、材料、工程熱物理和生物學(xué)等學(xué)科知識，通過利用學(xué)科交叉有效解決了電化學(xué)儲能電池能量密度不足的核心問題。

此外，在面對當(dāng)前熱點(diǎn)的海水淡化問題時，在經(jīng)過調(diào)研后，學(xué)生小組采用廉價的生物質(zhì)材料，引入仿生設(shè)計的思想，并且結(jié)合廢棄生物質(zhì)柚子皮中的微觀多孔結(jié)構(gòu)提出了一種具有仿生分形結(jié)構(gòu)設(shè)計的生物質(zhì)基太陽能光熱轉(zhuǎn)換材料，以此構(gòu)筑具有環(huán)境友好、低成本和光熱轉(zhuǎn)換效率高界面太陽能水蒸發(fā)界面層。在該工作中，共涉及工程熱物理、材料學(xué)及仿生學(xué)等方面的知識，是綜合利用學(xué)科交叉開發(fā)新型高效光熱蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)的典型案例。因此，將多學(xué)科交叉應(yīng)用于解決前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題中，不僅對科學(xué)研究的準(zhǔn)確性加以佐證，而且還能妥善地解決單一學(xué)科研究中的懸而未決難題。綜上所述，學(xué)科交叉研究思路在當(dāng)前教學(xué)與科研背景下，是一個十分必要的本領(lǐng)。

2.2　多學(xué)科交叉課程體系的建立

重慶大學(xué)能源與動力工程學(xué)院儲能科學(xué)與工程專業(yè)2021年獲批建設(shè)，獲批建設(shè)后專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系歷經(jīng)了多輪修訂。為建立完善的儲能課程體系，學(xué)院在課程設(shè)置上與時俱進(jìn)，充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉的特點(diǎn)。如圖1所示，對于本科生而言，除了學(xué)習(xí)流體力學(xué)、熱工過程自控原理及系統(tǒng)、熱工學(xué)和工程力學(xué)等傳統(tǒng)動力工程及工程熱物理的專業(yè)基礎(chǔ)課程外，還增加了儲能材料科學(xué)基礎(chǔ)、電化學(xué)原理、功能材料和儲能原理與技術(shù)等學(xué)科，融合了工程熱物理、材料、化學(xué)和電氣工程等學(xué)科的基礎(chǔ)理論。同時，結(jié)合重慶大學(xué)的工科及研究特色，向?qū)W生們穿插智能制造、新材料和人工智能等領(lǐng)域的相關(guān)知識，通過打造多學(xué)科、多方向和多維度交叉融合的教學(xué)體系，拓寬本科生的知識面和視野。

重慶大學(xué)能源與動力工程學(xué)院儲能科學(xué)與工程專業(yè)本科生課程體系

其次，對于儲能方向的碩博研究生。除設(shè)置高等流體力學(xué)、沸騰傳熱與汽液兩相流、高等工程熱力學(xué)等基本課程以外，還設(shè)置了其他學(xué)科交叉的學(xué)科。如：高級能源材料表征原理及技術(shù)、能源材料理論計算與模擬、多物理場工程模擬技術(shù)、熱物理量測技術(shù)、新能源技術(shù)及應(yīng)用和科技文獻(xiàn)檢索及利用等課程。通過交叉融合的教學(xué)課程群設(shè)置，增強(qiáng)學(xué)生的多學(xué)科知識儲備，掌握解決科學(xué)問題的工作方法，從而完善研究生的培養(yǎng)體系。

最后，對于博士階段的研究生。首先，會根據(jù)博士生的研究方向和興趣，選擇合適的交叉學(xué)科領(lǐng)域，拓寬博士生的科研視野，了解不同學(xué)科的基礎(chǔ)知識、研究方法和前沿動態(tài)，培養(yǎng)博士生的跨學(xué)科思維和創(chuàng)新能力。其次，為博士生提供多樣化的交叉學(xué)科學(xué)習(xí)資源和機(jī)會，鼓勵組內(nèi)、院內(nèi)和校內(nèi)的博士生之間進(jìn)行交叉學(xué)科研究合作，支持博士生在交叉學(xué)科領(lǐng)域發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文和申請發(fā)明專利，從而提高博士生的學(xué)術(shù)影響力。最后，關(guān)注博士生的職業(yè)生涯發(fā)展，幫助其規(guī)劃合理的職業(yè)道路，推薦已完成答辯的博士到有需求科研單位和機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作或深造，促進(jìn)我院培養(yǎng)博士的職業(yè)成長和社會貢獻(xiàn)。

綜上所述，這些課程設(shè)置在一定程度上表現(xiàn)出我學(xué)院對于多學(xué)科交叉課程體系建立的努力，使得學(xué)生在系統(tǒng)掌握本專業(yè)知識和實(shí)踐能力的同時，也注重多學(xué)科交叉融合和國際視野拓展，以培養(yǎng)出能引領(lǐng)儲能方向未來發(fā)展的研究型領(lǐng)軍人才和適應(yīng)新工科要求的高級技術(shù)精英。

3 前沿交叉課題實(shí)例

前面討論學(xué)科交叉在我院本碩博全階段培養(yǎng)的重要性、存在問題和解決方案，下面將展示一個通過能質(zhì)轉(zhuǎn)換研究領(lǐng)域里涉及材料學(xué)和工程熱物理交叉的前沿課題來培養(yǎng)儲能專業(yè)學(xué)生的實(shí)例。具體的，課題題目為：基于微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的被動式輻射制冷薄膜的研究。通過認(rèn)識課題、開展課題和課題延展三個過程，來引導(dǎo)學(xué)生完成整個研究課題。在研究過程中，通過鍛煉學(xué)生的科研能力，加深儲能知識的理解，以及運(yùn)用學(xué)科交叉的研究模式完成課題。在整個項目進(jìn)行的過程中，通過組會報告、小組討論、課題周報、結(jié)題報告和學(xué)術(shù)論文發(fā)表等多種形式考核學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)效果。課題牽引培養(yǎng)的具體實(shí)施過程包括以下幾個方面：

3.1　第一階段：認(rèn)識課題

在課題的初始階段，應(yīng)使學(xué)生認(rèn)識到課題及不同學(xué)科基本背景。目前，制冷技術(shù)是一種重要的能源轉(zhuǎn)換和利用技術(shù)，涉及物理、化學(xué)、材料、能源動力、電力電氣和土木工程等多個學(xué)科和領(lǐng)域的知識，具有很強(qiáng)的綜合性、前沿性和實(shí)踐性。從本質(zhì)上來看，制冷技術(shù)是多個熱量傳遞和形式轉(zhuǎn)換過程的集合，屬于工程熱物理學(xué)科中傳熱傳質(zhì)研究領(lǐng)域。目前，制冷是導(dǎo)致全球電力需求增長的重要來源之一。因此，開發(fā)新型的制冷技術(shù)是十分必要的。其中，輻射制冷技術(shù)憑借其能耗低、成本低廉和效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，而受到廣大研究者的青睞。目前，影響輻射制冷性能的主要因素為材料本身的光譜性能，包括其在太陽輻射波段的反射率以及大氣窗口的吸收率等。因此，如何對選取基體材料，優(yōu)化其光譜性能，增強(qiáng)其熱輻射能力有著重要的實(shí)際意義。與傳統(tǒng)的工程熱物理學(xué)科單獨(dú)研究傳熱傳質(zhì)相比，本課題需要與材料學(xué)科和化學(xué)中研究材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備以及理化特性等方面結(jié)合一起，達(dá)到多方位學(xué)科交叉的目的。

首先，由老師或高年級研究生推薦典型的輻射制冷文獻(xiàn)以及一些材料制備及表征的高檔次論文讓剛接觸本課題的學(xué)生閱讀，鍛煉學(xué)生對于課題開展過程中學(xué)科交叉研究的意識。其次，在認(rèn)識課題的階段，對學(xué)生查閱、管理、跟蹤相關(guān)文獻(xiàn)的能力進(jìn)行鍛煉。借助Web of science核心的“引用”與“被引用”功能，讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)并自主拓展文獻(xiàn)庫，通過歸類后有目的地閱讀加深對課題的認(rèn)識。同時，為該課題的進(jìn)展制定一個初步的研究方案。其中，此階段對學(xué)生能力獲取的考核方式包括撰寫綜述報告、分組討論、教師評價及小組互評等方式。

3.2　第二階段：開展課題

在對課題有一定的認(rèn)識后，開展基于微納結(jié)構(gòu)調(diào)控的被動式輻射制冷薄膜的研究。根據(jù)學(xué)生初期的文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，并結(jié)合實(shí)驗室較為成熟的研究條件，制定并完善試驗方案。具體地，聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其具有較高的中紅外發(fā)射率、生理惰性、制備簡單且易大規(guī)模應(yīng)用、化學(xué)性能穩(wěn)定、疏水性、無毒無味等特性而在輻射制冷領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，由于PDMS在可見光范圍內(nèi)透射率較高(~95%)，導(dǎo)致其在可見光范圍內(nèi)反射率較低，從而限制了它的輻射制冷性能。為解決此問題，初步確定通過刻蝕鋁板在PDMS表面上轉(zhuǎn)印以構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu)的方案，應(yīng)用米氏散射理論來提高其在太陽光波段內(nèi)的反射率。在材料的制備過程中涉及到多個步驟，可以充分鍛煉的學(xué)生的動手能力。材料制備完成后，通過對其進(jìn)行掃描電鏡SEM(圖2a)，紫外-可見光分光光度法UV-Vis(圖2b)，傅里葉紅外測試FTIR(圖2c)和原子力顯微鏡AFM(圖2d)等常用的物理表征技術(shù)，探究材料本身的理化性質(zhì)對于輻射制冷過程中熱傳遞過程的影響規(guī)律。

前沿交叉課題案例-輻射制冷前沿課題 (a) 含微納結(jié)構(gòu)的PDMS樣品的SEM形貌；(b) 不同材料太陽輻射波段內(nèi)的反射率；(c) 不同材料在中紅外波段的吸收峰；(d) 含微納結(jié)構(gòu)的PDMS的AFM圖；(e) 裝置戶外測試圖；(f) 日間降溫效果測試

隨后，結(jié)合物理表征和計算模擬手段對含有微納結(jié)構(gòu)的PDMS薄膜進(jìn)行評估，并結(jié)合實(shí)際測試效果來綜合評估材料的制冷效果。隨后，學(xué)生自行搭建用于記錄材料和對照組溫降的實(shí)驗裝置。其中，裝置主體為聚苯乙烯隔熱泡沫，四周均覆蓋有反光鋁膜，旨在減少環(huán)境對于輻射制冷材料額外熱增益的不利影響，提升測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后，選擇晴朗的天氣條件進(jìn)行測試(圖2e)，分別測試輻射制冷材料在日間的降溫效果夜間的降溫效果(圖2f)，獲得降溫功率等核心參數(shù)。最后。綜合測試結(jié)果可知，通過對材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計后，其輻射制冷性能有了大幅度提升。值得注意的是，在裝置的設(shè)計過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)際相結(jié)合的能力，增強(qiáng)其通過學(xué)科交叉解決實(shí)際問題的能力。

3.3　第三階段：課題延展

在科研訓(xùn)練課題實(shí)施完成后，根據(jù)結(jié)果擇優(yōu)選取科研訓(xùn)練成果參與大學(xué)生國創(chuàng)項目、大學(xué)生節(jié)能減排大賽的評比等。同時，該成果也可作為本科畢業(yè)設(shè)計項目或研究生大論文進(jìn)行深入研究。在該過程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生對科研的興趣，養(yǎng)成其通過學(xué)科交叉的方式研究問題的意識，鍛煉了自學(xué)能力、文獻(xiàn)檢索與閱讀能力，拓展了知識的應(yīng)用實(shí)踐能力，而且也促進(jìn)學(xué)生之間的合作及學(xué)生老師間的溝通，充分提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4 結(jié)語

綜上所述，基于學(xué)科交叉的本碩博貫通教學(xué)模式是一種重要且有效的研究式教學(xué)方法，對于高校儲能專業(yè)的本碩博貫通培養(yǎng)有著重要的意義。此外，在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)交叉融合與加速演化的背景下，高校對于學(xué)生的培養(yǎng)方式不應(yīng)該只局限于單一的學(xué)科，更要立足于儲能專業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)，結(jié)合其他學(xué)科優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，相輔相成，明確科研素養(yǎng)培養(yǎng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)科交叉意識的逐步養(yǎng)成。最后，通過鍛煉學(xué)生結(jié)合不同學(xué)科的學(xué)習(xí)特點(diǎn)對一個交叉性課題深入研究，是將其培養(yǎng)成具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力人才的一個重要的途徑。

通訊作者：李猛（1987—），男，博士，教授，研究方向為仿生界面的新能源交叉研究，E-mail：limeng@cqu.edu.cn。

第一作者：李猛（1987—），男，博士，教授，研究方向為仿生界面的新能源交叉研究，E-mail：limeng@cqu.edu.cn。

基金信息：重慶市研究生教育教學(xué)改革研究項目（yjg223016）；重慶市高等教育教學(xué)改革重大項目（PY202409）；重慶大學(xué)研究生重點(diǎn)課程及教學(xué)案例建設(shè)項目（能動類專業(yè)研究生能源材料表征技術(shù)運(yùn)用及實(shí)踐）；重慶大學(xué)本科教學(xué)成果培育項目（跨學(xué)科交叉儲能技術(shù)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐）；重慶大學(xué)本科生教育教學(xué)改革項目（2023Y15跨學(xué)科交叉的新能源及儲能課程體系探索與人才培養(yǎng)）；重慶大學(xué)優(yōu)秀跨學(xué)科基層教學(xué)組織建設(shè)案例A類；國家自然基金面上項目（52173235，光熱蒸發(fā)仿生結(jié)構(gòu)材料能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)換協(xié)同原理及耦合裝置構(gòu)建方法）。

中圖分類號：G 642.0

文章編號：2095-4239（2025）05-2141-08

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2024-11-29

修回日期：2024-12-19

出版日期：2025-05-28

網(wǎng)刊發(fā)布日期：2025-05-21

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