構(gòu)建新能源科學(xué)與工程專業(yè)開放性實(shí)踐教學(xué)體系

李艷霞， 張紅光， 劉中良， 王 焱， 姚寶峰

(北京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院， 北京 100124)

實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和加深理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。專門、系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)和技能培訓(xùn)，能有效幫助大學(xué)生挖掘深層次的興趣，引導(dǎo)和激發(fā)他們的求知欲、培養(yǎng)他們的獨(dú)立思考能力與探索能力，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)和實(shí)踐中成長為國家和社會(huì)需要的創(chuàng)新型人才[1]。北京工業(yè)大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)一直非常重視培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，提出了“課內(nèi)學(xué)習(xí)—自主思考—課外實(shí)踐—體味創(chuàng)新”分步驟、多層次的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方式，通過全方位開放實(shí)驗(yàn)室、提供與課程配套的課外自主實(shí)踐活動(dòng)等方式，研究、探索、構(gòu)建開放性實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)教-學(xué)-研互動(dòng)共贏，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 構(gòu)建開放性實(shí)踐教學(xué)體系的思路與原則

重在啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維、開發(fā)創(chuàng)新潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、強(qiáng)化工程訓(xùn)練、提高學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決工程實(shí)際問題的能力，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新創(chuàng)造精神上下工夫，構(gòu)建集課內(nèi)教學(xué)與課外自主學(xué)習(xí)為一體、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體、科研與教學(xué)為一體的實(shí)踐教學(xué)體系，使學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、較強(qiáng)的工程應(yīng)用能力和深厚的后續(xù)學(xué)習(xí)潛力，為首都經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

以“新能源科學(xué)與工程”本科新專業(yè)的成立為契機(jī)，依托熱能與動(dòng)力工程北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，借助重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研優(yōu)勢(shì)和動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科優(yōu)勢(shì)，通過開放實(shí)驗(yàn)室，提供與課程配套的課外實(shí)踐環(huán)節(jié)，結(jié)合“星火基金項(xiàng)目”和“北京工業(yè)大學(xué)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競賽”等活動(dòng)，引導(dǎo)大學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生充分而適度的自主思考和自主實(shí)踐空間，鼓勵(lì)學(xué)生自由組合、自主設(shè)計(jì)能源動(dòng)力類創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[2]，同時(shí)把新能源領(lǐng)域科研的新技術(shù)和新方法融入到教學(xué)中，讓學(xué)生在專業(yè)教師的指導(dǎo)下自主組織實(shí)施并完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究[3]。在創(chuàng)新實(shí)踐過程中，培養(yǎng)學(xué)生追求卓越的競爭意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

(1) 特色性原則。特色是學(xué)校生存和發(fā)展的源動(dòng)力，為此，確立以素質(zhì)教育為核心、技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線、應(yīng)變能力培養(yǎng)為關(guān)鍵、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合為途徑、與時(shí)俱進(jìn)的人才教育培養(yǎng)模式，這是我院實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建中遵循的原則。

(2) 實(shí)用型原則。實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，要充分體現(xiàn)專業(yè)崗位的要求，與專業(yè)崗位群發(fā)展緊密相關(guān)，以此為原則組成一個(gè)層次分明[4]、分工明確的實(shí)踐教學(xué)體系，如實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)可分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練平臺(tái)、專業(yè)崗位技能訓(xùn)練平臺(tái)、專業(yè)崗位實(shí)踐平臺(tái)三大平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建。

(3) 混合型原則?；旌闲腕w現(xiàn)在教師類型的混合、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的混合、教室與實(shí)驗(yàn)室的混合等方面，淡化理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、專業(yè)教師與實(shí)踐指導(dǎo)教師、教室與實(shí)驗(yàn)室的界限，打破原來按學(xué)科設(shè)置實(shí)驗(yàn)室的傳統(tǒng)布局，對(duì)實(shí)踐教學(xué)設(shè)施進(jìn)行重新整合，形成一體化混合實(shí)踐教學(xué)模式。

2 構(gòu)建開放性實(shí)踐教學(xué)體系的主要舉措

依托熱能與動(dòng)力工程北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，借助重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研優(yōu)勢(shì)和動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科優(yōu)勢(shì)，利用課外自主學(xué)習(xí)與課內(nèi)教學(xué)相結(jié)合、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、教學(xué)與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合以及科研帶動(dòng)教學(xué)4種教學(xué)手段，形成“課內(nèi)學(xué)習(xí)-自主思考-課外實(shí)踐-體味創(chuàng)新”分步驟、多層次的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方式，對(duì)新專業(yè)開放性的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建進(jìn)行研究與探索[5-7]，促進(jìn)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.1 課外自主學(xué)習(xí)與課內(nèi)教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

熱能與動(dòng)力工程專業(yè)在“北京市教委?？睢?009實(shí)驗(yàn)室建設(shè)—可再生能源利用教學(xué)基地”項(xiàng)目的重點(diǎn)資助下建立了可再生能源實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)了“太陽能集熱器瞬時(shí)效率測試”、“太陽能電池光電特性實(shí)驗(yàn)測試”和“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組裝與測試”等多項(xiàng)高水平教學(xué)實(shí)驗(yàn)，并于2010年成功申請(qǐng)了“熱能與動(dòng)力工程北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”，同時(shí)擁有熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、制冷與低溫工程實(shí)驗(yàn)室、汽車與內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)室和可再生能源實(shí)驗(yàn)室等4個(gè)實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

我們將利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心優(yōu)良的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研優(yōu)勢(shì)與動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科優(yōu)勢(shì)，全面對(duì)新專業(yè)的大學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室，并利用科研設(shè)備為本科生開設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)課程，形成課外實(shí)踐與課堂教學(xué)相結(jié)合、必修實(shí)驗(yàn)與選修個(gè)性化實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式。在選修實(shí)驗(yàn)和個(gè)性化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，一方面教師要開出一定數(shù)量的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和探究性課題，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣并充分體現(xiàn)新能源領(lǐng)域的最新科研動(dòng)向，讓學(xué)生自由組合、自主選題；另一方面學(xué)生也可以根據(jù)自己的了解和愛好自主擬題，教師從旁協(xié)助和指導(dǎo)，一起設(shè)計(jì)和探索，直至實(shí)驗(yàn)完成。這些課外實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)也可以和創(chuàng)新實(shí)踐課程及星火基金項(xiàng)目相結(jié)合，使學(xué)生得到初步的科研訓(xùn)練，鼓勵(lì)創(chuàng)新、寬容失敗，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

2.2 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，全方位對(duì)外開放實(shí)驗(yàn)室

建立新專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和新能源特色專業(yè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書、多媒體課件、教學(xué)案例、大型儀器操作規(guī)程、教學(xué)科研成果等資源全部上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，并為師生在線交流提供平臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)前相關(guān)知識(shí)的輔助學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程的答疑與指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)提交后的自動(dòng)批改、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)估和實(shí)驗(yàn)過程的管理等，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造良好條件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理[8]。

2.3 教學(xué)與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，鼓勵(lì)自主實(shí)踐、自主探索

利用熱能與動(dòng)力工程北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和傳熱與能源利用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地等優(yōu)質(zhì)硬件條件，帶動(dòng)和組織學(xué)生參加職業(yè)技能培訓(xùn)等多項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)，如“北京工業(yè)大學(xué)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競賽”、“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”等科技實(shí)踐活動(dòng)。通過科技實(shí)踐活動(dòng)，給更多學(xué)生提供自主實(shí)踐、自主研究、自主探索的機(jī)會(huì)，有效激發(fā)他們的專業(yè)興趣，充分調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)他們追求卓越的競爭意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神[9]，以切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2.4 科研帶動(dòng)教學(xué)，拓寬視野、增強(qiáng)信心

繼續(xù)實(shí)行導(dǎo)師制，引導(dǎo)大學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室得到創(chuàng)新實(shí)踐機(jī)會(huì)。組織本科生從大一階段就進(jìn)入導(dǎo)師的實(shí)驗(yàn)室和科研團(tuán)隊(duì)，與導(dǎo)師的博士生或碩士生一起進(jìn)行學(xué)習(xí)和科研，接受導(dǎo)師直接指導(dǎo)和研究生的傳幫帶。在此過程中，讓本科生充分領(lǐng)略和體驗(yàn)科研活動(dòng)的甜酸苦辣，也學(xué)會(huì)如何開動(dòng)腦筋去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題[10-11]。此外，努力將現(xiàn)代科技進(jìn)步的成果滲透到實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生掌握先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段搭建平臺(tái)。

針對(duì)最新的能源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，建設(shè)相應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。讓學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)、改進(jìn)并組裝這些產(chǎn)品，對(duì)裝配好的產(chǎn)品性能進(jìn)行測試與分析，以加深學(xué)生對(duì)新能源科技的理解，升華所學(xué)的理論知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自主開發(fā)產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件，以學(xué)生為實(shí)踐教學(xué)的主體，教師提供咨詢并監(jiān)控過程的實(shí)施，從而避免出現(xiàn)大的失誤并確保實(shí)施過程的安全。通過這一過程，拓寬學(xué)生的視野，讓他們信心十足地走向社會(huì)。

3 思考與展望

培養(yǎng)大學(xué)生的獨(dú)立思考能力與探索能力，是大學(xué)階段教育的主要任務(wù)之一，同時(shí)也是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要一環(huán)。能源科學(xué)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，是能源科技進(jìn)步與創(chuàng)新的基石，也是促進(jìn)能源事業(yè)更好更快發(fā)展的重要推動(dòng)力，將為全面建成小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢(mèng)做出重要貢獻(xiàn)。在世界能源資源競爭日趨激烈、能源科技創(chuàng)新步伐不斷加快的形勢(shì)下，如何培養(yǎng)新能源領(lǐng)域拔尖的創(chuàng)新型大學(xué)生以滿足國家能源事業(yè)需求，是當(dāng)前我們必須探索和研究的重要課題。

大量新生有茫然失措、學(xué)習(xí)沒有目標(biāo)的狀況。他們?cè)诟咧须A段處于緊張而封閉的“被學(xué)習(xí)”狀態(tài)，進(jìn)入大學(xué)后往往容易迷失自我、失去學(xué)習(xí)的興趣，無法迅速適應(yīng)以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的大學(xué)教育方式。因此大學(xué)教育不能單純以“就業(yè)”為宗旨，首先要做的是幫助學(xué)生挖掘深層次的興趣和重新找回自我，引導(dǎo)和幫助學(xué)生，激發(fā)他們的求知欲、培養(yǎng)他們的探索精神。大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)時(shí)還是少年，而走出大學(xué)時(shí)將成為需要承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的成年人，因此大學(xué)教育最基本的目標(biāo)是給學(xué)生打下良好專業(yè)基礎(chǔ)，這就要通過專門、系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)和技能培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力與探索能力，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)和實(shí)踐中成長為國家和社會(huì)需要的創(chuàng)新型人才。

在新能源科學(xué)與工程本科新專業(yè)成立之前，我校熱能與動(dòng)力工程專業(yè)(含制冷、汽車和可再生能源3個(gè)方向)針對(duì)如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、調(diào)動(dòng)教師教學(xué)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力進(jìn)行了大量的教育教學(xué)改革[12-15]，也獲得了一些成功經(jīng)驗(yàn)，例如四年一貫制的本科生導(dǎo)師制、組織并鼓勵(lì)學(xué)生積極參加科技競賽、實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)良性互動(dòng)、加強(qiáng)課程建設(shè)等。但改革也存在一定的缺點(diǎn)和不足，如導(dǎo)師制不能給學(xué)生帶來全方位的實(shí)踐技能培養(yǎng)，競賽和科研活動(dòng)都在小范圍內(nèi)獨(dú)立開展，沒有得到擴(kuò)大推廣等。以往的教育教學(xué)改革缺乏更系統(tǒng)、更全面的實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，最重要的是缺乏如何將個(gè)案的成功經(jīng)驗(yàn)推廣并應(yīng)用于大批創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實(shí)施方法。新專業(yè)成立后有它自己的專業(yè)特色和培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)“新能源科學(xué)與工程”本科新專業(yè)的專業(yè)特色構(gòu)建系統(tǒng)、全面的實(shí)踐教學(xué)體系是目前我們專業(yè)建設(shè)最重要、最緊迫的任務(wù)之一。

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