新能源科學(xué)與工程(制冷空調(diào)方向)本科實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

劉忠寶 王慶華 馬國(guó)遠(yuǎn) 孫 晗北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124

?

新能源科學(xué)與工程(制冷空調(diào)方向)本科實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

劉忠寶 王慶華 馬國(guó)遠(yuǎn) 孫 晗
北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124

摘 要：在熱能與動(dòng)力工程(制冷)專業(yè)方向建設(shè)的基礎(chǔ)之上，深入結(jié)合新能源科學(xué)與工程的特點(diǎn)，在新能源科學(xué)與工程(制冷空調(diào)方向)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)模式的建立等方面做了有益探索與實(shí)踐。對(duì)新能源科學(xué)與工程(制冷空調(diào)方向)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)課程的考試與考核以及教學(xué)效果等方面進(jìn)行了論述和剖析，對(duì)國(guó)內(nèi)同專業(yè)和相近專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)具有一定的啟迪意義。

關(guān)鍵詞：新能源科學(xué)與工程；制冷空調(diào)；實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)體系；構(gòu)建

新能源科學(xué)與工程(制冷空調(diào)方向)專業(yè)成立幾年來(lái)，在原來(lái)熱能與動(dòng)力工程(制冷)專業(yè)方向建設(shè)的基礎(chǔ)之上，深入結(jié)合新能源科學(xué)與工程的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)模式的建立等方面做了有益的探索與實(shí)踐，并取得了顯著的成效。

1 教學(xué)理念

以“三創(chuàng)”(創(chuàng)新教育、創(chuàng)新學(xué)習(xí)、創(chuàng)新研究)為主線貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維、開(kāi)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(wèn)題的能力，構(gòu)建集教與學(xué)為一體、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體、課內(nèi)教學(xué)與課外教學(xué)為一體的實(shí)踐教學(xué)基地。并通過(guò)行業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外高校合作的形式開(kāi)展聯(lián)合教學(xué)與培訓(xùn)，使學(xué)生具備較強(qiáng)的工程應(yīng)用能力和深厚的后續(xù)學(xué)習(xí)潛力。經(jīng)過(guò)建設(shè)，逐步形成了以本科教育為主，面向?qū)W科建設(shè)，面向科學(xué)研究，形成高水平的科研促進(jìn)高水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，高水平的教學(xué)帶動(dòng)高水平的科研的良性循環(huán)；實(shí)現(xiàn)了以“三創(chuàng)”為主線貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程，對(duì)大學(xué)四年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行整合，構(gòu)建了具有開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)模式特點(diǎn)的，理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以能力培養(yǎng)為核心，分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，涵蓋基本型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)體系。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

2.1 對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力及基本技能的訓(xùn)練

在設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容時(shí)，首先考慮了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力及基本技能的訓(xùn)練，并逐漸減少演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所有實(shí)驗(yàn)均由學(xué)生親自操作完成，全面培養(yǎng)和提高學(xué)生的動(dòng)手能力及基本技能。其中動(dòng)手能力培養(yǎng)的典型實(shí)驗(yàn)為生產(chǎn)技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)，該階段的目標(biāo)是使學(xué)生將所掌握的專業(yè)理論知識(shí)運(yùn)用到具體的實(shí)踐中去，培養(yǎng)和提高其各方面的能力。針對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨殘酷所造成的學(xué)生實(shí)習(xí)單位難覓的困難和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的形式化、走過(guò)場(chǎng)等各方面的問(wèn)題，采取了企業(yè)生產(chǎn)模擬環(huán)境綜合實(shí)習(xí)和大學(xué)生職業(yè)技能培訓(xùn)。將企業(yè)的實(shí)習(xí)環(huán)境搬到校內(nèi)，實(shí)現(xiàn)學(xué)位證書(shū)和職業(yè)技能證書(shū)“雙證書(shū)”培養(yǎng)模式。

2.2 綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，首先在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)增加綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。為學(xué)生提供自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)條件。其教學(xué)特點(diǎn)是以“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的模式，在該教學(xué)基地的硬件環(huán)境支持下，獨(dú)立自主地嘗試實(shí)現(xiàn)自己所設(shè)想的產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是：教學(xué)上僅提出最終目標(biāo)，對(duì)學(xué)生不加任何制約與限制，也不存在教學(xué)指導(dǎo)書(shū)等。以超越教師、想教師所未想、做教師所未作為最高境界。通過(guò)這類實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、求實(shí)創(chuàng)新的學(xué)風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及分析和解決問(wèn)題的能力。

2.3 先進(jìn)測(cè)試技術(shù)能力的培養(yǎng)

大部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用先進(jìn)測(cè)試方法和手段。為了使本科生了解基本設(shè)備測(cè)量原理與方法，保留了部分傳統(tǒng)手工的測(cè)量裝置。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)選用傳統(tǒng)的手工測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，有興趣的學(xué)生可在課外利用先進(jìn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，完成數(shù)據(jù)對(duì)比。

2.4 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)

針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)定位，將更多的實(shí)際科研工作和工程實(shí)際問(wèn)題引入教學(xué)實(shí)驗(yàn)。另外，強(qiáng)調(diào)適應(yīng)學(xué)生能力培養(yǎng)，開(kāi)拓實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的新形式、新內(nèi)容；強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、手段，實(shí)驗(yàn)考核方法等的改革創(chuàng)新，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的認(rèn)識(shí)加深，實(shí)驗(yàn)技能(實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法和動(dòng)手能力)顯著提高。

3 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)手段

除了一般的教學(xué)手段，重視現(xiàn)代教育技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的推廣應(yīng)用。開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)課件以及涉及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與專業(yè)課程的模擬實(shí)驗(yàn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)素材，2014年以來(lái)為學(xué)生制作了各類教學(xué)多媒體課件，為學(xué)生學(xué)習(xí)、課程復(fù)習(xí)、自我測(cè)試提供全新的學(xué)習(xí)平臺(tái)。為教師與學(xué)生提供無(wú)時(shí)空限制的交流通道，可在網(wǎng)上完成輔導(dǎo)、答疑等工作。

3.2 預(yù)約平臺(tái)

在網(wǎng)上公開(kāi)部分共享儀器和商用軟件的儀器及軟件所在地、聯(lián)系人信息及儀器使用說(shuō)明等信息，師生可根據(jù)這些信息聯(lián)系儀器負(fù)責(zé)人使用共享儀器和軟件，使中心的儀器設(shè)備最大限度發(fā)揮作用，促進(jìn)教學(xué)和科研工作。

3.3 豐富的輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的電子文檔供師生下載學(xué)習(xí)

熱電偶、熱電阻、數(shù)據(jù)采集器等是熱能實(shí)驗(yàn)中最常用的儀器。學(xué)生在課堂上對(duì)這些傳感器、采集設(shè)備的了解較少，利用網(wǎng)站將這些傳感器及儀器的使用說(shuō)明及相關(guān)資料放在網(wǎng)上方便師生下載學(xué)習(xí)。學(xué)生掌握了這些常用儀器的使用有助于他們做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究。

3.4 自主開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

堅(jiān)持基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以自主開(kāi)發(fā)為主、綜合創(chuàng)新及實(shí)驗(yàn)采用引進(jìn)和科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)理念，將現(xiàn)代科技進(jìn)步的成果滲透到實(shí)驗(yàn)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)。近三年，自主研制了13套教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高奠定了基礎(chǔ)。其中4套裝置申請(qǐng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置專利，均獲授權(quán)。有些自制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已在北京石油化工學(xué)院等兄弟院校中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用。上述教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和裝置為學(xué)生搭建了先進(jìn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)學(xué)習(xí)最新的專業(yè)技術(shù)與方法，有利于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

3.5 通過(guò)科技競(jìng)賽和專業(yè)技能培訓(xùn)提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力

3.5.1 通過(guò)舉辦和參加科技競(jìng)賽培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新思維和解決實(shí)踐問(wèn)題的能力

參加科技競(jìng)賽，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)作業(yè)的形式(3～5人一組)，在教師指導(dǎo)下綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，廣開(kāi)思路，凝練新概念，設(shè)計(jì)新方案，研制新作品，解決新問(wèn)題，使知識(shí)得到一次徹底的升華。發(fā)起并組織“中國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)大學(xué)生科技競(jìng)賽”，舉辦華北地區(qū)制冷空調(diào)行業(yè)大學(xué)生科技競(jìng)賽。由我校和中國(guó)制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)共同發(fā)起和組織的“中國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)大學(xué)生科技競(jìng)賽”，已經(jīng)連續(xù)舉辦7屆。至2014年止共設(shè)立華北賽區(qū)、華東賽區(qū)、華中賽區(qū)、華南賽區(qū)、西部賽區(qū)和東北賽區(qū)，已經(jīng)基本涵蓋了全國(guó)范圍內(nèi)的制冷空調(diào)相關(guān)專業(yè)的近百余所高等院校，其中包括來(lái)自臺(tái)灣的勤益科技大學(xué)，8屆競(jìng)賽參賽學(xué)生規(guī)?？傆?jì)達(dá)兩萬(wàn)余名。

3.5.2 針對(duì)熱能與動(dòng)力工程在校大學(xué)生進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)

加大職業(yè)技能的教學(xué)和實(shí)踐，對(duì)在校大學(xué)生進(jìn)行職業(yè)技能技術(shù)培訓(xùn)，把職業(yè)技能培訓(xùn)和現(xiàn)有的理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)各環(huán)節(jié)結(jié)合起來(lái)，發(fā)展成為具有培養(yǎng)創(chuàng)新能力的職業(yè)技能培訓(xùn)體系，并納入大學(xué)生教學(xué)計(jì)劃中。研究了針對(duì)大學(xué)生的一種培訓(xùn)和管理、考核體制，并將職業(yè)技能培訓(xùn)長(zhǎng)期化、制度化。針對(duì)熱能與動(dòng)力工程，在全國(guó)高校范圍內(nèi)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)“執(zhí)業(yè)資格證書(shū)+學(xué)位證書(shū)”雙證書(shū)培養(yǎng)模式。讓學(xué)生在畢業(yè)前拿到一張正規(guī)的全國(guó)承認(rèn)的執(zhí)業(yè)資格證書(shū)，對(duì)擴(kuò)大高校畢業(yè)生的就業(yè)面產(chǎn)生了積極的影響。

4 實(shí)驗(yàn)課程的考試與考核

以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，積極探索新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系，逐步建立多元化的實(shí)驗(yàn)考核方法。對(duì)所有基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告4部分，成績(jī)結(jié)構(gòu)比例為1:3:2:4。其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告中重點(diǎn)考量學(xué)生對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的處理分析能力、對(duì)指導(dǎo)書(shū)中思考題的解答、實(shí)驗(yàn)體會(huì)及對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置的缺陷分析與改進(jìn)建議等。對(duì)綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建、實(shí)驗(yàn)效果、合作能力、設(shè)計(jì)報(bào)告、回答問(wèn)題等方面，成績(jī)結(jié)構(gòu)比例對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有不同的側(cè)重。其中合作能力的成績(jī)?yōu)橥M同學(xué)間的互相打分結(jié)果。為鼓勵(lì)學(xué)生參加課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)校以及相關(guān)教師不僅為學(xué)生提供各類科學(xué)競(jìng)賽項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持，完成項(xiàng)目的同學(xué)可獲得學(xué)校規(guī)定的學(xué)分。

5 教學(xué)效果

近幾年，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教師的評(píng)分均在90分以上；學(xué)生100%通過(guò)實(shí)驗(yàn)課考試；參加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和星火計(jì)劃的學(xué)生逐年增加；4名學(xué)生通過(guò)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目答辯，25名學(xué)生通過(guò)星火計(jì)劃答辯；積極參加各類科技競(jìng)賽，比賽成績(jī)逐年提高：139名學(xué)生參加了省部級(jí)及以上級(jí)別的各項(xiàng)競(jìng)賽，共獲得22項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，獲獎(jiǎng)學(xué)生人數(shù)百余人。本文第一作者參與發(fā)表論文16篇，申報(bào)各類專利12項(xiàng)。畢設(shè)論文的成績(jī)平均在80分以上，校內(nèi)評(píng)分與校外抽查評(píng)分相似。

6 結(jié)束語(yǔ)

依托學(xué)科發(fā)展和科研優(yōu)勢(shì)，在科研工作積極為北京市建設(shè)服務(wù)的同時(shí)，形成了“理論與實(shí)踐并重，能力與素質(zhì)并行，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造以學(xué)生為本的人文環(huán)境，堅(jiān)持把知識(shí)傳授、能力提高、素質(zhì)培養(yǎng)貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終的教學(xué)理念”，構(gòu)建了“理論—實(shí)踐—?jiǎng)?chuàng)新”三結(jié)合的工程應(yīng)用型人才實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)平臺(tái)，打造了“學(xué)生—工人—工程師”的培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的良好環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 王法玉,張樺.基于Web與短信結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(1):104-107.

[2] 教育部.關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)[Z].教高〔2001〕4號(hào),2001.

[3] 陳作明.高等工科院校開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào):社科版,2007(3):85-87.

[4] 張紅光,馬國(guó)遠(yuǎn),劉忠寶,吳斌,葉芳,郭航.注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神的熱能與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(3):11-14.

New Energy Science and Engineering (Refrigeration and Air Conditioning ) Undergraduate Experiment and Practice Teaching System Construction

Liu Zhongbao, Wang Qinghua, Ma Guoyuan, Sun Han
Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China

Abstract:Based on the construction of the professional direction of thermal energy and Power Engineering (refrigeration), the characteristics of new energy science and engineering are deeply considered, experiment teaching system, practice teaching mode of new energy science and Engineering (refrigeration and air conditioning), etc. are investigated and practiced. This paper discusses and analyzes the experimental teaching idea of new energy science and Engineering (refrigeration and air conditioning), and examination of experimental teaching method, experimental course, and teaching effect.

Key words:new energy science and engineering; refrigeration air conditioning; experiment and practice teaching system; construction

收稿日期：2015-10-02

作者簡(jiǎn)介：劉忠寶，博士，副教授。

基金項(xiàng)目：2016年度北京工業(yè)大學(xué)“日新人才”培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目支持(編號(hào)：2016-RX-GL-01)；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：3162008)。