“能源與動力工程專業(yè)”階梯式科教融合的教學(xué)方法對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探討

王富強(qiáng) 張傳新 于秋紅 郝曉文 王成安 鞠曉麗 譚建宇

摘要：新工科建設(shè)對我國能源與動力工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式提出了更高的要求。采用階梯式、科教融合的教學(xué)方法可以激發(fā)能源與動力工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣，并培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、基礎(chǔ)知識扎實(shí)、實(shí)踐動手能力較強(qiáng)的復(fù)合型人才。文章依次通過工程實(shí)踐中科學(xué)問題認(rèn)知、基礎(chǔ)能力訓(xùn)練、綜合能力應(yīng)用以及科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)四個(gè)平臺的階梯式訓(xùn)練，提高能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識，并具備較強(qiáng)的科研創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：能源與動力工程;階梯式;科教融合

中圖分類號：G642.4? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0226-03

一、引言

新工科建設(shè)是我國為滿足產(chǎn)業(yè)需求，應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革、支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動，在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的基礎(chǔ)上，而開展的持續(xù)深化工程教育改革的計(jì)劃、中國經(jīng)驗(yàn)的探索并助力高等教育的強(qiáng)國建設(shè)[1]。新工科建設(shè)對我國能源與動力工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求：需具備熱學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、機(jī)械、能源科學(xué)以及系統(tǒng)工程學(xué)等多學(xué)科的寬厚理論基礎(chǔ)，并掌握計(jì)算機(jī)編程與建模等工具，且具備能源的開發(fā)與轉(zhuǎn)換、開展動力系統(tǒng)研發(fā)基本理論和應(yīng)用技術(shù)能力;培養(yǎng)能夠從事能源與環(huán)境工程、航空航天、化工、動力工程等產(chǎn)業(yè)鏈中，涉及能量綜合利用的創(chuàng)新、應(yīng)用型高級專門人才[2，3]。

我國正在大力的推進(jìn)新能源開發(fā)與高效利用技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、清潔能源開發(fā)與利用技術(shù)等。能源與動力工程專業(yè)是涉及能源、環(huán)境以及動力等多交叉領(lǐng)域的核心學(xué)科。未來在新能源開發(fā)與綜合利用、高效低污染排放動力技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵的科技攻關(guān)作用，為我國早日實(shí)現(xiàn)清潔能源及可再生能源利用的目標(biāo)提供有力的技術(shù)支撐[4]。國家實(shí)施的多種重大科技計(jì)劃為能源與動力工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式的發(fā)展提供了帶來了歷史性的機(jī)遇，但面臨著巨大的挑戰(zhàn)。尤其在實(shí)踐操作能力強(qiáng)、創(chuàng)新思維豐富的能源與動力工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方面：對如何深化能源與動力工程專業(yè)的教學(xué)改革、提高科教融合的教學(xué)水平、建立創(chuàng)新性人才培育基地等方面，提出了更高的要求[5]。

二、培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識人才迫在眉睫

能源是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè)。近幾年，能源產(chǎn)業(yè)獲得了迅速發(fā)展，新產(chǎn)品層出不窮。大量新技術(shù)在生產(chǎn)過程中得到了運(yùn)用，極大地改善了企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[6]。因此，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展對我國能源與動力工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式提出更高的要求。眾所周知，能源企業(yè)既是勞動密集型企業(yè)，也是技術(shù)密集型企業(yè)。企業(yè)員工沒有一定的專業(yè)知識和操作技能，是不能上崗從事生產(chǎn)的。新技術(shù)在生產(chǎn)過程中的大量應(yīng)用，對能源與動力工程專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求[7]。對高等院校的能源與動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式而言，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)，如：能源類相關(guān)用人企業(yè)的市場化與教育模式的挑戰(zhàn)、學(xué)生差異化學(xué)習(xí)需求的挑戰(zhàn)等[8]。

傳統(tǒng)能源與動力工程專業(yè)的教學(xué)模式常常為“滿堂灌”“填鴨式”的教學(xué)，學(xué)生多為被動式學(xué)習(xí)[9]。新時(shí)代教育強(qiáng)調(diào)主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將枯燥的學(xué)習(xí)過程變?yōu)榕d趣引導(dǎo)型的研究探索活動。這就要求教師不僅要補(bǔ)充豐富的教學(xué)內(nèi)容，更要注重多種教學(xué)方法和手段的合理運(yùn)用，利用新型教學(xué)手段提高教學(xué)過程的生動性，把授課教師在科研項(xiàng)目中收集的研究資料與課程理論知識相結(jié)合。雖然目前比較注重學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)和科學(xué)方法的培養(yǎng)，但是整體而言學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)水平仍然較低，他們?nèi)狈鉀Q實(shí)際問題的能力。如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實(shí)、實(shí)踐動手能力較強(qiáng)的復(fù)合型人才就成為我國能源與動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中亟須解決的燃眉問題[10]。

三、課程建設(shè)總結(jié)

錢偉長院士在談?wù)摻虒W(xué)與科學(xué)研究的關(guān)系時(shí)，充分闡明了自己的觀點(diǎn)：“大學(xué)必須拆除教學(xué)與科學(xué)研究之間的高墻，教學(xué)沒有科學(xué)研究做支撐，就是一種沒有觀點(diǎn)的教育，沒有靈魂的教育”[11]。顯而易見，教學(xué)不僅要為科學(xué)研究提出問題，更要為解決科學(xué)研究中遇到的問題提供解決思路和研究路線?？茖W(xué)研究是提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備水平和教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)?？茖W(xué)研究與教學(xué)相結(jié)合是培養(yǎng)具有高素質(zhì)、創(chuàng)新性人才的必備條件。高等院校的教學(xué)活動中，教師既要向?qū)W生講授現(xiàn)有的書本知識，更要注重培養(yǎng)他們的科研創(chuàng)新能力[12]。

因此，有必要開展能源與動力工程專業(yè)以科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線的“階梯式”科教融合的教學(xué)體系。在能源與動力工程專業(yè)的人才培養(yǎng)過程中，實(shí)行“工程問題認(rèn)知→基礎(chǔ)能力訓(xùn)練→綜合能力應(yīng)用→科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)”階梯漸近式教育模式，如圖所示。

第一層次為能源與動力工程實(shí)踐中科學(xué)問題認(rèn)知層次。對能源與動力工程專業(yè)實(shí)際應(yīng)用過程中遇到的工程問題、提高能量轉(zhuǎn)換效率、新型能源轉(zhuǎn)換與利用等問題進(jìn)行認(rèn)知并進(jìn)行科學(xué)課題的探索等。

第二層次為能源與動力工程的基礎(chǔ)能力訓(xùn)練層次。通過對所學(xué)過的傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械原理等基礎(chǔ)課程進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生掌握工程實(shí)踐的所應(yīng)用到的基礎(chǔ)知識、基本操作技能及工程理念，加深學(xué)生對機(jī)械設(shè)計(jì)、幾何學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)、電氣工程、計(jì)算機(jī)編程等專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的理解和掌握。培養(yǎng)學(xué)生解決能源與動力工程專業(yè)實(shí)際應(yīng)用過程中遇到工程問題的建模與解決的能力。

第三層次為能源與動力工程的綜合能力應(yīng)用層次。學(xué)生在完成基礎(chǔ)能力訓(xùn)練之后，以全國高效清潔能源利用大工程意識為背景，根據(jù)能源與動力工程專業(yè)實(shí)際應(yīng)用過程中所提煉出來的不同科學(xué)問題，應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)技能，參與到實(shí)踐工程中。從而培養(yǎng)能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的解決工程問題的能力，提高學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)技能的綜合實(shí)踐能力。

第四層次為能源與動力工程的科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)層次。根據(jù)能源與動力工程專業(yè)課程體系知識塊，分為先進(jìn)能量吸收與轉(zhuǎn)換、強(qiáng)化傳熱創(chuàng)新、新型換熱設(shè)備創(chuàng)新、應(yīng)用軟件開發(fā)創(chuàng)新、建模編程創(chuàng)新設(shè)計(jì)、節(jié)能減排產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)等多個(gè)創(chuàng)新模塊。每個(gè)模塊設(shè)置相應(yīng)的研究探索型或工程創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或?qū)W生根據(jù)實(shí)際需要如參加學(xué)科競賽等自設(shè)項(xiàng)目，在教師指導(dǎo)下完成科技作品制作和科研創(chuàng)新活動，解決工程應(yīng)用遇到的科學(xué)問題并發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文。

通過參與導(dǎo)師科研項(xiàng)目或?qū)W生自主課外科技活動、參加挑戰(zhàn)杯及節(jié)能減排大賽等學(xué)科競賽，使能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識和科研能力得到提高。依次通過四個(gè)平臺階梯式訓(xùn)練，工程實(shí)踐中科學(xué)問題認(rèn)知→基礎(chǔ)能力訓(xùn)練→綜合能力應(yīng)用→科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)訓(xùn)練，使學(xué)生的工程創(chuàng)新意識得到質(zhì)的提升，學(xué)生具有在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)能源與動力工程專業(yè)實(shí)際應(yīng)用過程中遇到的工程問題并解決問題的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新素質(zhì)和科研意識，使學(xué)生具有科研創(chuàng)新的能力。

四、科教融合的教學(xué)模式將激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲望

良好的學(xué)術(shù)氛圍是以師生為主體創(chuàng)造并共享的校園文化的組成部分，是教學(xué)與科學(xué)研究相互結(jié)合、相互促進(jìn)、共同發(fā)展而形成的學(xué)術(shù)風(fēng)氣。教師將自己的先進(jìn)能量吸收與轉(zhuǎn)換、強(qiáng)化傳熱創(chuàng)新、新型換熱設(shè)備創(chuàng)新等科研項(xiàng)目研究通過學(xué)術(shù)報(bào)告、學(xué)術(shù)座談、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等形式向?qū)W生發(fā)表，既提高了教師對能源與動力工程專業(yè)研究過程的系統(tǒng)性認(rèn)識和理論升華，又增強(qiáng)了教師的責(zé)任感和使命感。學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣與愛好在參與能源與動力工程專業(yè)相應(yīng)的研究學(xué)術(shù)活動當(dāng)中，既學(xué)到了相應(yīng)的知識與思想，又激發(fā)了強(qiáng)烈的求知欲和創(chuàng)造精神。

科教融合的能源與動力工程專業(yè)教學(xué)模式，既有助于提高能源與動力工程學(xué)科的學(xué)術(shù)水平和教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)，還營造出學(xué)術(shù)自由、學(xué)術(shù)民主、規(guī)格嚴(yán)格、功夫到家、博學(xué)拓新、積極向上的教風(fēng)、學(xué)風(fēng)和校風(fēng)。形成良好的校園科創(chuàng)相結(jié)合的人才培養(yǎng)文化，為培養(yǎng)高質(zhì)量的具有創(chuàng)新意識、專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實(shí)、實(shí)踐動手能力較強(qiáng)的復(fù)合型專業(yè)人才，創(chuàng)造有利的校園環(huán)境。

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