能源動力類專業(yè)實驗教學模式改革的研究

（沈陽工程學院 能源與動力學院，遼寧 沈陽 110136）

為適應新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，要求工科教育應樹立主動服務國家戰(zhàn)略要求、主動服務行業(yè)企業(yè)需求的觀念，并樹立全面發(fā)展和多樣化的人才觀念，培養(yǎng)造就多樣化與創(chuàng)新型工程科技人才，支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，因此，“回歸工程實踐”成為高校工程教育改革的基本要求，培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力成為工程教育改革的核心理念［1］。

沈陽工程學院秉承“工程教育、職業(yè)取向”的辦學理念，定位于應用型本科人才的培養(yǎng)，服務國家、地方、行業(yè)、企業(yè)需求。目前學校正處于轉(zhuǎn)型階段，更注重工程實踐教育的改革，沈陽工程學院的工程實踐教育主要存在以下問題：首先，缺乏“工程實踐教育是培養(yǎng)體系的關鍵組成部分”的基本理念。重視科學與理論，輕視技術與實踐，忽視技能和能力的培養(yǎng)，導致現(xiàn)有的實踐教學體系普遍存在實踐內(nèi)容與工程應用結合程度不足、各實踐環(huán)節(jié)相互關聯(lián)較差、職業(yè)思想意識教育欠缺等共性問題［2］。其次，課內(nèi)實驗教學環(huán)節(jié)中的實驗儀器設備本身數(shù)量少、故障發(fā)生率高，同時利用率也不高；印證性理論實驗多，設計性綜合實驗少，學生實踐能力得不到充分提高。最后，實驗教育管理制度完備性欠缺，實驗考核評價體系不健全。實驗教學資源的整合和利用不夠充分，實驗教學質(zhì)量評價體系和考核機制不完善，缺乏對實驗教學的過程監(jiān)督。

為解決以上問題，將對能源動力類實驗教學模式進行改革研究，注重以行業(yè)和企業(yè)需求為導向，以厚基礎、寬口徑、強能力、求創(chuàng)新為原則，構建優(yōu)良的實驗教育體系與平臺，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力［3］。

一、實驗教學改革的目標

以能源動力類專業(yè)實驗教學為例對傳統(tǒng)的實驗教學模式進行改革，擬探索開放式、階梯式實驗教學模式。在構建實驗教學內(nèi)容模塊化、實驗資源開放化、實驗裝置自主化、考評手段多樣化等方面進行改革與探索，最終形成開放式、階梯式實驗教學新模式［4］，如圖1所示。

圖1 能源動力類開放式與階梯式實驗教學模式

1.教學模式階梯式

能源動力類專業(yè)融合實踐性、綜合性與創(chuàng)新性等特點，在培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力方面，實驗教學發(fā)揮著重要的作用。本文將能源動力工程實驗教學模塊進行階梯式設計，建立基礎性實驗平臺、科學研究實驗平臺、科技創(chuàng)新實踐平臺。

基礎性實驗平臺主要由基礎實驗教學和專業(yè)實驗教學兩個模塊組成。其中基礎實驗教學模塊主要針對專業(yè)基礎課而設置，如流速、壓力、溫度、流量等基本量測試實驗，以及傳熱學、熱力學、流體力學、燃燒學等專業(yè)基礎課程的實驗。打造基礎實驗內(nèi)容精煉、簡潔；專業(yè)實驗內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展接軌，相對前沿，并與企業(yè)合作系列實驗聯(lián)合課。通過該模塊的訓練可使學生具備基本的實驗操作與測試技能，掌握相關實驗原理與方法，端正科研態(tài)度，樹立工程敬業(yè)精神，為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力打下牢固的基礎［5］。

科學研究實驗平臺是能源與動力類階梯式實驗教學模式的核心環(huán)節(jié)。在經(jīng)過基礎性實驗平臺訓練培養(yǎng)后，需要系統(tǒng)而綜合的實驗教學平臺提升學生的科學研究素質(zhì)，培養(yǎng)學生綜合設計的實驗能力，構建學生的科學研究和工程能力［6］。由專業(yè)特色實驗、專業(yè)綜合實驗和專業(yè)設計實驗三個實驗模塊共同組成的科學研究實驗平臺，通過三個模塊中的驗證性、綜合性和設計性實驗項目的不同層次的訓練，使學生逐步具備相應的科學素質(zhì)［7］。例如對流換熱系數(shù)的測定實驗，基礎性實驗條件為強迫對流換熱圓管橫向外掠，而科學研究性實驗條件可靈活轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀粚α鳌⒐苁?、翅片或平板、轉(zhuǎn)動圓管等，也可自行設計實驗裝置與方案。通過該平臺的訓練后，學生具備了能源與動力領域相關的專業(yè)知識，并具備了從事基礎科學研究和進一步科技創(chuàng)新的能力。

科技創(chuàng)新實踐平臺將大學生創(chuàng)新實踐課題、畢業(yè)論文、實習實訓等與科研立項和科技創(chuàng)新相結合，設置創(chuàng)新學分，鼓勵學生參加科技創(chuàng)新。該模塊將采用本科生導師制，結合導師的科研課題并利用導師的科研實驗設備或在與企業(yè)聯(lián)合的產(chǎn)學研基地完成。創(chuàng)新實踐實驗模塊實施時可由導師、學生根據(jù)實際情況自由組合，可設立鼓勵政策，如建立大學生創(chuàng)新實踐基金、舉辦各類科技競賽和創(chuàng)建相關創(chuàng)新協(xié)會等。經(jīng)過創(chuàng)新實踐平臺訓練后，進一步激發(fā)并提高了學生的創(chuàng)新能力。例如沈陽工程學院年均立項大創(chuàng)項目三百余項，參與學生近兩千人，學生在這一階段能具備以下科技創(chuàng)新能力，如承擔教師科研項目部分工作，撰寫與公開發(fā)表科研論文、申請專利、完成大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目，以及參加大學生各類科技競賽項目等。

2.實驗教學平臺的開放

在“能源與動力工程”遼寧省實驗教學示范中心平臺上，以“能源動力虛擬仿真平臺”建設為契機大膽探索開放實驗教學模式。利用已建好的能源動力開放實驗系統(tǒng)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，依托已成立的實訓拓展部學生團隊，結合階梯式實驗教學模塊及虛擬仿真平臺，以及學生對不同實驗項目的需求，實現(xiàn)開放實驗平臺時間和空間上充分利用，實驗室、實驗儀器與實驗耗材管理的規(guī)范化、信息化；在實驗教學模式的完善方面，重點進行管理體制的改革、運行機制的完善和實驗教學開放模式的優(yōu)化設置［8］，以達到保證時間上的開放。實驗教學平臺的開放設計，基本可實現(xiàn)教師與學生、虛擬與實踐、學習與評價、人與設備等問題達到平衡，把培養(yǎng)創(chuàng)新人才與實驗室管理協(xié)調(diào)起來。通過開放實驗教學平臺，校內(nèi)各學科間交叉融合，校際同類專業(yè)間資源共享，也可向企業(yè)或各科研單位的人員提供實驗室和實驗儀器等的預約，既符合高校培養(yǎng)應用型人才的目標，也符合當前形勢下實驗室管理發(fā)展的趨勢。

二、實驗教學改革內(nèi)容

1.教學內(nèi)容模塊化

目前中心已建立了基礎實驗，專業(yè)實驗，系統(tǒng)仿真、創(chuàng)新實踐實驗等多個實驗模塊。但大部分實驗教學模塊的教學內(nèi)容是根據(jù)理論教學授課內(nèi)容進行開設的，部分實驗模塊過于集中在某一知識點上，實驗模塊涵蓋的知識點內(nèi)容分布不合理。為此將進一步細化實驗教學內(nèi)容，并形成六個實驗教學模塊。包括基礎實驗、專業(yè)實驗、專業(yè)特色實驗、專業(yè)綜合實驗、虛擬實驗以及創(chuàng)新性實驗教學模塊，每一模塊下有數(shù)個實驗項目可供學生選擇。

2.進一步完善實驗網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗教學開放化

結合六個實驗教學模塊、三個層次的階梯式實驗平臺，協(xié)調(diào)安排開放實驗的時間、場地、自選實驗項目設置；重點開展虛擬實驗平臺、基于能源動力開放實驗室及多媒體演示平臺的建設。在開放實驗網(wǎng)絡系統(tǒng)中上傳實驗教學模塊對應的實驗大綱、實驗指導書、虛擬操作、儀器使用手冊、安全事項、教學科研成果等資源。通過開放網(wǎng)絡系統(tǒng)及時發(fā)布實驗相關信息，以方便學生查閱各種實驗課件、完成課前預習、進行實驗總結、交流實驗心得以及開展學術討論等活動，將實驗中心網(wǎng)站變成可為實驗教學提供了高效優(yōu)質(zhì)的資源服務中心。在網(wǎng)站設立了學生入口和教師入口，提供了師生在線交流平臺，并實現(xiàn)教學資源共享，為學生自主學習創(chuàng)造了良好條件。

3.實驗教學方法的創(chuàng)新

結合能源與動力專業(yè)實驗教學特點逐步建立具有特色的實驗教學方法。為使每個學生都有獨立操作實驗機會，不再以班級為單位上課，將以2～4 人實驗小組的形式設置實驗課程表。學生通過開放網(wǎng)絡系統(tǒng)，預約實驗項目、試驗臺及時間，通過虛擬實驗模塊對實驗項目進行預習和虛擬操作，再進入線下實驗室進行實驗操作和調(diào)整設計，形成開放性思維，主動思考實驗條件和裝置的變換，實現(xiàn)發(fā)揮教師主導作用，以學生為本、個性化發(fā)展的實驗教學目的［9］。

4.開發(fā)創(chuàng)新型和研究型試驗裝置

結合大學生創(chuàng)新訓練項目和大學生科技競賽等，開發(fā)創(chuàng)新型和研究型試驗裝置，將創(chuàng)新意識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實踐，同時鍛煉科學研究能力。在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識后，對于提出的較可行的創(chuàng)新觀點，首先組織相關教師進行指導，再進行深入理論分析，確定創(chuàng)新型研究型試驗裝置的設計參數(shù)、預期功能、成果等，組織申報大學生創(chuàng)新訓練項目，制作樣機，試驗研究，成果匯報與發(fā)表，參加大學生科技創(chuàng)新競賽，作為實驗課中創(chuàng)新教學的案例等。通過該環(huán)節(jié)可培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新和研究能力，豐富課余科技實踐內(nèi)容，完整掌握設備加工、安裝，測控儀器儀表的原理、使用、調(diào)試，數(shù)據(jù)采集與處理，專利和期刊論文的撰寫、發(fā)表等。

5.實驗教學考核方式變革

傳統(tǒng)的實驗考核方式多依據(jù)實驗報告單一判定，這種實驗考核方式較主觀，部分學生對實驗過程不重視不參與，在結果分析環(huán)節(jié)抄襲他人實驗報告，導致教師無法準確把握實驗過程評價。改革的實驗考核方式將建立過程性的實驗教學考核體系，體現(xiàn)重過程、重平時、重創(chuàng)新思維的指導思想［10］。不同實驗模塊采用不同考核方法，如基礎性實驗和綜合性實驗模塊可采用試題庫，實行筆試與實際操作、實驗報告相結合的方式；考核采取比例模式，如實際操作成績占50%，理論考試占40%，平時分占10%。對于創(chuàng)新性實驗教學項目的考核，發(fā)揮教師的指導作用，提出實驗目的和基本要求，以學生為主題，自主設計和調(diào)整實驗具體方案，考核方式采取“設計方案+實驗操作+總結分析”形式，其中設計方案所占比例較高，充分調(diào)動學生自主研發(fā)的積極性，逐步培養(yǎng)學生形成開放思維。對于虛擬實驗模塊考核，則可通過學生在虛擬端的操作由虛擬系統(tǒng)直接給出成績。通過多樣化的實驗教學考核體系給出實驗綜合成績，可實現(xiàn)對學生的學習態(tài)度、觀察能力、動手能力、思維能力、綜合分析能力等的全面考查。

三、結論

能源動力類階梯式與開放式實驗教學模式的改革，以社會和企業(yè)需求為導向，以培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力為目標，遵循“先進性、實用性”的建設原則，以“基礎知識—專業(yè)能力—綜合素質(zhì)”為貫穿主線，構建“三個層次、六個模塊”為核心的工程實踐教學體系，其中三個層次分別為基礎性實驗平臺、科學研究實驗平臺、科技創(chuàng)新實踐平臺，三級實踐教學層次之間逐層提高，各有不同的側(cè)重點，其貫穿于專業(yè)實踐教學的各個環(huán)節(jié)，形成特色突出、重視實踐、強化能力、多元立體的能源動力類實驗教學體系。