卓越工程師人才培養(yǎng)背景下能源與動力工程專業(yè)課程多元化實踐教學方法研究

史維秀 孫方田 王瑞祥 閆全英

摘要：針對當前傳統(tǒng)教學模式在實踐創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的問題，以能源與動力工程專業(yè)熱力設(shè)備原理、換熱器原理與設(shè)計兩門專業(yè)課程為例，探討卓越工程師背景下多元化實踐教學方法與常規(guī)教學模式的差異，提出課程教學過程中應(yīng)加強多媒體課件設(shè)計、工程案例分析、校外工程師進課堂和實驗、課程設(shè)計實際工程化及工程現(xiàn)場實踐教學環(huán)節(jié)等多元化實踐教學內(nèi)容，讓學生從基礎(chǔ)知識、案例應(yīng)用、實驗現(xiàn)象與結(jié)果分析、工程現(xiàn)場實踐等多角度開展全面的深度學習，提高學生的學習興趣和綜合實踐能力，培養(yǎng)滿足社會需求的卓越工程師人才。

關(guān)鍵詞：卓越工程師;能源與動力工程;多元化;實踐教學

中圖分類號：G642.0;TK?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2020）05-0143-06

一、專業(yè)課程多元化實踐教學的重要性

隨著我國高等教育的普及，人才培養(yǎng)質(zhì)量顯得尤為重要?！陡叩仍盒Ｄ茉磩恿W科熱能與動力工程專業(yè)規(guī)范》指出：“在不同歷史階段，社會的人才需求不同，對高等教育的要求也不同”“辦學應(yīng)當與時俱進，培養(yǎng)人才的模式應(yīng)當轉(zhuǎn)型”。能源與動力工程專業(yè)致力于如何更高效地利用能源[1]，對國家快速發(fā)展肩負著重大使命，亟需與時俱進的人才培養(yǎng)模式。因此，根據(jù)社會發(fā)展需要，在卓越工程師人才培養(yǎng)背景下，應(yīng)及時構(gòu)建新的人才培養(yǎng)模式，強化學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

多元化實踐教學模式以多種不同形式的實踐教學手段，提高學生工程實踐能力和專業(yè)應(yīng)用能力?，F(xiàn)行的能源與動力工程專業(yè)培養(yǎng)模式致力于對學生基礎(chǔ)知識的教學及專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，能夠為國家培養(yǎng)一批批專業(yè)基礎(chǔ)過硬的能源動力人才，但在創(chuàng)新型工程實踐人才的培養(yǎng)上還存在一些問題需要解決。比如，在專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課的教學中，學生雖然通過實驗或?qū)嵺`環(huán)節(jié)能夠鍛煉基本的專業(yè)實踐能力，但對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、實踐能力的訓練還遠遠不夠，無法高效提升學生的創(chuàng)新能力，難以滿足行業(yè)對專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求。

新形勢下，能源與動力工程專業(yè)需要在現(xiàn)有的實踐教學基礎(chǔ)上，加強學生的工程實踐能力培養(yǎng)[2]，鍛煉學生的實際動手操作能力，培養(yǎng)學生的實際工程設(shè)計及運行能力[3]，讓能源與動力工程專業(yè)學生滿足工程化和國際化要求，實現(xiàn)專業(yè)水平的不斷提升[4-5]。

沈陽化工學院[6]能源與動力工程專業(yè)的發(fā)展方向為鍋爐與壓力容器設(shè)計制造、運行、管理及清潔燃燒，課程建設(shè)采用“2+1.5+0.5”的課程體系，重視在實踐教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，學生就業(yè)前景良好。山東科技大學[7]能源與動力工程專業(yè)在培養(yǎng)方案體系、創(chuàng)新研究性實驗?zāi)Ｊ健⑶嗄杲處熃虒W能力等方面，開展多元化人才培養(yǎng)的改革與實踐，大大提高了專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。南京航空航天大學[8]結(jié)合“航空、航天、民航”三航辦學特色和 “能源與動力工程專業(yè)導論”課程特點，探討專業(yè)導論課程理論和實踐相結(jié)合的教學方法，提升學生對專業(yè)的認知，提高學生的專業(yè)實踐水平。

專業(yè)課程的多元化實踐教學是培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對學生專業(yè)知識的學習及專業(yè)綜合素質(zhì)的提升具有不同的意義。本文以熱力設(shè)備原理、換熱器原理與設(shè)計兩門專業(yè)課程為例，探討如何開展融合多元化實踐教學方法的人才培養(yǎng)。

二、專業(yè)課程中的多元化實踐教學

（一）熱力設(shè)備原理課程多元化實踐教學

1.常規(guī)教學方法及問題分析

熱力設(shè)備原理課程是一門以熱能方面專業(yè)知識綜合運用為特色的理論與實踐相結(jié)合的專業(yè)課程，教學過程中注重實踐教學與理論教學的融合，強調(diào)實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。原有課程計劃安排為32學時，其中，課堂理論教學28學時，實驗教學4學時。教學安排見表1。

原有的課程教學更關(guān)注對鍋爐及鍋爐房設(shè)備知識點的精講，但脫離了工程案例與實訓的教學，主要存在以下三個方面的問題。

一是傳統(tǒng)教學模式缺乏針對性。

熱力設(shè)備原理課程主要講授鍋爐及鍋爐房、熱力發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的熱力設(shè)備等內(nèi)容，是熱能與動力工程專業(yè)課程體系中的核心課程，也是最為重要的專業(yè)課程之一。該課程的傳統(tǒng)教學方式以課堂講授為主，每周安排4個學時，主要講解熱力設(shè)備系統(tǒng)及其不同的位置結(jié)構(gòu)原理，以及對應(yīng)的熱力及結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。課堂講授注重系統(tǒng)的普遍性，按照整個熱力設(shè)備系統(tǒng)的一般布置方式進行一一講解，缺乏具體工程及設(shè)計需求條件下的針對性。這種教學方法對學生分析問題及解決問題能力的培養(yǎng)相對較弱，不能滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

二是課程教學內(nèi)容的廣度和深度不夠。熱力設(shè)備原理雖然以鍋爐及鍋爐房系統(tǒng)與熱力發(fā)電系統(tǒng)等熱源為應(yīng)用對象，開展相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備選擇，但是隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，熱力設(shè)備及系統(tǒng)無論在內(nèi)涵還是外延上均有了發(fā)展與技術(shù)更新，熱力設(shè)備設(shè)計研發(fā)的性能有了較高的提升，熱力系統(tǒng)的布置也從原來單純的供熱熱源耦合發(fā)電發(fā)展到熱能梯級利用或建立熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)。熱源系統(tǒng)供應(yīng)區(qū)域范圍也大大擴展，涉及整個城市的熱源熱網(wǎng)的規(guī)劃。

因此，學習熱力設(shè)備原理需要有廣博的專業(yè)知識作為支撐，但該課程設(shè)置的口徑太窄，缺乏與相關(guān)課程的融合與溝通，教學內(nèi)容大多停留在表面的基本知識點上，缺乏知識的廣度與深度。例如，該課程教學僅僅局限于傳統(tǒng)燃氣鍋爐房供熱系統(tǒng)的工程設(shè)計及基礎(chǔ)知識的講解，而對于多功能型用能系統(tǒng)/生態(tài)環(huán)境、新技術(shù)等關(guān)注不夠，與之相關(guān)的資源、環(huán)境的合理利用等內(nèi)容也涉及得不夠廣泛。

三是課程教學與實踐結(jié)合得不夠緊密。

熱力設(shè)備原理課程教學主要采取教師理論授課、課堂提問及課下答疑相結(jié)合的教學模式，主要講授相關(guān)的理論知識、設(shè)計方法與技巧及設(shè)備布置方案等內(nèi)容。雖然這種方式具有較好的直接溝通的優(yōu)勢，但與實踐結(jié)合得不夠緊密，不利于學生分析能力、解決問題能力及創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

2.多元化實踐教學方法探討

一是在課程教學中盡可能多地采用多媒體圖片展示鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，講授鍋爐的工作過程、鍋爐房的系統(tǒng)配置及其應(yīng)用等，提高學生的學習興趣，也有助于學生對整體知識框架的掌握。

二是強化案例教學。

熱力設(shè)備原理課程具有很強的工程實踐性。在課程教學過程中引入注冊公用設(shè)備工程師動力專業(yè)執(zhí)業(yè)資格考試案例素材，貼近實際工程，強化實際工程技術(shù)應(yīng)用，以實際問題的解決，激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效果。

熱力設(shè)備原理課程可以從三方面進行案例教學。

（1）引入基礎(chǔ)知識點。

在注冊公用設(shè)備工程師動力方向的考試中，有一些案例考題是關(guān)于熱力設(shè)備基礎(chǔ)知識點的靈活應(yīng)用，這類題目可以直接作為教學素材引入課堂教學中。

（2）綜合案例的應(yīng)用。在注冊設(shè)備工程師的考試中，還有一些題目是綜合案例的應(yīng)用。這類題目往往涉及多門學科的知識。在教學過程中，也可以借鑒此類案例，將熱力設(shè)備原理的知識點和其他相關(guān)學科融會貫通，體現(xiàn)學科知識體系的系統(tǒng)連貫性，培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用能力。

（3）引入試題案例素材進行實踐教學。注冊公用設(shè)備工程師考試大量試題都是實際工程案例簡化后改編的，可為課堂教學提供大量的素材。這類題目往往涉及的知識點比較多，涵蓋范圍更為廣泛，通過對一個題目的透徹分析，可梳理知識結(jié)構(gòu)脈絡(luò)，使學生對相關(guān)的知識有更系統(tǒng)的認識。

三是邀請工程或設(shè)備單位的相關(guān)專家來校為學生授課（熱力設(shè)備原理課程邀請的專家為鍋爐設(shè)備廠家的總設(shè)計工程師）。校外專家均來自實際工程單位一線，課堂教學過程中多引入實際工程案例，讓學生在課堂上就能接觸實際工程，并引導學生將所學習的零散基礎(chǔ)知識通過案例綜合起來，提升學生學習興趣的同時，也極大地提高了學習效果。校外專家還介紹工程上的最新技術(shù)，比課本知識更接近實際應(yīng)用。通過校外專家的講解，學生能從工程、市場的角度認知自己所學的專業(yè)，以及今后所從事的職業(yè)。

四是以解決實際問題為導向確定課程設(shè)計選題。

熱力設(shè)備原理課程設(shè)計選題以解決特定實際問題為導向，將實際工程中所涉及的不同問題與課程設(shè)計相結(jié)合，強化課程設(shè)計的目的性。針對傳統(tǒng)教學模式缺乏針對性的問題，在鍋爐房的設(shè)計環(huán)節(jié)，改變以往根據(jù)教材案例講授設(shè)計過程的方法，而從設(shè)計院最近的工程設(shè)計項目中挑選有特色的建筑來進行講解，讓學生從實際工程入手，了解設(shè)計環(huán)節(jié)。

五是促進課程設(shè)計與相關(guān)知識模塊的融合。

與熱力設(shè)備原理課程相匹配的課程設(shè)計是以鍋爐房為主的熱源設(shè)計，主要包括燃料供應(yīng)及燃燒系統(tǒng)、鍋爐房汽水系統(tǒng)和通風及除塵系統(tǒng)。要做好課程設(shè)計除了需要具有廣博而堅實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，還需要與其他專業(yè)課程進行融合。如燃料供應(yīng)系統(tǒng)部分涉及燃氣輸配工程和燃氣與燃氣設(shè)備課程基礎(chǔ)知識;通風及除塵系統(tǒng)部分涉及工業(yè)通風課程的知識點。因此，采用開放式課程教學模式可以更好地促進課程與相關(guān)知識模塊的融合，從而實現(xiàn)能力訓練與基礎(chǔ)知識學習的良好結(jié)合。

六是課程實驗應(yīng)結(jié)合課堂教學有序開展，最好是授課結(jié)束后隨即開展該部分內(nèi)容的實驗，增強課程實驗的針對性。如若統(tǒng)一在學期末開展實驗，會減弱課程實驗教學效果。

七是增設(shè)現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)。

目前課程教學模式為理論+實驗，而實驗只是針對某個知識點，不能結(jié)合整個課程知識，因此增設(shè)課程實踐環(huán)節(jié)非常必要。在工程專業(yè)課程教學中，針對課程開展的現(xiàn)場實踐教學，能夠較好地增加課程學習深度。授課結(jié)束后要求學生去燃氣鍋爐房進行為期半天的實踐訓練，這樣才能讓學生對鍋爐房的系統(tǒng)配置情況了然于心。特別是現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員的講解，能使學生進一步深化理論知識，掌握實際工程設(shè)備及系統(tǒng)的運作過程。

（二）換熱器原理與設(shè)計課程多元化實踐教學

1.常規(guī)教學方法及存在的問題

換熱器原理與設(shè)計課程是能源與動力工程專業(yè)的任選課，原來學時數(shù)為32，后來相繼調(diào)整為24學時、16學時，其中包括2學時的實驗課。傳統(tǒng)教學方法主要存在以下問題。

一是傳統(tǒng)教學模式缺乏針對性和連貫性。

換熱器原理與設(shè)計課程主要講授能源利用工程領(lǐng)域涉及的不同類型換熱器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計方法。傳統(tǒng)課程教學為理論知識授課和2學時的換熱器傳熱性能實驗。在有關(guān)換熱器的講解中，不同類型換熱器的內(nèi)容是相互獨立的，彼此之間缺乏針對性和連貫性，教學方法也較單一，學生學習效果不理想。

二是課程教學內(nèi)容深度不夠。能源與動力工程領(lǐng)域換熱器的種類較多，在授課過程中僅關(guān)注教學內(nèi)容的廣度，忽視知識深度。教學內(nèi)容一般停留在換熱器最基本的知識層面上，對換熱器的具體設(shè)計、換熱器設(shè)計中的難點問題、使用過程中容易出現(xiàn)的問題及解決方案、現(xiàn)有換熱器的新技術(shù)等內(nèi)容，一般涉及較少。

三是課程教學與實踐結(jié)合得不夠緊密。換熱器原理與設(shè)計課程屬于一門應(yīng)用性的課程，重在培養(yǎng)學生的換熱器設(shè)計能力。因此，在換熱器基本原理講授的基礎(chǔ)上，應(yīng)該更加重視培養(yǎng)學生的設(shè)計實踐能力。但傳統(tǒng)教學方式缺乏對學生實踐能力的培養(yǎng)。

2.探索多元化實踐教學方法

本著提高學生實踐創(chuàng)新能力的原則，探索多元化實踐教學方法，通過增加實踐課程，強化學生的實際設(shè)計能力。

將理論課程與實踐課程緊密結(jié)合，教學中利用簡單工程案例講授一些系統(tǒng)運行知識，提出探索性問題，引導學生對系統(tǒng)運行的難點進行思考。理論課程結(jié)束后，馬上開展課程實踐，引導學生充分應(yīng)用課堂理論知識開展課程實踐。課程考核成績實踐與理論兩部分各占50%。實踐考核內(nèi)容包括學生現(xiàn)場實踐的表現(xiàn)、回答問題的情況等。

主要從以下幾方面進行多元化實踐教學方法的探索。

一是增設(shè)換熱器設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)，強化換熱器設(shè)計訓練。作為能源與動力工程專業(yè)的學生，不僅要掌握換熱器的原理及系統(tǒng)應(yīng)用，還應(yīng)掌握換熱器的具體設(shè)計方法。實踐中重點講授目前應(yīng)用最廣泛的管殼式換熱器的設(shè)計方法與設(shè)計重點，掌握換熱器的設(shè)計計算及校核計算，培養(yǎng)學生的實際設(shè)計能力。換熱器設(shè)計環(huán)節(jié)在該課程教學過程中非常重要，需要以課程設(shè)計或課下大作業(yè)的方式增加換熱器設(shè)計的內(nèi)容，

設(shè)計內(nèi)容的增設(shè)，有助于學生對換熱器基本原理的理解，以及從更高層次認識傳熱過程。由于換熱器的種類較多，因此在設(shè)計環(huán)節(jié)，可以針對不同的工程應(yīng)用背景，引導學生對選擇換熱器的原因進行分析，進而完成對換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

二是增設(shè)學生設(shè)計展示環(huán)節(jié)。設(shè)計完成后，要求學生對整個設(shè)計方案進行綜合展示，將整個設(shè)計過程清晰

陳述，分析優(yōu)點及缺點，然后由其他同學進行評價。這一過程，可以使學生對自己設(shè)計存在的問題認識得更加清楚，起到強化理論知識的應(yīng)用及培養(yǎng)實踐能力的作用。設(shè)計類實踐教學課程改革旨在強化學生的實踐能力。

三是增設(shè)拆裝實踐環(huán)節(jié)。借鑒集美大學能源與動力工程專業(yè)為學生提供拆裝實踐的做法，在專業(yè)建設(shè)過程中，學校建立拆裝實驗室，購置一定數(shù)量且類型齊全的實踐設(shè)備，包括不同類型的壓縮機、換熱器、風機以及水泵等。學生在相關(guān)課程理論學習之后，可以進行設(shè)備的拆卸與重新組裝。在此過程中學生對實際設(shè)備的工作原理及結(jié)構(gòu)組成有了更深入的認識。

三、結(jié)語

課程教學模式的改革，旨在強化實踐環(huán)節(jié)對學生工程能力的培養(yǎng)。熱力設(shè)備原理課程教學改革，進一步完善了工程案例分析、實驗和針對性實踐教學環(huán)節(jié)等多元化實踐教學內(nèi)容，從基礎(chǔ)知識、案例應(yīng)用、實驗現(xiàn)象與結(jié)果分析、工程現(xiàn)場實踐等角度強化學生的學習，提高學生的學習興趣和綜合實踐能力。換熱器原理與設(shè)計課程改革，建立了課堂理論知識講授—換熱器設(shè)計實踐—換熱器設(shè)備本身的拆裝實踐—換熱器在實際工程中的應(yīng)用實踐等課程教學體系，通過理論與實踐的有機結(jié)合，強化學生從換熱器本身結(jié)構(gòu)原理到實際工程應(yīng)用的系統(tǒng)全面學習。

多元化實踐教學模式按照“教師提出問題—學生回答—實踐/實驗運行—學生對比分析—教師總結(jié)”這一設(shè)計思路推進課程教學，整個教學過程重點突出，思路清晰，學生對學習主線有較為深刻的認識，更容易掌握課程的重點與難點知識。特別是通過多元化實踐內(nèi)容的增設(shè)，教學方式更加多樣，學生學習興趣更加濃厚。課程教學模式改革后，學生不僅能較好地掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識，而且開闊了專業(yè)視野，提高了工程實踐技能，對未來職業(yè)發(fā)展也有更清醒的認識，能更好地融入社會，滿足社會對人才的需求。參考文獻：

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Diversified practice teaching methods on energy and power engineering under

the background of excellent engineers training

SHI Weixiu， SUN Fangtian， WANG Ruixiang， YAN Quanying

（School of Environment and Energy Engineering， Beijing University of Civil Engineering and Architecture， Beijing 102616， P. R. China）

Abstract：

In view of the shortcomings of the current traditional teaching mode in the cultivation of innovative professional talents， the two courses of thermal equipment principle and heat exchanger principle and design of energy and power engineering are taken as examples to discuss the differences between diversified practice teaching methods and traditional teaching mode under the background of excellent engineers training. Diversified practice should be strengthened during the course teaching process， including multimedia courseware design， engineering case analysis， off-campus engineers entering the classroom and experiment， actual engineering design and practice on project site. The teaching content allows students to carry out indepth and comprehensive learning from basic knowledge， case application， experimental phenomena and results analysis， engineering field practice， etc. Diversified practice can improve students interest in learning and comprehensive practical ability， and also cultivate outstanding engineers who can meet the needs of society.

Key words： excellent engineer; energy and power engineering; diversification; practice teaching

（責任編輯 王 宣）

修回日期：2020-01-08

基金項目：

教育部高等學校能源動力類新工科研究與實踐項目（NDXGK2017Y-65）;北京建筑大學教育科學研究重點項目（Y-1809）;北京建筑大學環(huán)能學院教學團隊建設(shè)項目“基于建筑能源工程中心的專業(yè)能力培養(yǎng)體系創(chuàng)新實踐”;北京建筑大學環(huán)能學院教學團隊建設(shè)項目（優(yōu)秀課程教學團隊教育）

作者簡介：

史維秀（1983—），女，北京建筑大學環(huán)境與能源工程學院副教授，博士，主要從事高效強化傳熱技術(shù)研究，（E-mail）shiweixiu1983@163.com。