基于科研項(xiàng)目的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)建設(shè)路徑探索
——以河北水利電力學(xué)院“傳熱學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)為例＊

李樹(shù)謙，侯娜娜，王曉同，馮連元

（1.河北水利電力學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 滄州061001；2.河北省數(shù)據(jù)中心相變熱管理技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 滄州061001；3.滄州市儲(chǔ)熱及低品位余熱利用型電磁供熱技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 滄州061001）

按照《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》以及2019年教育部印發(fā)的《教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見(jiàn)》等文件精神，教育教學(xué)過(guò)程中需要強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，促進(jìn)社會(huì)實(shí)際工作部門、教學(xué)和科研三者的結(jié)合與發(fā)展?？梢?jiàn)，實(shí)踐教學(xué)是高等教育的核心，對(duì)于地方應(yīng)用型本科院校而言尤其如此。

河北水利電力學(xué)院是河北省第二批應(yīng)用技術(shù)類轉(zhuǎn)型發(fā)展試點(diǎn)學(xué)校，對(duì)于實(shí)踐教學(xué)的深度改革迫在眉睫。談及實(shí)踐，首先是實(shí)踐教學(xué)的目的，文獻(xiàn)[1-3]表明實(shí)踐教學(xué)應(yīng)以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)能力、促進(jìn)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)人才競(jìng)爭(zhēng)為主要目的。實(shí)驗(yàn)作為重要的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要作，同時(shí)也是提升辦學(xué)和專業(yè)特色的主要抓手之一[4-6]。筆者擬通過(guò)分析我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的熱工學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，以及提出以科研項(xiàng)目子課題為依托的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程，為我國(guó)新升本科院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)相關(guān)的實(shí)踐課程體系的優(yōu)化提供參考。

1 傳統(tǒng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

河北水利電力學(xué)院作為新升本科院校，其在實(shí)踐教學(xué)方面存在一些短板和問(wèn)題，特別是在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課“傳熱學(xué)”為例進(jìn)行闡述。

首先，“傳熱學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容較為滯后，不僅與日新月異的傳熱學(xué)學(xué)術(shù)領(lǐng)域脫節(jié)較為嚴(yán)重，而且對(duì)于該門課程服務(wù)的后續(xù)課程，例如“供熱工程”等，所涉及的儲(chǔ)熱供熱等新技術(shù)的前導(dǎo)支撐作用沒(méi)有發(fā)揮，更與2030年和2060年我國(guó)“雙碳規(guī)劃”對(duì)于節(jié)能供能的要求相距甚遠(yuǎn)。目前，學(xué)生按照以往課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行機(jī)械的實(shí)驗(yàn)步驟的重復(fù)，缺乏引導(dǎo)學(xué)生思考有深度問(wèn)題的空間，對(duì)該門課程要求的知識(shí)創(chuàng)新性較差。

其次，現(xiàn)有的“傳熱學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)多以驗(yàn)證性和演示性為主，僅有少量的綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，而研究性實(shí)驗(yàn)更是極度缺乏。這將導(dǎo)致課程實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)工程的要求相去甚遠(yuǎn)，學(xué)生一方面對(duì)實(shí)踐操作的重要價(jià)值理解不深，另一方面由于缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的深入分析等重要環(huán)節(jié)，他們所能掌握的技能也很難應(yīng)用于實(shí)際工程。

最后，由于歷史原因和2020年新冠疫情的影響，目前“傳熱學(xué)”課程部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為陳舊且配置不高，無(wú)優(yōu)質(zhì)和特色鮮明的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，這制約了創(chuàng)新、高效的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施。

2 承擔(dān)科研項(xiàng)目專任教師的困惑

前述“傳熱學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)硬件條件的不足嚴(yán)重限制了學(xué)生在更深、更廣層次探索知識(shí)的欲望。然而，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程教研室博士教師數(shù)量較多，且承擔(dān)的科研項(xiàng)目較多，包括國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、河北省教育廳教學(xué)改革項(xiàng)目以及企業(yè)委托的橫向課題等，近2年累計(jì)達(dá)9項(xiàng)之多。由于河北水利電力學(xué)院為新升本科院校，目前并無(wú)專業(yè)碩士點(diǎn)，這導(dǎo)致承擔(dān)科研項(xiàng)目的專任教師同樣面臨諸多困惑，例如教學(xué)和科研在時(shí)間上的沖突、無(wú)研究生參與科研導(dǎo)致進(jìn)度嚴(yán)重滯后、花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)與搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)而沒(méi)有時(shí)間完成測(cè)試分析等。

以教學(xué)和科研在時(shí)間上的沖突為例進(jìn)行說(shuō)明?！秾W(xué)問(wèn)的中心》一書的作者約瑟夫·本戴維曾指出：研究與教學(xué)并非自然匹配，只是在特定的條件下方可組成單一的結(jié)構(gòu)。對(duì)于教師而言則是，其個(gè)人的工作時(shí)間有限，一方面需要付出精力完善和改進(jìn)教學(xué)方式和方法，以滿足教育教學(xué)業(yè)績(jī)的要求；另一方面則需要時(shí)刻關(guān)注本研究領(lǐng)域的前沿科技動(dòng)態(tài)，以提升科學(xué)素養(yǎng)和把握研究方向。

除了教學(xué)和科研在個(gè)人時(shí)間和精力上分配的矛盾，另一對(duì)主要矛盾也是新升本科院校教師面臨的痛點(diǎn)問(wèn)題，即參與科研項(xiàng)目的學(xué)生數(shù)量的匱乏。針對(duì)該問(wèn)題，部分專任教師也提出過(guò)讓本科生加入科研團(tuán)隊(duì)、從事科研項(xiàng)目的構(gòu)想。然而，考慮到本科生知識(shí)儲(chǔ)備有限、知識(shí)體系尚在完善階段，此外，學(xué)生完成科研項(xiàng)目并不是本科階段的必要條件，完全依靠本科生完成級(jí)別較高的科研項(xiàng)目難度極大。

以上分析表明，承擔(dān)科研項(xiàng)目的教師缺乏人員和學(xué)生缺乏優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)這一突出矛盾如何解決，已然成為師生共同面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

3 基于科研項(xiàng)目的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程的提出

前述問(wèn)題和矛盾的解決不是一蹴而就的，雖然通過(guò)與省內(nèi)其他高校聯(lián)合培養(yǎng)研究生的方式在一定程度上緩解了科研人員缺乏的壓力，但是如何為本科生提供高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)，以及幫助其尋找自身所學(xué)與工程實(shí)際的差距才是實(shí)踐教學(xué)的核心任務(wù)。通過(guò)調(diào)研并結(jié)合實(shí)際情況，筆者經(jīng)過(guò)約半年的探索和嘗試，提出了一種基于科研項(xiàng)目的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，旨在依托教師的科研項(xiàng)目，使本科生參與高級(jí)別科研項(xiàng)目的部分研究?jī)?nèi)容，激發(fā)學(xué)生的科研興趣和提升專業(yè)素質(zhì)。

4 基于科研項(xiàng)目的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施

4.1 實(shí)施目的

探索構(gòu)建優(yōu)質(zhì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)途徑，基于該類型實(shí)踐平臺(tái)開(kāi)設(shè)具有前沿性、系統(tǒng)性和工程性特征的實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的科研動(dòng)力和實(shí)踐能力，在強(qiáng)化實(shí)踐育人的同時(shí)，也為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目提供優(yōu)秀素材。

4.2 實(shí)施條件

具有科研項(xiàng)目的教師和各級(jí)科研平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)上述目的重要前提條件。以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程教研室承擔(dān)科研和教改課題的教師組成創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)核心成員6人，目前在研的課題涵蓋國(guó)家級(jí)、省部級(jí)、市廳級(jí)和校級(jí)科研項(xiàng)目，此外還與滄州愛(ài)妮爾節(jié)能科技服務(wù)有限公司、杭州浸客智能科技有限公司等企業(yè)開(kāi)展合作，致力于新型節(jié)能型加熱裝置和系統(tǒng)的研發(fā)，上述項(xiàng)目涉及的內(nèi)容均與“傳熱學(xué)”或者后續(xù)課程密切相關(guān)。

在教師團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)上，科研平臺(tái)也是必須的。目前，依托土木工程學(xué)院和建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，已獲批省、市、校級(jí)科研平臺(tái)各1項(xiàng)?；诳蒲衅脚_(tái)已建成若干套新型科研實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括儲(chǔ)熱型電磁供暖、微通道多相流傳熱傳質(zhì)測(cè)試、新型工業(yè)暖風(fēng)機(jī)熱工性能測(cè)試等。

4.3 實(shí)施方法概述

從教師科研項(xiàng)目中提取與本科生能力相適應(yīng)、與“傳熱學(xué)”及后續(xù)課程相關(guān)的子課題，作為學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。參與的學(xué)生以建環(huán)專業(yè)大二和大三的學(xué)生為主，人數(shù)控制在30人以內(nèi)，依據(jù)教師的課題研究方向，每5名學(xué)生成立創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)小組。在基于子課題的師生互選基礎(chǔ)上，由相關(guān)教師每人負(fù)責(zé)1～2組創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)小組，從工程背景、文獻(xiàn)調(diào)研與綜述、設(shè)計(jì)技術(shù)路線、實(shí)施方案、實(shí)驗(yàn)開(kāi)展、全面的數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行指導(dǎo)。以全面的數(shù)據(jù)分析為例，教師需要指導(dǎo)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)的提取、無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)的獲取、誤差分析以及基于Origin等分析軟件的回歸分析和圖形分析等。

在時(shí)間上較為靈活，每周二下午和周六上午連續(xù)4個(gè)學(xué)時(shí)，總學(xué)時(shí)數(shù)為80。每周六上午安排2個(gè)學(xué)時(shí)的分組匯報(bào)討論，匯報(bào)形式為PPT答辯。在學(xué)生參與度上也較為靈活，特別是對(duì)于不考研的學(xué)生，如其有意愿，在完成第一輪創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)后仍可繼續(xù)參加后續(xù)工作。

4.4 綜合性考核方式

與驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)不同，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的考核方式主要包括過(guò)程考核和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)結(jié)題考核兩個(gè)主要部分，并注重從多角度、全方位考核學(xué)生對(duì)于實(shí)踐類知識(shí)的掌握程度，具體實(shí)施方案簡(jiǎn)述如下。

過(guò)程考核內(nèi)容主要包括：通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研對(duì)課題的認(rèn)知程度、實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)路線設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建過(guò)程中的動(dòng)手操作能力、與小組成員和外協(xié)廠家的溝通協(xié)調(diào)能力、全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力以及分析軟件的掌握程度。結(jié)題考核的內(nèi)容則主要涉及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的完整和規(guī)范程度、專利的申請(qǐng)和學(xué)術(shù)論文的撰寫及發(fā)表、PPT制作以及答辯等。

5 結(jié)語(yǔ)

按照前述創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施方案，河北水利電力學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)2018級(jí)20名學(xué)生在4名教師指導(dǎo)下已進(jìn)行了60學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)。通過(guò)參與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們掌握或強(qiáng)化了文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與搭建、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析軟件、三維繪圖軟件以及PPT制作與匯報(bào)的能力。鑒于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)一方面很好地體現(xiàn)了學(xué)科前沿，另一方面也較好地模擬了現(xiàn)實(shí)工程，極大地激發(fā)了學(xué)生們對(duì)科研的深度認(rèn)知和對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，較好地彌補(bǔ)了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的缺憾。

盡管此類創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)尚處于探索階段，但已取得了顯著成效，深受學(xué)生歡迎。除實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等能力的提升之外，已有2組學(xué)生利用已搭建完成的實(shí)驗(yàn)臺(tái)申報(bào)了河北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、1名同學(xué)成功獲批河北省大中學(xué)生科技創(chuàng)新能力培育專項(xiàng)項(xiàng)目立項(xiàng)、3名同學(xué)參與了實(shí)用新型專利的撰寫等。當(dāng)然，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)久實(shí)施和持續(xù)完善需要學(xué)校資金的支撐和承擔(dān)科研項(xiàng)目教師的大力支持，也需要教師持續(xù)申報(bào)科研項(xiàng)目，以豐富和拓展創(chuàng)新性項(xiàng)目的實(shí)施內(nèi)容。