以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的能源動(dòng)力類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

李小平，矯承軒，張 召

（吉林大學(xué)，吉林長(zhǎng)春 130025）

在“雙碳”目標(biāo)背景下，為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需求，推動(dòng)能源與動(dòng)力工程專業(yè)建設(shè)繼續(xù)深化、拓展和突破，培養(yǎng)多樣化與創(chuàng)新型工程科技人才[1-2]，探索中國(guó)特色、世界水平的工程教學(xué)實(shí)踐與改革，國(guó)內(nèi)能源動(dòng)力類相關(guān)院校針對(duì)自身的教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)及區(qū)域發(fā)展需求，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室開放管理以及人才培養(yǎng)等方面都積極開展研究和探索，對(duì)提升人才培養(yǎng)能力有著一定的借鑒作用[3-5]。相關(guān)行業(yè)對(duì)本專業(yè)畢業(yè)生的能力要求也在發(fā)生改變。在新的社會(huì)需求驅(qū)動(dòng)下，高校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)從基本理論知識(shí)逐漸向創(chuàng)新實(shí)踐能力轉(zhuǎn)變[6-7]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等院校工科專業(yè)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教育的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力教學(xué)體系中起著重要的作用。因此，有必要給學(xué)生營(yíng)造一個(gè)相對(duì)開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的主體，自主管理實(shí)驗(yàn)過程[7-8]。然而，能源動(dòng)力類學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，尤其動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)的專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，會(huì)涉及到高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，涉及到燃油、氣體燃料等危險(xiǎn)化學(xué)品，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、材料等存在一定的風(fēng)險(xiǎn)[9-11]；具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備造價(jià)高，測(cè)試原理、操作規(guī)程復(fù)雜，設(shè)備臺(tái)套數(shù)少、實(shí)驗(yàn)耗材消耗大等特點(diǎn)。同時(shí)，受校內(nèi)教學(xué)資源、師資力量、配套資金、實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)行機(jī)制、課程體系等諸多因素的影響，在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，學(xué)生自主管理實(shí)驗(yàn)過程在能源動(dòng)力類相關(guān)專業(yè)進(jìn)行全面的推廣還存在諸多安全隱患[12]，因此，本文從實(shí)驗(yàn)室資源整合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及特色教學(xué)模式等方面進(jìn)行研究，探索一種適合本學(xué)科培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以期對(duì)能源動(dòng)力類學(xué)科人才培養(yǎng)有一定的參考價(jià)值。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）實(shí)驗(yàn)室資源零散，功能不明確，資源利用率不高

實(shí)驗(yàn)室布局沒有整體考慮，最初是每個(gè)教授或各自團(tuán)隊(duì)根據(jù)不同的科研項(xiàng)目建設(shè)自己的實(shí)驗(yàn)室，每年可能因?yàn)槌袚?dān)的科研項(xiàng)目不同，需要投入的設(shè)備不同，所以每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的功能性質(zhì)隨著科研項(xiàng)目的變化而變化，安全防護(hù)等級(jí)也不一樣，這對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理和建設(shè)都不利，甚至可能在兩個(gè)課題組承擔(dān)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容相當(dāng)時(shí)，存在重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象。另外，在共用儀器設(shè)備的使用上也存在不少問題，以排放分析儀為例，各課題組在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放測(cè)試時(shí)都需要用到排放分析儀，在用到時(shí)需要把其從不同的實(shí)驗(yàn)間臺(tái)架拆下來(lái)挪到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)間安裝上才能使用，同時(shí)，這個(gè)設(shè)備需要工作氣，所以氣瓶、氣路以及外圍的一些附屬設(shè)施都需要挪來(lái)挪去，一方面拆卸安裝浪費(fèi)時(shí)間，另一方面設(shè)備在搬運(yùn)過程中很難保證設(shè)備零件不松動(dòng)或不損壞等。

（二）教學(xué)模式陳舊，考核方式單一，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少且更新慢

本學(xué)科專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)主要依附專業(yè)課程，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少，限制了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)課程根據(jù)培養(yǎng)方案制定，因此課程內(nèi)容更新較慢，在課程不變的情況下，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也很難更新。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)只是理論課程的一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法等對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)幾乎是全新的概念，且涉及一些大型儀器設(shè)備，僅用1~2 學(xué)時(shí)課程讓學(xué)生熟練地使用儀器設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所以實(shí)驗(yàn)課基本是沿襲傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式：教師先按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求講解實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等，有時(shí)還要先給學(xué)生演示一遍實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生按部就班地按照規(guī)定步驟完成實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)報(bào)告[13]。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程是一種典型的“鸚鵡學(xué)舌”式教學(xué)。教學(xué)模式依然是教師講，學(xué)生聽，教師在課堂上的主體地位沒有發(fā)生變化，學(xué)生被動(dòng)聽講的地位也沒有改變。實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核單憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而報(bào)告大同小異，對(duì)于動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)的學(xué)生以及走過場(chǎng)的學(xué)生沒有區(qū)分辦法，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程越來(lái)越不重視，表現(xiàn)在課堂上就是缺乏參與感，如此形成惡性循環(huán)。

（三）科研與教學(xué)相對(duì)獨(dú)立，教學(xué)實(shí)驗(yàn)脫離行業(yè)主流和學(xué)科前沿

本學(xué)科對(duì)于本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立運(yùn)行管理，科研實(shí)驗(yàn)基本是學(xué)科及行業(yè)的前沿或主流技術(shù)，用到的設(shè)備也是先進(jìn)主流設(shè)備，而教學(xué)實(shí)驗(yàn)只是為了驗(yàn)證理論課程的一些原理結(jié)論，所用的設(shè)備都是陳舊的，基本只能滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)試需求，導(dǎo)致學(xué)生日后無(wú)論是繼續(xù)深造還是進(jìn)入工作崗位，都對(duì)主流設(shè)備或先進(jìn)設(shè)備不熟悉，需要重新學(xué)習(xí)；另外，學(xué)生也不能了解到行業(yè)或者學(xué)科的先進(jìn)測(cè)試技術(shù)和方法，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)起不到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的作用。

二、改革方案與措施

（一）構(gòu)建優(yōu)質(zhì)服務(wù)、高效運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

一方面，整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室資源，合理分區(qū)分類布局，按熱能工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)室、空調(diào)及暖通認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地、動(dòng)力裝置拆裝實(shí)踐基地和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地等模塊分區(qū)建設(shè)管理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室功能用途及性質(zhì)分類，建設(shè)燃料電池實(shí)驗(yàn)室、發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)室、零部件實(shí)驗(yàn)室、結(jié)構(gòu)拆裝實(shí)驗(yàn)室、新型動(dòng)力裝置實(shí)驗(yàn)室、熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室以及虛擬仿真和電控實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生車隊(duì)創(chuàng)新實(shí)踐基地等功能型實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)分類布局，有利于實(shí)驗(yàn)室安全和管理，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室功能明確，方便統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，主題明確，突顯吉林大學(xué)汽車特色。另一方面，跟蹤學(xué)科發(fā)展前瞻性技術(shù)和先進(jìn)儀器設(shè)備，集中經(jīng)費(fèi)投入，構(gòu)筑高水平實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建設(shè)世界先進(jìn)、國(guó)內(nèi)一流的示范實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)基地，同時(shí)挖掘科研資源，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，打造“科教融合”示范實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建設(shè)吉林大學(xué)汽車特色工程實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，建設(shè)多元化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，如虛擬仿真發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝及電控平臺(tái)、虛擬仿真風(fēng)—光—電實(shí)踐實(shí)習(xí)平臺(tái)、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地、大學(xué)生車隊(duì)、競(jìng)技競(jìng)賽，滿足不同興趣愛好的學(xué)生學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，同時(shí)吸引更多專業(yè)的學(xué)生加入，擴(kuò)展學(xué)科優(yōu)質(zhì)生源。建設(shè)實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)線上、線下相結(jié)合[14]，虛擬、現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，營(yíng)造高效運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。

（二）構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系

以學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，在教學(xué)實(shí)踐過程中,不斷探索和革新,構(gòu)建以“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)—專業(yè)方向性實(shí)驗(yàn)—綜合性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”五個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，每一層次的課程都有配套的實(shí)驗(yàn)教材和實(shí)驗(yàn)講義，不僅可以滿足不同類別、不同專業(yè)本科生培養(yǎng)的需求，還可以為相關(guān)專業(yè)的研究生提供所需的選修課程?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)注重對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)；專業(yè)方向性實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生專業(yè)性實(shí)驗(yàn)技能的提高；綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為過渡性實(shí)驗(yàn)階段引入到學(xué)生實(shí)踐技能培養(yǎng)體系中，以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力為主；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)將專業(yè)的科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)裝置及內(nèi)容，注重學(xué)科交叉和學(xué)科前沿內(nèi)容，拓展學(xué)生創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造興趣和能力，增強(qiáng)學(xué)生的自主性。充分利用多元化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛、以實(shí)補(bǔ)虛”的原則，不局限實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，擬推出績(jī)點(diǎn)量化考核方式[15-16]，不同專業(yè)或不同層次的學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好選擇不同的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以完成相應(yīng)課程的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)要求。

（三）構(gòu)建科教融合、教賽融合的教學(xué)模式

借助科研平臺(tái)，將前沿的科研技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，一方面，讓學(xué)生了解行業(yè)前沿技術(shù)，結(jié)合大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等活動(dòng)，構(gòu)建科教融合、教研結(jié)合、科研反哺教學(xué)的實(shí)踐教學(xué)模式。以熱射流高能點(diǎn)火特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)為例，將科研項(xiàng)目熱射流高能點(diǎn)火系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為本科生的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)。另一方面，讓學(xué)生了解高速攝像機(jī)的用途及測(cè)試原理，了解利用紋影技術(shù)測(cè)試原理及在能源動(dòng)力類領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)還讓學(xué)生了解行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)——射流點(diǎn)火技術(shù)。針對(duì)不同層次的學(xué)生開展不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，同時(shí)科研與教學(xué)深度融合，拓展了學(xué)生的知識(shí)面，也開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，在學(xué)科具有示范推廣價(jià)值。

工大汽車在吉林工業(yè)大學(xué)時(shí)就成了行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一個(gè)品牌，隨著南方高校汽車學(xué)院的崛起，吉林工業(yè)大學(xué)與吉林大學(xué)合校，利用工大汽車的品牌效應(yīng)，同時(shí)借助當(dāng)下汽車專業(yè)火熱的大學(xué)生車隊(duì)方程式、智能車、巴哈越野車等賽事，借助吉大汽車特色大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，面向?qū)W校相關(guān)專業(yè)，每年招納100 余名學(xué)生，組成吉大方程式賽車（油/ 電組）、節(jié)能車、越野車、無(wú)人駕駛智能車（油/ 電組）六支車隊(duì)，每年參加國(guó)際、國(guó)內(nèi)大學(xué)生方程式、節(jié)能車、智能車、巴哈等賽事，形成全新的吉大汽車品牌。作為各項(xiàng)賽事的元老成員，吉大汽車在行業(yè)以及關(guān)注大學(xué)生車隊(duì)賽事的大學(xué)生、初中生、高中生中引起了特別的關(guān)注，尤其是2018 年、2020 年吉大汽車的吉速車隊(duì)在大學(xué)生方程式賽車油車獲得冠軍后，吉大汽車這個(gè)品牌深入人心，在新生招生及校內(nèi)專業(yè)調(diào)劑時(shí)吉大汽車品牌效應(yīng)體現(xiàn)特別明顯。同時(shí)，這種教賽融合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系在學(xué)生當(dāng)中越來(lái)越受歡迎，每年車隊(duì)在招納新人時(shí)人數(shù)都在成倍增長(zhǎng)；同時(shí)依托“教賽融合”模式開展的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果產(chǎn)出在逐年提高，近兩年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目每年都在20 項(xiàng)左右，實(shí)驗(yàn)技術(shù)文章每年有10 余篇，申請(qǐng)專利有30 余項(xiàng)，隨著成果的增多，依托“教賽融合”模式完成實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生在保研、出國(guó)學(xué)生中的比例也在不斷提升。

三、結(jié)論

本文針對(duì)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)背景下如何培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新實(shí)踐能力人才進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革探索，確定了“結(jié)合學(xué)科傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，整合實(shí)驗(yàn)資源，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和考核手段，構(gòu)建教賽融合、科教融合教學(xué)模式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路；充分利用學(xué)科資源完成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化平臺(tái)與虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等教學(xué)平臺(tái)分區(qū)建設(shè)管理；構(gòu)建“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)—專業(yè)方向性實(shí)驗(yàn)—綜合性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”五個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，推出績(jī)點(diǎn)量化考核方式，引入教學(xué)質(zhì)量全過程考核，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力全方位考核，杜絕學(xué)生走過場(chǎng)；同時(shí)利用先進(jìn)的科研平臺(tái)和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐平臺(tái)，構(gòu)建“科教融合，教賽融合”的教學(xué)模式，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提升本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果產(chǎn)出，打造吉大汽車特色品牌。