能源專業(yè)研究生課程PBL模式改革

［摘 要］ 研究生的培養(yǎng)質(zhì)量與國家的科技創(chuàng)新能力密切相關(guān)，構(gòu)建高水平人才和拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，是全國研究生教育會議提出的研究生培養(yǎng)的重要目標(biāo)。為提高新工科背景下研究生對基礎(chǔ)理論知識的理解能力和對復(fù)雜工程問題的分析解決能力，以PBL學(xué)習(xí)模式對東北大學(xué)動(dòng)力工程及工程熱物理專業(yè)的研究生課程進(jìn)行了改革。旨在解決東北大學(xué)能源專業(yè)研究生教學(xué)中的一些不足，以期為設(shè)立有相關(guān)專業(yè)研究生的院校課程教學(xué)改革提供參考和借鑒。

［關(guān)鍵詞］ 思政改革；新工科計(jì)劃；研究生教學(xué)

［基金項(xiàng)目］ 2021年度高等學(xué)校能源動(dòng)力類教學(xué)研究與實(shí)踐項(xiàng)目（重點(diǎn)）“基于問題/項(xiàng)目學(xué)習(xí)法（PBL）在東北大學(xué)能源動(dòng)力類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究”（NDJZW2021Z-29）；2022年度東北大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“基于問題/項(xiàng)目學(xué)習(xí)法（PBL）+OBE在能源專業(yè)中的應(yīng)用研究”（PBL-JX2022yb021）

［作者簡介］ 董 輝（1969—），男，遼寧黑山人，博士，東北大學(xué)冶金學(xué)院教授，主要從事余熱資源回收利用、PBL教學(xué)方法研究；陳 進(jìn)（1982—），男，遼寧沈陽人，博士，東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授，主要從事新能源利用及PBL教學(xué)方法研究；王 強(qiáng)（1971—），男，山東煙臺人，博士，東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，主要從事冶金與材料過程的外場控制及PBL教學(xué)方法研究。

［中圖分類號］ G643.2 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）07-0069-04 ［收稿日期］ 2023-11-01

引言

能源、信息、生物和材料被稱為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代文明的四大支柱。每一種能源的發(fā)現(xiàn)與利用，都成為推動(dòng)人類文明發(fā)展變遷的重要因素之一。人類的所有生活和生產(chǎn)活動(dòng)都無法離開能源，并且對能源利用提出了越來越高的要求。隨著國際能源供需形式的重大變化以及我國“雙碳”目標(biāo)的全面展開，提高傳統(tǒng)能源的利用效率與開發(fā)多種形式的新能源并推廣應(yīng)用成為能源專業(yè)最迫切和重要的責(zé)任。因此，培養(yǎng)國家建設(shè)和能源發(fā)展所需的具有創(chuàng)新能力的高層次人才成為我國高校特別是能源專業(yè)的重要目標(biāo)之一。

本文針對東北大學(xué)研究生傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題，通過以學(xué)生為中心、主動(dòng)學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行改革實(shí)踐。傳統(tǒng)教學(xué)和人才培養(yǎng)模式以教師和教學(xué)為中心，更多關(guān)注現(xiàn)有專業(yè)框架內(nèi)知識的講授，在知識廣度、問題分析、團(tuán)隊(duì)合作等能力培養(yǎng)方面已經(jīng)不能滿足當(dāng)下國家、社會及行業(yè)日新月異的發(fā)展和需求。找到一種可以解決上述問題、持續(xù)發(fā)展的教學(xué)模式勢在必行。

一、研究生課程存在的問題

1.授課內(nèi)容陳舊，教學(xué)模式僵化［1-2］。研究生的課程內(nèi)容體系相對陳舊，具有一定的滯后性與重復(fù)性，與專業(yè)學(xué)術(shù)發(fā)展的前沿水平相對脫節(jié)，課程知識結(jié)構(gòu)跟不上技術(shù)知識更新的速度。部分教師長期直接沿用之前的教案和教材，忽略了前沿知識和新理論的更新，固守成規(guī)，導(dǎo)致學(xué)生難以在課堂上了解學(xué)科研究進(jìn)展，接觸不到國際領(lǐng)域的最新成果。

2.理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐脫節(jié)，培養(yǎng)方法單一［2］。課程教學(xué)主要處在傳授理論基礎(chǔ)知識的層次上，導(dǎo)致學(xué)生在所掌握的基礎(chǔ)理論教學(xué)與現(xiàn)實(shí)工程實(shí)際運(yùn)用過程中出現(xiàn)了一定的脫節(jié)現(xiàn)象。同時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以將理論基礎(chǔ)知識與工程實(shí)踐知識系列化、理論化，因而把學(xué)到的基礎(chǔ)知識有效運(yùn)用到工程實(shí)際中，減小二者差距是當(dāng)前研究生教學(xué)改革的重點(diǎn)所在。

3.評估體系片面［1，3］。目前，部分高校的課程評估體系不完善，沒有全面考慮學(xué)生評教、教師評估和教學(xué)成果評價(jià)等對評價(jià)結(jié)果的綜合影響。學(xué)生難以有效地向教師反饋課程意見及建議，教師對學(xué)生上課過程中的真實(shí)需求不夠了解，導(dǎo)致教學(xué)水平停滯不前。課程評估結(jié)果不僅可以反映課程內(nèi)在價(jià)值，還可以間接反映教學(xué)質(zhì)量與研究生教育水平，建立健全課程評估體系是研究生教學(xué)改革的重要一環(huán)。

二、基于問題/項(xiàng)目學(xué)習(xí)

基于問題/項(xiàng)目學(xué)習(xí)（problem/project based learning， PBL）方法是一種以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，是基于建構(gòu)主義、主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理論。同時(shí)，問題或項(xiàng)目涉及的知識是多維度的、廣泛的，往往也是跨學(xué)科的，PBL的這個(gè)特點(diǎn)打破了傳統(tǒng)的學(xué)科界限。基于問題/項(xiàng)目學(xué)習(xí)方法始于20世紀(jì)60年代加拿大麥克馬斯特大學(xué)的醫(yī)學(xué)專業(yè)，新課程涵蓋了全面的人文觀和對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)專業(yè)的批評觀，倡導(dǎo)全局觀，整個(gè)學(xué)習(xí)過程有小組成員共同參與和完成，從而確立了PBL學(xué)習(xí)的重要特征。該學(xué)院PBL的典型特點(diǎn)是，整個(gè)學(xué)習(xí)過程由小組成員共同參與完成。20世紀(jì)60—70年代，在一場激烈的學(xué)生運(yùn)動(dòng)的影響下，丹麥成立了兩所大學(xué)，1972年成立的洛斯基爾德大學(xué)和1974年成立的奧爾堡大學(xué)。奧爾堡大學(xué)的成立是由于當(dāng)時(shí)產(chǎn)業(yè)界對工程師能力提出了種種新要求，是PBL教學(xué)改革的另一典范，并且確立了“從行動(dòng)中學(xué)”和“從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)”的兩個(gè)原則。20世紀(jì)70年代，社會科學(xué)界較為關(guān)注項(xiàng)目工作是否會成為推動(dòng)整個(gè)社會變革的要素之一。在丹麥、德國和荷蘭等國家，學(xué)習(xí)能力和新技能的獲取開始成為社會發(fā)展的突出優(yōu)勢。綜述，基于問題/項(xiàng)目學(xué)習(xí)方法經(jīng)歷了三次發(fā)展，成為世界范圍認(rèn)可、以問題或項(xiàng)目導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)的學(xué)習(xí)方法。學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地以解決相關(guān)學(xué)科問題為目的進(jìn)行學(xué)習(xí)，計(jì)劃、安排并管理自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)，并階段性地反思自己的學(xué)習(xí)成效，進(jìn)行相應(yīng)的評估。通過團(tuán)隊(duì)合作的形式解決問題或完成項(xiàng)目的過程實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的激勵(lì)，能力的培養(yǎng)包括高級思維以及團(tuán)隊(duì)合作、溝通和項(xiàng)目管理等社會性能力。PBL是有潛力推動(dòng)學(xué)科與行業(yè)精準(zhǔn)對接，多學(xué)科的交叉融合的重要教學(xué)方法［4-5］，并且PBL教學(xué)法已經(jīng)在東北大學(xué)等國內(nèi)多所高校得到了推廣和應(yīng)用［6-11］。

三、課程改革實(shí)踐

建立學(xué)科教學(xué)改革小組，作為學(xué)生與各研究團(tuán)隊(duì)教學(xué)工作的橋梁和紐帶，改革小組與學(xué)生、教師的關(guān)系見圖1。改革小組對研究生導(dǎo)師及團(tuán)隊(duì)的研究方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分類，每年對各團(tuán)隊(duì)、導(dǎo)師的研究方向進(jìn)行確認(rèn)，并每年對參與課程研究生的畢業(yè)課題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而了解本專業(yè)學(xué)生需要學(xué)習(xí)的知識和技能，并將結(jié)果通報(bào)授課教師，有針對性地對課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，確保課程內(nèi)容與學(xué)生需求保持一致，建立動(dòng)態(tài)的課程體系。研究生課程在保持現(xiàn)有方法論相關(guān)核心課程主體的基礎(chǔ)上，參考丹麥奧爾堡大學(xué)博士課程的講座模式，對研究生必修課程“動(dòng)力工程及工程熱物理研究方法”進(jìn)行全面改革。具體方案如圖1所示。

由改革小組根據(jù)學(xué)生參與所在課題組題目和教育部一流學(xué)科建設(shè)評估政策指導(dǎo)意見，提出學(xué)科課程重點(diǎn)方向和內(nèi)容，對提煉的方向和內(nèi)容的研究前沿、發(fā)展現(xiàn)狀，以及主要研究方法和重要成果，選擇專業(yè)不同的團(tuán)隊(duì)的多位教師以講座形式進(jìn)行聯(lián)合教授。

同一主題講座可以由若干位教師共同完成，特別在案例分享，成果介紹部分，安排教師介紹本人或其熟悉的成果，為學(xué)生解析從成果立項(xiàng)選擇到完成的全過程。講座題目每年匯總后通告教師和學(xué)生。

授課/講座過程采用PBL模式，教師將課程內(nèi)容提煉分解為多個(gè)關(guān)鍵問題，在課堂教學(xué)中提出問題，由學(xué)生進(jìn)行分組討論。在講座基礎(chǔ)上增加實(shí)踐類課時(shí)，即增加分組完成項(xiàng)目的部分。分組原則，根據(jù)講座主題確定該主題項(xiàng)目參與的學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)感興趣的講座選擇分組實(shí)踐的主題，根據(jù)選擇相同主題的學(xué)生進(jìn)行分組，并保證每組一般不超過5人，不少于2人，推薦3～4人每組，并由該主題講座的教師和所屬團(tuán)隊(duì)教師作為指導(dǎo)教師。不同學(xué)生團(tuán)隊(duì)根據(jù)主題自行定題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)/模擬方案，并在指導(dǎo)教師的協(xié)助下完成相關(guān)方案調(diào)整及實(shí)施，以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行工作分配和安排，共同完成項(xiàng)目。由改革小組組織協(xié)調(diào)指導(dǎo)教師和學(xué)生的關(guān)系，并鼓勵(lì)、監(jiān)督學(xué)生團(tuán)隊(duì)完成分組實(shí)踐項(xiàng)目。

課程評價(jià)形式如圖2，對課堂表現(xiàn)采用過程評價(jià)，包括教師點(diǎn)評、組內(nèi)互評和組間互評等。對分組實(shí)踐項(xiàng)目由改革小組組織指導(dǎo)教師及外聘專家對各組工作進(jìn)行評審，評審模式參考節(jié)能減排大賽等，包括文本等函評（由任課教師完成）和最終答辯的現(xiàn)場評審（任課教師及外聘專家），由學(xué)生按組完成項(xiàng)目報(bào)告和答辯過程。指導(dǎo)教師還須根據(jù)平時(shí)團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)給出成績作為總成績的一部分，以及對作業(yè)和作品的總結(jié)性評價(jià)。對表現(xiàn)優(yōu)秀的項(xiàng)目予以多種形式的資助，并擇優(yōu)參與國家、國際級競賽，為學(xué)科評估儲備成果。

案例1：以“動(dòng)力工程及工程熱物理研究方法”課程為例（32學(xué)時(shí)），上課學(xué)生人數(shù)44，目前課程由專業(yè)四個(gè)主要研究方向的學(xué)術(shù)帶頭人為主要講座組織者，每位組織者負(fù)責(zé)8學(xué)時(shí)的講座內(nèi)容，介紹其研究方向的前沿技術(shù)和成果、主要的研究方法，并邀請企業(yè)專家進(jìn)行相關(guān)行業(yè)發(fā)展和亟待解決的工程問題的介紹。同時(shí)邀請計(jì)算機(jī)方向的專家介紹互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在能源行業(yè)的應(yīng)用情況。并對上課的同學(xué)進(jìn)行分組（4人一組，共11組），以組為工作單元選擇任意研究方向作為小組項(xiàng)目/作業(yè)的主題，同時(shí)由該方向講座教師進(jìn)行課題指導(dǎo)和評價(jià)如圖2所示。其中有關(guān)冶金燒結(jié)爐窯的發(fā)展和研究方法介紹，邀請了中冶南方的爐窯專家進(jìn)行了行業(yè)主流技術(shù)和技術(shù)難題的介紹，其中3組選擇了爐窯方向，選擇爐窯的節(jié)能降耗、超低排放和自動(dòng)控制三個(gè)主題，以小論文和課堂答辯的形式完成項(xiàng)目/作業(yè)。最終12名學(xué)生的成績中8人取得了優(yōu)秀，4人良好，并且過程中有組員之間、師生之間的交流和溝通，學(xué)生在社會性能力上有了比較明顯的提高。

案例2：以能量系統(tǒng)熱力學(xué)分析方法為例（32學(xué)時(shí)），上課學(xué)生人數(shù)57。本課程主要以工程熱力學(xué)基本原理在工業(yè)實(shí)際過程中的應(yīng)用為主體，由3位教師分別授課。首先，選擇熱力學(xué)基本概念中的焓熵?、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律等易混淆、難理解的概念和原理，分解為“為什么放熱反應(yīng)能釋放熱量？——焓變與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系”“如何理解熵的宏觀和微觀定義？”“為什么?分析方法體現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律”等問題，由學(xué)生自由分組討論，小組內(nèi)達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識后，分別匯報(bào)各小組的討論成果，由教師和其他同學(xué)點(diǎn)評，從而加深學(xué)生對熱力學(xué)基本概念的認(rèn)識和理解。之后，針對鋼鐵制造流程能量分析方法及應(yīng)用和電力系統(tǒng)能量分析方法及應(yīng)用兩個(gè)專題，分別邀請不同領(lǐng)域的行業(yè)專家為學(xué)生拓寬視野，講授行業(yè)前沿問題，讓學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)的基本原理系統(tǒng)分析工程中的實(shí)際問題。

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Teaching Reform of Postgraduate Courses in Energy Major Based on PBL Model

DONG Huia， CHEN Jinb，c， WANG Qiangb， ZHAO Lianga

（a. School of Metallurgy， b. Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials， Ministry of Education， c. PBL Teaching Innovation Research Center， Northeast University， Shenyang， Liaoning 110819， China）

Abstract： The quality of postgraduate training is closely related to the country’s scientific and technological innovation ability. Building a high-level talent and top-notch innovative talent training system is an important goal of postgraduate training proposed by the National Postgraduate Education Conference. In order to improve the ability of postgraduates to understand basic theoretical knowledge and analyze and solve complex engineering problems under the background of emerging engineering education， PBL learning mode is used to reform the postgraduate courses of power engineering and engineering thermophysics in Northeast University in this paper. The purpose of this paper is to deal with some shortcomings in the teaching of postgraduates majoring in energy in Northeast University， and provide reference for the reform of curriculum teaching in colleges and universities with relevant postgraduates.

Key words： ideology and political education reform; emerging engineering projects; postgraduate teaching