“能源與動力工程專業”階梯式科教融合的教學方法對創新人才培養的探討

王富強 張傳新 于秋紅 郝曉文 王成安 鞠曉麗 譚建宇

摘要：新工科建設對我國能源與動力工程專業的人才培養模式提出了更高的要求。采用階梯式、科教融合的教學方法可以激發能源與動力工程專業及相關專業學生的主動學習興趣，并培養具有創新意識、基礎知識扎實、實踐動手能力較強的復合型人才。文章依次通過工程實踐中科學問題認知、基礎能力訓練、綜合能力應用以及科研創新能力培養四個平臺的階梯式訓練，提高能源與動力工程專業學生的工程創新意識，并具備較強的科研創新能力。

關鍵詞：能源與動力工程;階梯式;科教融合

中圖分類號：G642.4? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0226-03

一、引言

新工科建設是我國為滿足產業需求，應對新一輪科技革命與產業變革、支撐服務創新驅動，在“卓越工程師教育培養計劃”的基礎上，而開展的持續深化工程教育改革的計劃、中國經驗的探索并助力高等教育的強國建設[1]。新工科建設對我國能源與動力工程專業的人才培養提出了更高的要求：需具備熱學、化學、力學、電學、機械、能源科學以及系統工程學等多學科的寬厚理論基礎，并掌握計算機編程與建模等工具，且具備能源的開發與轉換、開展動力系統研發基本理論和應用技術能力;培養能夠從事能源與環境工程、航空航天、化工、動力工程等產業鏈中，涉及能量綜合利用的創新、應用型高級專門人才[2，3]。

我國正在大力的推進新能源開發與高效利用技術、節能減排技術、清潔能源開發與利用技術等。能源與動力工程專業是涉及能源、環境以及動力等多交叉領域的核心學科。未來在新能源開發與綜合利用、高效低污染排放動力技術、節能減排技術等領域發揮關鍵的科技攻關作用，為我國早日實現清潔能源及可再生能源利用的目標提供有力的技術支撐[4]。國家實施的多種重大科技計劃為能源與動力工程專業的人才培養模式的發展提供了帶來了歷史性的機遇，但面臨著巨大的挑戰。尤其在實踐操作能力強、創新思維豐富的能源與動力工程專業的人才培養方面：對如何深化能源與動力工程專業的教學改革、提高科教融合的教學水平、建立創新性人才培育基地等方面，提出了更高的要求[5]。

二、培養具有創新意識人才迫在眉睫

能源是我國國民經濟的重要產業、支柱產業。近幾年，能源產業獲得了迅速發展，新產品層出不窮。大量新技術在生產過程中得到了運用，極大地改善了企業的生產環境，提高了生產效率和產品質量[6]。因此，經濟的飛速發展對我國能源與動力工程專業的人才培養模式提出更高的要求。眾所周知，能源企業既是勞動密集型企業，也是技術密集型企業。企業員工沒有一定的專業知識和操作技能，是不能上崗從事生產的。新技術在生產過程中的大量應用，對能源與動力工程專業人才的培養提出了更高的標準和要求[7]。對高等院校的能源與動力工程專業人才培養模式而言，既是機遇，也是挑戰，如：能源類相關用人企業的市場化與教育模式的挑戰、學生差異化學習需求的挑戰等[8]。

傳統能源與動力工程專業的教學模式常常為“滿堂灌”“填鴨式”的教學，學生多為被動式學習[9]。新時代教育強調主動學習，激發學生的學習興趣，將枯燥的學習過程變為興趣引導型的研究探索活動。這就要求教師不僅要補充豐富的教學內容，更要注重多種教學方法和手段的合理運用，利用新型教學手段提高教學過程的生動性，把授課教師在科研項目中收集的研究資料與課程理論知識相結合。雖然目前比較注重學生的學習素養和科學方法的培養，但是整體而言學生的科學素質水平仍然較低，他們缺乏解決實際問題的能力。如何培養具有創新意識、專業基礎知識扎實、實踐動手能力較強的復合型人才就成為我國能源與動力工程專業人才培養過程中亟須解決的燃眉問題[10]。

三、課程建設總結

錢偉長院士在談論教學與科學研究的關系時，充分闡明了自己的觀點：“大學必須拆除教學與科學研究之間的高墻，教學沒有科學研究做支撐，就是一種沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育”[11]。顯而易見，教學不僅要為科學研究提出問題，更要為解決科學研究中遇到的問題提供解決思路和研究路線。科學研究是提高實驗設備水平和教學質量的基礎。科學研究與教學相結合是培養具有高素質、創新性人才的必備條件。高等院校的教學活動中，教師既要向學生講授現有的書本知識，更要注重培養他們的科研創新能力[12]。

因此，有必要開展能源與動力工程專業以科研創新能力培養為主線的“階梯式”科教融合的教學體系。在能源與動力工程專業的人才培養過程中，實行“工程問題認知→基礎能力訓練→綜合能力應用→科研創新能力培養”階梯漸近式教育模式，如圖所示。

第一層次為能源與動力工程實踐中科學問題認知層次。對能源與動力工程專業實際應用過程中遇到的工程問題、提高能量轉換效率、新型能源轉換與利用等問題進行認知并進行科學課題的探索等。

第二層次為能源與動力工程的基礎能力訓練層次。通過對所學過的傳熱學、工程熱力學、流體力學、機械原理等基礎課程進行強化訓練，使學生掌握工程實踐的所應用到的基礎知識、基本操作技能及工程理念，加深學生對機械設計、幾何學、傳熱學、流體力學、材料學、電氣工程、計算機編程等專業基礎理論知識的理解和掌握。培養學生解決能源與動力工程專業實際應用過程中遇到工程問題的建模與解決的能力。

第三層次為能源與動力工程的綜合能力應用層次。學生在完成基礎能力訓練之后，以全國高效清潔能源利用大工程意識為背景，根據能源與動力工程專業實際應用過程中所提煉出來的不同科學問題，應用所學的基礎技能，參與到實踐工程中。從而培養能源與動力工程專業學生的解決工程問題的能力，提高學生應用基礎技能的綜合實踐能力。

第四層次為能源與動力工程的科研創新能力培養層次。根據能源與動力工程專業課程體系知識塊，分為先進能量吸收與轉換、強化傳熱創新、新型換熱設備創新、應用軟件開發創新、建模編程創新設計、節能減排產品創新設計等多個創新模塊。每個模塊設置相應的研究探索型或工程創新型實驗項目，或學生根據實際需要如參加學科競賽等自設項目，在教師指導下完成科技作品制作和科研創新活動，解決工程應用遇到的科學問題并發表高水平學術論文。

通過參與導師科研項目或學生自主課外科技活動、參加挑戰杯及節能減排大賽等學科競賽，使能源與動力工程專業學生的工程創新意識和科研能力得到提高。依次通過四個平臺階梯式訓練，工程實踐中科學問題認知→基礎能力訓練→綜合能力應用→科研創新能力培養訓練，使學生的工程創新意識得到質的提升，學生具有在生產實踐中發現能源與動力工程專業實際應用過程中遇到的工程問題并解決問題的能力，從而培養學生的工程創新素質和科研意識，使學生具有科研創新的能力。

四、科教融合的教學模式將激發學生創新欲望

良好的學術氛圍是以師生為主體創造并共享的校園文化的組成部分，是教學與科學研究相互結合、相互促進、共同發展而形成的學術風氣。教師將自己的先進能量吸收與轉換、強化傳熱創新、新型換熱設備創新等科研項目研究通過學術報告、學術座談、創新實驗等形式向學生發表，既提高了教師對能源與動力工程專業研究過程的系統性認識和理論升華，又增強了教師的責任感和使命感。學生根據個人興趣與愛好在參與能源與動力工程專業相應的研究學術活動當中，既學到了相應的知識與思想，又激發了強烈的求知欲和創造精神。

科教融合的能源與動力工程專業教學模式，既有助于提高能源與動力工程學科的學術水平和教學質量，同時，還營造出學術自由、學術民主、規格嚴格、功夫到家、博學拓新、積極向上的教風、學風和校風。形成良好的校園科創相結合的人才培養文化，為培養高質量的具有創新意識、專業基礎知識扎實、實踐動手能力較強的復合型專業人才，創造有利的校園環境。

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