卓越工程師人才培養背景下能源與動力工程專業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：針對當前傳統教學模式在實踐創新型專業人才培養中存在的問題，以能源與動力工程專業熱力設備原理、換熱器原理與設計兩門專業課程為例，探討卓越工程師背景下多元化實踐教學方法與常規教學模式的差異，提出課程教學過程中應加強多媒體課件設計、工程案例分析、校外工程師進課堂和實驗、課程設計實際工程化及工程現場實踐教學環節等多元化實踐教學內容，讓學生從基礎知識、案例應用、實驗現象與結果分析、工程現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，培養滿足社會需求的卓越工程師人才。

關鍵詞：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，人才培養質量顯得尤為重要。《高等院校能源動力學科熱能與動力工程專業規范》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”“辦學應當與時俱進，培養人才的模式應當轉型”。能源與動力工程專業致力于如何更高效地利用能源[1]，對國家快速發展肩負著重大使命，亟需與時俱進的人才培養模式。因此，根據社會發展需要，在卓越工程師人才培養背景下，應及時構建新的人才培養模式，強化學生實踐創新能力的培養。

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應用能力。現行的能源與動力工程專業培養模式致力于對學生基礎知識的教學及專業素質的培養，能夠為國家培養一批批專業基礎過硬的能源動力人才，但在創新型工程實踐人才的培養上還存在一些問題需要解決。比如，在專業基礎課或專業課的教學中，學生雖然通過實驗或實踐環節能夠鍛煉基本的專業實踐能力，但對創新能力的培養、實踐能力的訓練還遠遠不夠，無法高效提升學生的創新能力，難以滿足行業對專業人才培養質量的要求。

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

沈陽化工學院[6]能源與動力工程專業的發展方向為鍋爐與壓力容器設計制造、運行、管理及清潔燃燒，課程建設采用“2+1.5+0.5”的課程體系，重視在實踐教學中培養學生的創新精神和實踐能力，學生就業前景良好。山東科技大學[7]能源與動力工程專業在培養方案體系、創新研究性實驗模式、青年教師教學能力等方面，開展多元化人才培養的改革與實踐，大大提高了專業人才培養質量。南京航空航天大學[8]結合“航空、航天、民航”三航辦學特色和 “能源與動力工程專業導論”課程特點，探討專業導論課程理論和實踐相結合的教學方法，提升學生對專業的認知，提高學生的專業實踐水平。

專業課程的多元化實踐教學是培養學生實踐創新能力的基礎環節，對學生專業知識的學習及專業綜合素質的提升具有不同的意義。本文以熱力設備原理、換熱器原理與設計兩門專業課程為例，探討如何開展融合多元化實踐教學方法的人才培養。

二、專業課程中的多元化實踐教學

（一）熱力設備原理課程多元化實踐教學

1.常規教學方法及問題分析

熱力設備原理課程是一門以熱能方面專業知識綜合運用為特色的理論與實踐相結合的專業課程，教學過程中注重實踐教學與理論教學的融合，強調實踐與創新能力的培養。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注對鍋爐及鍋爐房設備知識點的精講，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。

一是傳統教學模式缺乏針對性。

熱力設備原理課程主要講授鍋爐及鍋爐房、熱力發電系統相關的熱力設備等內容，是熱能與動力工程專業課程體系中的核心課程，也是最為重要的專業課程之一。該課程的傳統教學方式以課堂講授為主，每周安排4個學時，主要講解熱力設備系統及其不同的位置結構原理，以及對應的熱力及結構設計計算。課堂講授注重系統的普遍性，按照整個熱力設備系統的一般布置方式進行一一講解，缺乏具體工程及設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相對較弱，不能滿足應用型人才的培養需求。

二是課程教學內容的廣度和深度不夠。熱力設備原理雖然以鍋爐及鍋爐房系統與熱力發電系統等熱源為應用對象，開展相關的系統設計及設備選擇，但是隨著科學技術的快速發展，熱力設備及系統無論在內涵還是外延上均有了發展與技術更新，熱力設備設計研發的性能有了較高的提升，熱力系統的布置也從原來單純的供熱熱源耦合發電發展到熱能梯級利用或建立熱電冷聯供系統。熱源系統供應區域范圍也大大擴展，涉及整個城市的熱源熱網的規劃。

因此，學習熱力設備原理需要有廣博的專業知識作為支撐，但該課程設置的口徑太窄，缺乏與相關課程的融合與溝通，教學內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燃氣鍋爐房供熱系統的工程設計及基礎知識的講解，而對于多功能型用能系統/生態環境、新技術等關注不夠，與之相關的資源、環境的合理利用等內容也涉及得不夠廣泛。

三是課程教學與實踐結合得不夠緊密。

熱力設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合的教學模式，主要講授相關的理論知識、設計方法與技巧及設備布置方案等內容。雖然這種方式具有較好的直接溝通的優勢，但與實踐結合得不夠緊密，不利于學生分析能力、解決問題能力及創新實踐能力的培養。

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部結構，講授鍋爐的工作過程、鍋爐房的系統配置及其應用等，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備工程師動力專業執業資格考試案例素材，貼近實際工程，強化實際工程技術應用，以實際問題的解決，激發學生的學習興趣，提高學習效果。

熱力設備原理課程可以從三方面進行案例教學。

（1）引入基礎知識點。

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

（2）綜合案例的應用。在注冊設備工程師的考試中，還有一些題目是綜合案例的應用。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，將熱力設備原理的知識點和其他相關學科融會貫通，體現學科知識體系的系統連貫性，培養學生的綜合應用能力。

（3）引入試題案例素材進行實踐教學。注冊公用設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，可梳理知識結構脈絡，使學生對相關的知識有更系統的認識。

三是邀請工程或設備單位的相關專家來校為學生授課（熱力設備原理課程邀請的專家為鍋爐設備廠家的總設計工程師）。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，比課本知識更接近實際應用。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，以及今后所從事的職業。

四是以解決實際問題為導向確定課程設計選題。

熱力設備原理課程設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計相結合，強化課程設計的目的性。針對傳統教學模式缺乏針對性的問題，在鍋爐房的設計環節，改變以往根據教材案例講授設計過程的方法，而從設計院最近的工程設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，了解設計環節。

五是促進課程設計與相關知識模塊的融合。

與熱力設備原理課程相匹配的課程設計是以鍋爐房為主的熱源設計，主要包括燃料供應及燃燒系統、鍋爐房汽水系統和通風及除塵系統。要做好課程設計除了需要具有廣博而堅實的專業基礎知識，還需要與其他專業課程進行融合。如燃料供應系統部分涉及燃氣輸配工程和燃氣與燃氣設備課程基礎知識;通風及除塵系統部分涉及工業通風課程的知識點。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知識模塊的融合，從而實現能力訓練與基礎知識學習的良好結合。

六是課程實驗應結合課堂教學有序開展，最好是授課結束后隨即開展該部分內容的實驗，增強課程實驗的針對性。如若統一在學期末開展實驗，會減弱課程實驗教學效果。

七是增設現場實踐環節。

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，不能結合整個課程知識，因此增設課程實踐環節非常必要。在工程專業課程教學中，針對課程開展的現場實踐教學，能夠較好地增加課程學習深度。授課結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配置情況了然于心。特別是現場專業技術人員的講解，能使學生進一步深化理論知識，掌握實際工程設備及系統的運作過程。

（二）換熱器原理與設計課程多元化實踐教學

1.常規教學方法及存在的問題

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

一是傳統教學模式缺乏針對性和連貫性。

換熱器原理與設計課程主要講授能源利用工程領域涉及的不同類型換熱器的基本結構、工作原理和設計方法。傳統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。在有關換熱器的講解中，不同類型換熱器的內容是相互獨立的，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。

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

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

2.探索多元化實踐教學方法

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

將理論課程與實踐課程緊密結合，教學中利用簡單工程案例講授一些系統運行知識，提出探索性問題，引導學生對系統運行的難點進行思考。理論課程結束后，馬上開展課程實踐，引導學生充分應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%。實踐考核內容包括學生現場實踐的表現、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。

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

設計內容的增設，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，因此在設計環節，可以針對不同的工程應用背景，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構的設計。

二是增設學生設計展示環節。設計完成后，要求學生對整個設計方案進行綜合展示，將整個設計過程清晰

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

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

三、結語

課程教學模式的改革，旨在強化實踐環節對學生工程能力的培養。熱力設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節等多元化實踐教學內容，從基礎知識、案例應用、實驗現象與結果分析、工程現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。換熱器原理與設計課程改革，建立了課堂理論知識講授—換熱器設計實踐—換熱器設備本身的拆裝實踐—換熱器在實際工程中的應用實踐等課程教學體系，通過理論與實踐的有機結合，強化學生從換熱器本身結構原理到實際工程應用的系統全面學習。

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”這一設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容的增設，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基礎知識，而且開闊了專業視野，提高了工程實踐技能，對未來職業發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：

[1]中華人民共和國教育部高等教育司. 普通高等學校本科專業目錄和專業介紹： 2012年[M]. 北京： 高等教育出版社， 2012.

[2]林日億， 姜燁， 黃善波， 等. 熱能與動力工程專業多元化人才培養模式探索[J]. 教育教學論壇， 2017（7）： 172-174.

[3]陳聯盟. 實驗室開放與學生實踐創新能力培養[J]. 高等建筑教育， 2007， 16（5）： 56-59.

[4]戴紅玲， 胡鋒平， 彭小明， 等. 工程教育認證視閾下專業實踐教學體系的構建與實踐[J]. 實驗技術與管理， 2017， 34（11）： 225-228.

[5]段世飛. “一帶一路”背景下高等教育人才培養需求展望[J]. 湖北函授大學學報， 2017， 30（4）： 32-33.

[6]戰洪仁，張建偉，李雅俠，等. 熱能與動力工程專業人才培養模式及課程體系探討[J]. 化工高等教育，2008（1）：19-21.

[7]孔祥強， 李瑛， 衣秋杰. 面向多元化的能源與動力工程專業人才培養改革與實踐[J]. 高等建筑教育， 2018， 27（2）： 14-17.

[8]李建中， 袁麗， 何小民， 等. 淺談能源與動力工程專業導論課程[J]. 科技資訊， 2015， 13（32）： 171-172.

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）;北京建筑大學環能學院教學團隊建設項目“基于建筑能源工程中心的專業能力培養體系創新實踐”;北京建筑大學環能學院教學團隊建設項目（優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研究，（E-mail）shiweixiu1983@163.com。