“新工科”背景下能源與動力工程專業課群建設改革與實踐
——以《換熱器原理與設計》課群建設為例

呂雪飛,甘樹坤

(吉林化工學院 機電工程學院，吉林 吉林 132022)

目前，全球科技和工業革命正在不斷地推進新世界經濟的形成與發展，從而使高等教育遇到了前所未有的關注[1]。為使新經濟社會更好地得到發展，“中國制造2025，互聯網+”等一系列重大發展戰略，使得培養高質量高水平的工程科學技術人才的重要性尤為突出，因此需要不斷加大工程教育的改革和創新[2]。2017年2月下發了《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》，對于“新工科”的建設提出了新的要求，一方面要對應如云計算、機器人技術、智能制造和人工智能等新興產業，同時也包含對傳統工科專業進行升級與改造[3]。“新工科”相比于傳統工科學科應該具有更強的實用性、交叉性以及綜合性。因此，新世界經濟形式下高校對傳統工科進行“新工科”建設將迎來學科發展的新的機遇與挑戰。

能源與動力工程專業是實踐性很強的傳統工科專業，換熱器原理與設計是該專業中一門非常重要的專業技術課程，該課程對本專業的知識體系涵蓋面廣，是專業知識結構及教學中必不可少的重要環節，對學生的專業素質培養和專業能力的提高具有舉足輕重的作用，結合“新工科”建設的需求，課程的教學效果已經無法達到“新工科”的要求，因此有必要進行換熱器原理與設計課群的實踐教學改革與探索。

一、“新工科”背景下傳統工科專業課程建設中存在的問題

(一) “新工科”對專業人才培養的要求

相比于現有的傳統工科人才培養，未來新經濟和新興產業需要高素質復合型人才，因此“新工科”的人才培養必須具有較強的工程實踐能力、創新應用能力，具備較強的國際競爭力，主要包括下面幾個特征。

(1)既能夠在某一學科進行深入的學術研究，而且應具有“跨學科整合”的特點；

(2)既可以利用所獲得的專業知識去解決現有問題的能力，而且還應具有對新知識、新技術深入學習的能力，以解決未來發展中存在的問題，并具有在未來技術行業中發揮領導作用的能力；

(3)不僅技術上優秀，而且在經濟、社會和管理上都具有良好的人文素質。

(二) 換熱器原理與設計課程教學中存在的問題

1.偏離工程實踐和行業標準

換熱器原理與設計課程本身就是原理和工程實踐的融合。從業人員不僅要考慮換熱器的功能，還要考慮換熱器的安全性和經濟性。工科學生一般都會有強調理論而忽略實踐的觀念，即重視換熱器的理論實現，并以此為設計中心，而對換熱器設計中涉及的行業技術標準(例如結構，材料和施工等)關注度低，甚至行業的技術因素也被忽略，這種不協調的工程思想難以使換熱器的工藝設計和結構設計彼此緊密配合。傳統工程教育主要基于基本原理，對于此類相對實踐性較強的且與設備有關的課程，以前的工程實踐教學內容顯然不足，并且缺少國家行業技術標準的滲透與學習，從而導致與工程實際相悖的問題解決思路，缺乏對總體規劃的掌握，因此不能滿足工程的實際要求，不能提高學生的實際應用能力。

2.教學內容與學時不匹配

本課程原為32學時的選修課程，對能源與動力工程專業開放，均為理論教學，根據所選教材設計教學計劃，教師之間的聯系松散，缺乏與其他課程的交流，教學內容存在重疊。此外，對于此類實踐性較強且與設備有關的課程，缺少實踐教學的課程教學環境。同時，能源與動力工程專業的機械結構設計、強度校核等教學內容及課時有限，導致熱交換器原理和設計課程的教學內容很多，但由于學時相對較少，缺乏課程設計、現場學習研究等實踐環節，因此很難達到教學的效果。

3.學生專業基礎課程基礎薄弱

本課程主要是設計和大量的公式計算，對于具體的講解過程，通常會使學生感到疲勞和乏味，課程教學相對僵化，學生對學習的興趣不大。 同時，低年級時學生缺乏專業教育和指導，逐漸形成了錯誤的觀念，即只注重原理而不注重工程實踐。對基礎知識的掌握不夠，專業基礎薄弱導致在高年級的課程學習中困難重重，學習效果不理想。

二、基于“新工科”的換熱器原理與設計課群建設

為了滿足“新工科”人才培養的要求，為了滿足“新工科”人才培養的要求，解決傳統工科教學中所存在的諸多問題，結合換熱器原理與設計的課群建設，提出了“新工科”背景下的教學改革與探索方案。

(一) 修訂人才培養方案，合理配置課程群

根據對社會需求的調查和畢業生的反饋分析，換熱器原理與設計已改為必修課，為能源與動力工程專業人才培養的重要專業課，由于僅32學時，無法達到滿意的教學效果。因此，通過深入地進行企業調研以及專業課程教師的認真細致地研討，在專業人才培養方案的修訂的過程中，在系列相關課程學時數基本沒有較大變動的前提下，對專業人才培養方案中關于換熱器相關的教學內容及教學形式進行了合理的改革與優化。

首先，在課程內容講授方面，雖不局限于教材及純理論知識的傳授，還參照換熱器設計手冊、國家及行業標準等內容輔助完成本課程相關知識的學習，同時增加結合工程實踐、國家行業標準進行真實案例的講解，但根據學生在就業應用及深造的過程中反饋的信息發現，僅限于此不能夠滿足后續的學習與應用，需對內容進行拓展以及優化。因此，將教學內容分為換熱器原理、換熱器設計、換熱器生產及測試、換熱器優化、換熱器性能評價五個大方面進行有針對性的教學。

其次，調整培養方案的課程設置和教學內容，通過傳熱課程學習了傳熱的基本理論知識；通過能源動力裝置拆裝實訓加深學生對換熱器的直觀認識，了解換熱器的不同結構形式；通過工程軟件訓練對換熱器進行二維工程圖紙表達及三維建模和分析，加深學生對不同結構形式的熱交換器的深入了解；結合換熱器綜合實驗(虛擬模擬實驗)，增加測試、性能優化、性能評價內容，以提高學生將理論知識應用于工程實踐能力的培養，加深學生對理論的理解，增強工程實踐能力；換熱器課程設計環節，指導學生在進行學習設計校核的同時，學習換熱器的運行管理，為后續學習、工作以及深造奠定較深的基礎，通過國家行業標準和工程實例的有機結合，提高了學生對工程設計和應用的意識。通過將換熱器原理與設計和各課程內容合理安排和組織，從而達到對學生進行換熱器整體理論與工程實踐能力的培養目標[4]。

換熱器原理與設計課群相關課程及教學目標如表1所示。

表1 換熱器原理與設計課群相關課程及教學目標

(二) 優化教學方法和手段，提升課程教學質量

教學方法對學生的學習和對教學內容的掌握有重要影響。結合本課群在專業人才培養過程中的重要性，教師在教學過程中不斷改革教學模式，以提高學生的專業技術素質和能力為目標，通過線上線下相結合的豐富多彩的教學方式，全方位地將工程意識、創新意識和工程實踐應用能力的培養貫穿于課群教學的全過程[5-6]。

(1)在課堂教學、專業課程設計以及專業實驗等各種形象教學過程中，能夠結合工程實際應用案例進行講解，應用計算機多媒體與網絡技術[7]，采用可視化的形式展示提高學生的學習興趣，提升教學質量。

(2)通過能源動力裝置拆裝、測繪實訓等課程，以換熱器為典型設備讓學生親自動手進行拆裝與測繪，從而直觀地認識換熱器整體結構。對組成換熱器結構的零件及裝配關系有更加直觀的學習，加深學生對不同換熱器結構形式的理解。

(3)利用AutoCAD、UG及Ansys等工程軟件對換熱器進行二維工程圖紙表達及三維建模分析，加深學生對于不同結構形式換熱器深入的理解與認知。

(4)結合換熱器設備的行業應用背景，在教學過程中對各種具體的換熱器的工作原理與設計過程進行有的講解，結合教師的相關科研項目，進行相關專題講座和學科前沿引導，通過將換熱器的工程傳熱分析、工程應用技術新發展等內容引入到教學中，從而擴大知識信息量和專業視野，激發學生對專業知識的學習興趣，樹立標準化意識、工程觀念和創新思維，加強學生工程創新實踐能力培養[8-9]。

(5)通過換熱器綜合實驗及虛擬仿真實驗讓學生開展換熱器設計性實驗，將理論與實際工程相結合，加深對理論知識的理解，強化工程應用實踐能力。

(6)通過換熱器課程設計環節，設置與工程實際相似的設計題目，結合行業標準、設計手冊以及工程圖紙等形式，提高學生工程設計與應用的意識，引導學生從實際應用的角度考慮產品的設計。

(三) 強化課群師資隊伍，完善“新工科”專業建設

專業師資隊伍直接影響著人才培養的質量，也是學科專業人才培養的前提和保障。結合換熱器原理與設計課程群的知識結構及教學特點，課程群教學隊伍在教學過程中既要加強課本中的理論教學質量，還要加強國內外相關知識的新科研成果及工程應用實踐的引導，教學必須由具有實踐經驗的教師擔任。因此，專業教學過程中要求課程群的一線授課教師不僅要具有豐富的教學經驗，還都要具有換熱器相關的課題研究、工程設計或企業技術合作經驗。我校在學科專業發展過程中有許多一直從事換熱器科研與設計開發的專業教師，在能源動力領域積累了充足的專業技術優勢人才，因此組建的教學團隊整體水平和結構層次都比較高，教學、科研實踐經驗豐富，成果比較顯著。組成的教師團隊可以確保理論和實踐不脫節，具有學科前沿拓展的深度和廣度，同時具有豐富的課程教學專業知識、工程意識、國家行業標準的認知。通過建設一支高素質的師資隊伍，保證了換熱器原理與設計課程群的教學質量，進而推動了能源與動力工程專業“新工科”建設。

三、結 語

“新工科”建設不能丟棄傳統工科，要符合高等教育的科學發展規律，以適應新經濟的發展要求。“新工科”建設的理念可以通過課程體系得以落實，通過構建符合“新工科”理念的新型課程體系是工程教育的核心[10]。換熱器原理與設計課群建設的教學改革與探索，符合“新工科”建設的教學理念，通過合理規劃和設置教學內容，高效利用有限的教學學時及教學資源，改革教學方法，加強教師隊伍的建設，形成學科知識的交叉與融合不斷提高教學質量，逐步推進能源與動力工程專業的升級和改造，從而達到“新工科”建設和專業人才培養目標。