基于科研項目的創新性實驗建設路徑探索
——以河北水利電力學院“傳熱學”實驗課程建設為例＊

李樹謙，侯娜娜，王曉同，馮連元

（1.河北水利電力學院土木工程學院，河北 滄州061001；2.河北省數據中心相變熱管理技術創新中心，河北 滄州061001；3.滄州市儲熱及低品位余熱利用型電磁供熱技術創新中心，河北 滄州061001）

按照《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020）》以及2019年教育部印發的《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》等文件精神，教育教學過程中需要強化實踐環節的訓練，促進社會實際工作部門、教學和科研三者的結合與發展。可見，實踐教學是高等教育的核心，對于地方應用型本科院校而言尤其如此。

河北水利電力學院是河北省第二批應用技術類轉型發展試點學校，對于實踐教學的深度改革迫在眉睫。談及實踐，首先是實踐教學的目的，文獻[1-3]表明實踐教學應以激發學生的創新意識、培養學生的創業能力、促進學生適應未來人才競爭為主要目的。實驗作為重要的實踐教學內容，對人才培養目標的實現具有重要作，同時也是提升辦學和專業特色的主要抓手之一[4-6]。筆者擬通過分析我校建筑環境與能源應用工程專業的熱工學類實驗教學存在的問題，以及提出以科研項目子課題為依托的創新性實驗課程，為我國新升本科院校應用型人才培養相關的實踐課程體系的優化提供參考。

1 傳統課內實驗存在的問題

河北水利電力學院作為新升本科院校，其在實踐教學方面存在一些短板和問題，特別是在課內實驗環節，以建筑環境與能源應用工程專業的專業基礎課“傳熱學”為例進行闡述。

首先，“傳熱學”課程實驗的教學內容較為滯后，不僅與日新月異的傳熱學學術領域脫節較為嚴重，而且對于該門課程服務的后續課程，例如“供熱工程”等，所涉及的儲熱供熱等新技術的前導支撐作用沒有發揮，更與2030年和2060年我國“雙碳規劃”對于節能供能的要求相距甚遠。目前，學生按照以往課程實驗進行機械的實驗步驟的重復，缺乏引導學生思考有深度問題的空間，對該門課程要求的知識創新性較差。

其次，現有的“傳熱學”課程實驗多以驗證性和演示性為主，僅有少量的綜合性實驗和設計性實驗，而研究性實驗更是極度缺乏。這將導致課程實驗與現實工程的要求相去甚遠，學生一方面對實踐操作的重要價值理解不深，另一方面由于缺少實驗設計和數據的深入分析等重要環節，他們所能掌握的技能也很難應用于實際工程。

最后，由于歷史原因和2020年新冠疫情的影響，目前“傳熱學”課程部分實驗設備較為陳舊且配置不高，無優質和特色鮮明的實踐教學平臺，這制約了創新、高效的實踐教學環節的實施。

2 承擔科研項目專任教師的困惑

前述“傳熱學”課程實驗硬件條件的不足嚴重限制了學生在更深、更廣層次探索知識的欲望。然而，建筑環境與能源應用工程教研室博士教師數量較多，且承擔的科研項目較多，包括國家自然科學基金面上項目、河北省教育廳教學改革項目以及企業委托的橫向課題等，近2年累計達9項之多。由于河北水利電力學院為新升本科院校，目前并無專業碩士點，這導致承擔科研項目的專任教師同樣面臨諸多困惑，例如教學和科研在時間上的沖突、無研究生參與科研導致進度嚴重滯后、花費很長時間設計與搭建的實驗臺而沒有時間完成測試分析等。

以教學和科研在時間上的沖突為例進行說明。《學問的中心》一書的作者約瑟夫·本戴維曾指出：研究與教學并非自然匹配，只是在特定的條件下方可組成單一的結構。對于教師而言則是，其個人的工作時間有限，一方面需要付出精力完善和改進教學方式和方法，以滿足教育教學業績的要求；另一方面則需要時刻關注本研究領域的前沿科技動態，以提升科學素養和把握研究方向。

除了教學和科研在個人時間和精力上分配的矛盾，另一對主要矛盾也是新升本科院校教師面臨的痛點問題，即參與科研項目的學生數量的匱乏。針對該問題，部分專任教師也提出過讓本科生加入科研團隊、從事科研項目的構想。然而，考慮到本科生知識儲備有限、知識體系尚在完善階段，此外，學生完成科研項目并不是本科階段的必要條件，完全依靠本科生完成級別較高的科研項目難度極大。

以上分析表明，承擔科研項目的教師缺乏人員和學生缺乏優質的實驗平臺這一突出矛盾如何解決，已然成為師生共同面臨的現實問題。

3 基于科研項目的創新實驗課程的提出

前述問題和矛盾的解決不是一蹴而就的，雖然通過與省內其他高校聯合培養研究生的方式在一定程度上緩解了科研人員缺乏的壓力，但是如何為本科生提供高質量的實驗平臺、培養其創新意識，以及幫助其尋找自身所學與工程實際的差距才是實踐教學的核心任務。通過調研并結合實際情況，筆者經過約半年的探索和嘗試，提出了一種基于科研項目的創新性實驗教學模式，旨在依托教師的科研項目，使本科生參與高級別科研項目的部分研究內容，激發學生的科研興趣和提升專業素質。

4 基于科研項目的創新實驗課程的實施

4.1 實施目的

探索構建優質實踐教學平臺的實現途徑，基于該類型實踐平臺開設具有前沿性、系統性和工程性特征的實驗，提升學生的科研動力和實踐能力，在強化實踐育人的同時，也為大學生創新創業訓練計劃項目提供優秀素材。

4.2 實施條件

具有科研項目的教師和各級科研平臺，是實現上述目的重要前提條件。以建筑環境與能源應用工程教研室承擔科研和教改課題的教師組成創新性實踐教學團隊，團隊核心成員6人，目前在研的課題涵蓋國家級、省部級、市廳級和校級科研項目，此外還與滄州愛妮爾節能科技服務有限公司、杭州浸客智能科技有限公司等企業開展合作，致力于新型節能型加熱裝置和系統的研發，上述項目涉及的內容均與“傳熱學”或者后續課程密切相關。

在教師團隊基礎上，科研平臺也是必須的。目前，依托土木工程學院和建筑環境與能源應用工程專業，已獲批省、市、校級科研平臺各1項。基于科研平臺已建成若干套新型科研實驗系統，包括儲熱型電磁供暖、微通道多相流傳熱傳質測試、新型工業暖風機熱工性能測試等。

4.3 實施方法概述

從教師科研項目中提取與本科生能力相適應、與“傳熱學”及后續課程相關的子課題，作為學生創新性實驗的主要內容。參與的學生以建環專業大二和大三的學生為主，人數控制在30人以內，依據教師的課題研究方向，每5名學生成立創新性實驗小組。在基于子課題的師生互選基礎上，由相關教師每人負責1～2組創新性實驗小組，從工程背景、文獻調研與綜述、設計技術路線、實施方案、實驗開展、全面的數據分析等方面進行指導。以全面的數據分析為例，教師需要指導學生掌握數據的提取、無量綱準則數的獲取、誤差分析以及基于Origin等分析軟件的回歸分析和圖形分析等。

在時間上較為靈活，每周二下午和周六上午連續4個學時，總學時數為80。每周六上午安排2個學時的分組匯報討論，匯報形式為PPT答辯。在學生參與度上也較為靈活，特別是對于不考研的學生，如其有意愿，在完成第一輪創新性實驗后仍可繼續參加后續工作。

4.4 綜合性考核方式

與驗證性和演示性實驗不同，創新性實驗的考核方式主要包括過程考核和創新性實驗結題考核兩個主要部分，并注重從多角度、全方位考核學生對于實踐類知識的掌握程度，具體實施方案簡述如下。

過程考核內容主要包括：通過文獻調研對課題的認知程度、實驗方案和技術路線設計的合理性、實驗臺搭建過程中的動手操作能力、與小組成員和外協廠家的溝通協調能力、全面的實驗數據分析能力以及分析軟件的掌握程度。結題考核的內容則主要涉及創新性實驗報告撰寫的完整和規范程度、專利的申請和學術論文的撰寫及發表、PPT制作以及答辯等。

5 結語

按照前述創新性實驗的實施方案，河北水利電力學院建筑環境與能源應用工程專業2018級20名學生在4名教師指導下已進行了60學時的學習。通過參與創新性實驗，同學們掌握或強化了文獻調研、實驗臺設計與搭建、實驗方案設計與優化、數據分析軟件、三維繪圖軟件以及PPT制作與匯報的能力。鑒于創新性實驗一方面很好地體現了學科前沿，另一方面也較好地模擬了現實工程，極大地激發了學生們對科研的深度認知和對專業的學習興趣，較好地彌補了課內實驗的缺憾。

盡管此類創新性實驗尚處于探索階段，但已取得了顯著成效，深受學生歡迎。除實驗設計和數據分析等能力的提升之外，已有2組學生利用已搭建完成的實驗臺申報了河北省大學生創新創業訓練計劃項目、1名同學成功獲批河北省大中學生科技創新能力培育專項項目立項、3名同學參與了實用新型專利的撰寫等。當然，創新性實驗的長久實施和持續完善需要學校資金的支撐和承擔科研項目教師的大力支持，也需要教師持續申報科研項目，以豐富和拓展創新性項目的實施內容。