新工科建設背景下能源與動力工程類專業“四年制科創法”教學創新

路朝陽 趙寧 張志萍

摘 要：在新工科建設背景下，將科研、創新競賽融入教學過程，是推進能源與動力類專業教學創新的重要途徑。本文闡述了能源與動力工程類專業的教學現狀，分析了“四年制科創法”對教師教學與學生學習的積極影響，最后探索了改進教學的措施。“四年制科創法”將科學研究、創新競賽與教學活動進行了有機融合，轉變了傳統教學的單一課堂教學模式。“四年制科創法”要求學生在四年本科學習階段積極參加科創活動，系統地培養學生的實踐能力，符合新工科建設要求。

關鍵詞：四年制科創法;新工科;能源與動力工程;創新創業

新工科建設對能源與動力工程類專業教師教學和學生學習提出了新要求，單一的教學模式已經不能很好地滿足大學生的培養要求。“四年制科創法”可以將枯燥乏味的理論知識通過生動具體的科學研究、創新競賽等活動展現出來。科研、創新競賽、教學、學習是一個有機整體，科創活動可以及時掌握專業前沿動態，為教學與學習提供方向與目標，教學為科創活動提供理論知識，學生學習后為科創活動助力，循環往復，形成系統，促進課程教學改革[1]。教學在科研的潤色下使學習更有成效。

一、能源與動力工程類專業教學現狀

能源與動力工程類專業是典型的工科類專業，傳統的教學模式、教學目標、培養方向有待進一步完善。教學模式傳統單一，教學目標脫離互聯網背景，學生能力得不到提升，教學改革需要進一步推進。

1.教學目標不能滿足新工科教學要求

新工科培養要求是在新時代發展下為國家與社會輸入新型人才，培養具有較強實踐動手能力、創新探索能力且有高素質、國際視野的工科人才。“新工科”教學以社會“新”技術或領域為目標導向，強調學科的實用性、交叉性與綜合性。能源與動力工程類專業不僅要求學生在本學科精深學習，還要求學生具有持續學習的能力，并在相關學科上有一定的基礎，在解決未來發展中的問題時起到引領啟示作用。目前本專業的培育方式還不能滿足新工科教學要求。學生缺乏實踐動手能力和創新創業能力，高校對實踐創新理解有偏差，以致學生的學習積極性不高。

2.實踐應用能力有待提高

能源與動力工程類專業主要研究能源的開發利用、動力機械和熱工設備的設計與檢測技術。本專業要培養學生的實踐能力，培養符合國家需求的工科人才。現階段能源與動力工程類專業在教學中存在師生課下交流少、學生缺乏創新意識和實踐能力等問題。本專業授課方式多為課堂教學，師生只在課堂上進行簡單互動交流，學生基本只能通過課堂了解專業的理論知識;其中專業課程安排有少量課時的實驗課程，但迫于課時限制也是無法系統地深入開展;除了工程訓練幾乎沒有其他實習，而這些實驗課程的設計只能使學生加深對課程的理解，不能滿足學生提升實踐能力的需求[2]。

3.教學模式的局限性

能源與動力工程類專業下設多門基礎課程、選修課程和核心課程。專業難度大、知識面廣，專業課程內容多、課時少、實驗課時更少是該專業面臨的一大問題。繁重的教學任務和較少的課時量使得教師在課堂上更偏向于對專業理論知識的講解，而對科研創新實踐未能進行過多補充，忽略了科創實踐活動;學生則為了應對考試，機械性地學習，思維得不到啟發，對科研創新實踐的探索很難產生興趣[3]。

4.大學生創新創業的局限性

在能源與動力工程類專業教學中，課堂教學側重于講解專業知識，對相關科研創新實踐介紹很少，實踐課堂難以實現，導致學生對科研創新實踐的積極性不高。部分大學生對學習保持一種“只求不掛”的心態，對專業基礎課、核心課程學習不到位。學生個人專業能力不足，教師的精力有限，不能使所有的同學都參與到科研項目中，導致學生對科研創新實踐的參與度嚴重下降。高校忽視對大學生創新創業教育觀的培養，大學生創新創業課程多為線上錄播課程，學生“劃水”現象嚴重，不能達到課程培養學生創新創業精神的目的，導致學生創新意識缺乏;在校大學生未真正步入社會，不了解社會實際狀況，對行業的要求不了解，難以滿足社會發展需求[4]。

二、“四年制科創法”對教學的促進作用

科研創新實踐即在一定的時間、特定的條件下，通過實驗分析獲得新的突破。科研創新要有前沿性，要不斷探索，發現新領域、新知識，靈活進行科研創新實踐;科研創新要有創新性，這要求科研人員有創新能力和創新精神;科研創新需要一個持續的研究過程，科研人員要有一定的基礎才能高效地進行科研創新實踐[5]。

1.使學生主動思考

能源與動力工程類專業因其專業特性，在教學中不能缺少實驗課程。傳統的實驗教學均為驗證性實驗，即先進行課堂教學，課程結課后再進行實驗教學。科研創新實驗與傳統實驗是有差別的，科研實驗的實驗數據、實驗結果都是無法預知的，充滿了未知與探索，這對培養學生獨立思考能力會有很大的幫助。將科研創新實踐融入學習的前提是教師將科研創新實踐融入教學中，這需要教師長期且持續地進行科研創新實踐，通過課堂教學與學生交流本學科的前沿進展。探究式教學將理論和實踐很好地結合起來，創造了教師和學生共同合作的機會[6]。

學生通過課堂了解科研創新實踐、參與科研創新實踐，通過查閱資料、動手做實驗，鍛煉了學生實踐操作能力。學生在科研創新實踐過程中遇到問題、分析問題，促使學生培養獨立自主思考問題的能力，也提升了學生處理問題的能力。科研創新實踐是學生探索未知的一個載體，有利于拓展思維、打開新世界，與新工科建設背景下的培養目標相符，并為學生真正成為科研人奠定基礎。換而言之，參與科研創新實踐有助于培養學生的自主思考能力，有助于學生更好地自主發展。

2.使學生系統掌握科研創新實踐知識

能源與動力工程類專業要培養專業能力足夠強的復合型新工科技術人才，所以學生擁有過硬的專業知識和科研創新實踐知識是非常有必要的。如果學生系統掌握科研創新實踐知識或在本科階段參與科研創新實踐項目，則會對以后從事生物質能、熱能、太陽能等能源與動力工程類相關研究有很大的幫助。本科生的學習主要依托于教材，而大多數教材已不能滿足科研創新實踐的需求，落后于科研創新實踐進展，而進行科研創新實踐項目可以很容易地規避這些問題，在潛移默化中掌握科研創新實踐知識。參與科研創新實踐可以輕松掌握該研究方向的最新研究成果、方法，及時把科研創新實踐成果與理論知識相結合并總結掌握，自我的科研創新實踐知識和學科知識體系也會不斷更新發展。

3.提高教師教學質量

教師從事科研創新實踐，能夠掌握最新科研知識及研究成果，將科研創新實踐知識與教學內容相結合，可以克服學生考完就忘的惡習，拓寬學生眼界，使學生全面了解并掌握學科專業內容，更好地滿足社會的需求。如果教師只是一味地按照課本或PPT講解，這樣的課堂不僅無味枯燥，而且會因為跟不上信息化背景下科研發展步伐，導致學生學習到的知識與專業發展脫節。教師把科研知識貫穿于課堂，有助于學生了解本專業的前沿知識，激發學生對科研的向往，為學生進入實驗室并參與科研創新實踐打下基礎。學生將在科研創新實踐過程中遇到的問題及時反饋給老師，老師又可以把問題放在課堂上講解，在解決學生問題的同時激發了學生參與科創的積極性，形成一個系統的良性循環。

教學成果體現在學生的學習上。在信息快速發展的今天，學生可以通過多種渠道獲取資料，利用科研激發學生主動翻閱文獻，提高對科研的興趣。高校檢測試題皆由本專業教師參與出題，為保證課程通過率，測試題難度適中。但學生參與科研項目后，能有效提升對專業知識的深度掌握。在實驗過程中學習到課堂上從未接觸過的知識，在科研中結合理論知識進行教學，做到科研中有教學、教學中有科研，教師的科研與教學任務兩不誤。因此，科研對教學效果及教學質量的提升都有很好的幫助，不僅能夠豐富教學內容還能提升教學質量。

4.提高學生的創新能力

傳統的教學模式單一乏味，課程內容抽象不具體，學生對學習提不起興趣;高校科研實驗室開放性不高，導致本科學生科研創新實踐參與率低，科研實踐平臺利用受限，這些都不利于培養大學生的創新能力。如果大學生參與了科研，以上情況就可以迎刃而解。科研創新實踐是培養學生創新能力和主動學習能力的有效途徑。學生加入科研小組能夠在實驗探索中開發學生的創新思維，激發學生的求知欲，學生個人在本團隊中發揮相應的作用，這就要求學生獨立學習，使他們突破原有的知識范圍，主動圍繞某一知識點積累可以利用的知識，面對困難，勇于挑戰，通過富有挑戰性和創新性的科研創新實驗磨練自我，培養學生主動學習及創新的能力[7]。

能源與動力工程類專業對學生使用計算機軟件有一定要求。傳熱學、流體力學等專業基礎課程對數據處理能力要求很低，教材經過簡化處理，對學生的計算能力一般不作為考察內容，學生自覺性不高，不會使用專業相關軟件，會對日后發展造成一定影響。在科研活動中，實驗結果需要進行處理分析，必須運用計算機軟件。學生通過參與科研能夠熟練運用專業相關計算機軟件，從而提高學生的學習能力。

三、教學改進措施

能源與動力工程類專業現有的課程教學已經不能滿足新工科發展的需求，課程教學改革勢在必行。以科研促進教學，以科研促進學習不失為一種有效途徑，構建能源與動力工程類專業“四年制科創法”教育實踐體系有利于改進現有課程教學。

1.提高師資素質

一項廣泛的調查報告顯示，教師教學的創新性很大程度上取決于教師自身對創造力的掌握[8]。高校教師既是理論知識的傳播者也是科研創新實踐的引導者，教學與科研創新實踐是教師的兩大職責任務。作為知識的傳播者，要求教師牢固掌握理論知識，具有較高的綜合素質和學習能力，這樣才能把知識有效地傳遞給學生。作為科研創新實踐的引導者，要求教師有實踐探索能力與創新性思維，擁有自己的科研方向，能夠引領和指導學生參與科研，利用科研創新實踐提升自我的教學質量。

2.拓展教學模式

能源與動力工程類專業課程往往內容繁多復雜，學生經常感到枯燥難懂，容易產生“人在心不在”的情況。Uerz等人[9]研究發現，隨著技術的進步，學生期望教師運用新的教學技術來進行知識的傳遞。

教學活動不僅是要把知識傳授給學生，同時還需要傳授和示范技術的使用、教學理念和教學策略等[9]。在互聯網和多媒體時代背景下，傳統的教學模式已不再適用“00”后這一批大學生，大學生也是網民中的重要一部分[10]。以互聯網為背景，借助于最新科技，將網絡教育、翻轉課堂等先進的教學理念融入教學實踐中，抓住大學生普遍運用網絡這一特點，利用網絡開放課程等，讓學生隨時隨地都可以學習，實現“學習自由”;通過媒體平臺，大大提高學生參與學習的積極性，讓學生在刷手機的過程中完成學習，培養學生的綜合能力和個性化發展[11]。利用互聯網平臺對教學模式做出轉變，探索適合當代大學生發展的教學模式，在新模式下汲取學生的建議，不斷改善，實現教學模式的轉變，使學生更愿意去學習。

3.加強科學研究與教學的結合

在新工科建設背景下，能源與動力工程類專業要培養能夠適合國家發展的新型人才，這一特征要求科學研究與教學必須相結合。能源與動力工程類專業學科交叉性強、綜合性高，這使得該專業研究方向廣泛，科研與教學相互作用，構成科研與教學的可持續發展。

科研與教學的結合需要教師加強個人意識，有意識地將科研與教學相結合，啟發學生、鼓勵學生、引導學生參與科研，而不是一味地進行理論知識教學[12];教授同一門課程的教師研究方向可能存在差異，因此可以形成“多教一”的教學模式，也就是多位教師分階段對同一門課程授課，教師在授課中結合自己的研究方向進行講述，學生可以在一門課程中了解到不同的科研方向，吸引學生參與科研。高校還可以定期舉行校內外教授的講座，通過報告會、交流會等形式，拉近教授與學生之間的距離，近距離地分享學科發展前沿的動態。這不僅能激發學生對科研知識的求知欲，更能在校園內形成濃厚的科研創新氛圍。

結合能源與動力工程類專業特點與課程安排，調整學生理論課與實驗課比例，在不影響授課的基礎上盡可能安排實驗課，讓學生真真切切體驗到實驗的樂趣;專業教師應根據實際授課情況討論交流，選擇合適的實驗課程的相關課題，以課程要求及學生興趣作為重要參考依據，通過實驗課程激發學生對科研創新的探索欲，從而提升教學質量和教學效果。

4.結合創新類競賽

能源與動力工程類專業的專業特點決定該專業的研究方向廣泛，學生有很多校級、省級及全國性的相關創新創業類競賽可以參加。這些競賽參與人數多、競爭激烈，對學生未來的發展會有極大的幫助，但學生對于參賽流程、要求不了解，缺乏創新能力、對自我不夠自信等原因影響了學生參加創新類競賽的積極性。參加創新類競賽前期需大膽想象，在教師的指導下確立項目方向，對項目進行一定的預設，在這個過程中可以激發學生的創新思維;中期可以使學生積極參與科研，促使學生建立完善系統的知識體系，對專業知識掌握得更加牢固;后期研究出科研成果，鍛煉了學生實踐操作能力，更提升了學生對專業知識的全方面掌握。參加競賽的過程，學生要克服壓力和緊張，從而能夠磨練意志;并且，競賽評委老師多為某領域的專家，會對參賽項目進行指導或提出建議，學生可以借此對自我能力有一個清晰的認識;在科研上取得的結果得到認可，會使學生更有信心繼續進行科研，形成正向循環。高校與教師應鼓勵學生參加競賽，更好地實現復合型高素質人才培養目標[13]。

參加創新類競賽不僅有助于提高學生的專業素養和專業能力，也有利于教師教學質量的提升。教師通過帶領學生參與科研、參加競賽，自身科研能力也有所提升;引導學生查閱文獻、總結經驗，掌握現有的科研結論，學生不僅提升了自身水平，也可以幫助教師自身減輕科研壓力。以創新類競賽活動建立符合新工科要求的創新型人才培養模式，可以提高教師與學生的論文寫作能力，豐富學生的在校經歷。

通過創新競賽與教學活動相結合，可以讓學生體驗到從教學活動的被動接收到主動講解，從而更好地學習理論知識。能源與動力工程類專業學生可以根據學生興趣而自主選題，如生物質能發電系統、太陽能發電系統、風力發電系統、蓄冷系統、蓄熱系統、智能電網系統等;根據自己的項目選擇創新競賽，如全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽、中國可再生能源學會大學生優秀科技作品競賽、全國大學生農業建筑環境與能源工程相關專業創新創業競賽、“挑戰杯”全國大學生學術科技作品競賽等多種競賽。參賽過程中，需要對設計作品的設計理念、運行狀況等進行闡述，這需要團隊成員對項目有足夠的了解，對學生專業知識也是一項考量。無論是哪種比賽，只要投入精力去做，比賽過程就是一個學習的過程。

5.調整年級教學方案

能源與動力工程類專業本科階段課程多、課時少，調整教學方案對科研有一定的促進作用。該專業在大一時主要學習基礎課，重在促使學生順利完成學習方式的轉變，適應大學生活，但學生在此期間大都還沒有接觸到專業知識，正處于人生的迷茫期，進行科研明顯缺乏能力。大二期間除了學習基礎課外，會學習工程熱力學、傳熱學專業基礎課，從而打下一定的專業基礎，但大量的課程導致學生有較少課余時間，學生在理論課程中花費時間較多，所以在科研上就顯得有心無力。大三時，學生學習專業核心課程，對本專業發展有了清晰的認識，部分院校還專門開展試驗分析相關課程，此時的專業課程還是較多，加入科研也只會是少部分同學，尤其是大三下學期對未來發展已有規劃的學生，更愿意把時間精力花費在備考和實習上。大四時期，課程很少，學生的自由時間很充足，但此時學生進行科研略遲，除保送研究生的學生愿意進行科研外，大部分學生更愿意去應對考研和畢業相關事項。由此看來，科研參與度與教學方案有很大的聯系，調整年級教學方案具有一定的必要性。

在大一新生初入校園時，在幫助學生適應新環境的同時開設創新創業類課程，教師在講解基礎課時也要有意識地培養學生創新探索精神，為將來投入科研做好準備;大一下學期可以開展一門專業基礎課程，使學生提前了解專業趨勢發展，以備盡早有能力參與科研;大二課時可適當縮短，有助于給學生提供更多自由時間投入科研;大三時，學生要注重專業創新能力的提高，教師要引導學生參與科研，為日后深造或就業提供更優良的條件;大四時要多關注有保研意向的學生，幫助學生順利畢業并且在科研上給予指導。針對學生在參與科研中遇到的問題調整教學方案，給予幫助支持，為學生積極投入科研做好準備。

在現有的以理論教學為主的教學方案中，將科研、創新競賽等活動融入四年大學生學習中，從而讓大學生在學習理論知識的同時，掌握理論知識在實踐生產中的應用，更早地適應社會發展的需求。大一時，開設創新創業類課程，培養大學生創新意識。大二時，著重培養大學生實驗操作能力，開設實驗課堂并開展科創活動，逐步培養學生自己的創新方向。大三期間，鼓勵學生組建團隊，參加創新競賽。大四期間，指導大學生獨立完成實驗，并撰寫本科畢業設計。

大學生培養方案決定了大學生的培養質量，因此制定合理的培養方案具有重要的意義。能源與動力工程類專業更加需要結合本專業特點，盡早開展科研、創新競賽等活動。大學生課程中可以固定每周設定一次創新課程，有相關導師或者學生團隊導師開展創新教學活動，每個學期固定一周時間進行創新活動實踐，同時把科創活動作為一種校園文化活動在校園內宣傳，真正將創新實踐落實到位。

四、結語

新工科建設背景下，要求培養實用型、創新型、發展型等綜合型人才，傳統的教學思路已經不能滿足人才培養的要求。要以新工科發展要求為方向，努力培養社會需用人才。“四年制科創法”可以有效改變能源與動力工程類專業發展現狀，不僅可以改變原有教學模式的局限性，提高教學質量，而且能夠促使學生主動學習、積極思考、系統掌握專業知識。結合時代發展積極探索新的教學方法，努力將科研、創新競賽與教學相結合，通過提高教師素質、加強科研與教學結合等方式改進教學措施，培養適合國家和社會發展需要的人才。

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[責任編輯：楊裕南]