新工科視域下特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)模式探索與實踐

賈 瑛 呂曉猛 金國鋒 黃智勇 沈可可

火箭軍工程大學(xué)特種燃料化學(xué)與材料技術(shù)陜西省重點實驗室，陜西 西安 710025

隨著科學(xué)與技術(shù)的革命性創(chuàng)新，建設(shè)與發(fā)展新工科已經(jīng)成為我國高等教育的迫切任務(wù)。新工科建設(shè)的核心任務(wù)是要把人才培養(yǎng)的新能力建設(shè)作為重點，把培養(yǎng)適應(yīng)未來國家國防和經(jīng)濟建設(shè)需要的高素質(zhì)創(chuàng)新人才作為目標(biāo)。特種能源技術(shù)與工程專業(yè)是隨著社會高速發(fā)展、科技水平持續(xù)進步，特別是在國防和軍工建設(shè)發(fā)展要求全方位提高的大背景下，為適應(yīng)經(jīng)濟社會、國防軍工科技發(fā)展需要而開設(shè)的新興專業(yè)，并隨著時代進步和武器裝備的發(fā)展不斷更新與變化，具有典型的跟隨時代變革而發(fā)展的開創(chuàng)性，對推動國防軍事和航空航天技術(shù)進步具有不可替代的作用。

特種能源技術(shù)與工程專業(yè)作為典型的新興的武器裝備類新工科專業(yè)，其專業(yè)課程主要學(xué)習(xí)和掌握特種能源技術(shù)與工程專業(yè)必需的含能材料（如火炸藥、火工品、推進劑等）的基礎(chǔ)理論、基本知識和實踐技能，具備在航空航天、裝備兵工、軍事武器和其他相關(guān)含能材料領(lǐng)域從事特種能源技術(shù)與工程生產(chǎn)設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、性能測試和安全管理等工作崗位的創(chuàng)新與應(yīng)用能力，具有多學(xué)科交叉性強、應(yīng)用實踐多、動手能力要求高、創(chuàng)新驅(qū)動性顯著等新工科專業(yè)的主要特征。特種能源技術(shù)與工程專業(yè)課程涉“毒”涉“毒”，不安全因素多，危險性大。目前國內(nèi)開設(shè)該專業(yè)的普通本科高等院校共有六所，以某地方高校為例，其特種能源技術(shù)與工程專業(yè)課程包括火炸藥理論、火工品原理與設(shè)計、火工品性能測試、炸藥合成、火炸藥應(yīng)用技術(shù)等理論與實踐課程。炸藥、雷管、導(dǎo)火索等為爆炸危險品。該類專業(yè)因涉“毒”涉“毒”導(dǎo)致課程教學(xué)存在著不同程度“重理論、輕實踐”現(xiàn)象，實驗實踐在教學(xué)體系中分量不足。涉“毒”涉“爆”危險專業(yè)普遍缺乏實踐機會，學(xué)生深入接觸科研機會少，教學(xué)與科研缺乏深度融合等問題亟待解決。

我校是目前唯一開設(shè)特種能源技術(shù)與工程專業(yè)的高等軍事院校，專業(yè)課程設(shè)置以液體推進劑和固體推進劑等特種能源為背景，涵蓋特種能源生產(chǎn)、運輸、使用、貯存、污染和應(yīng)急處置等全周期過程。本文以火箭工程大學(xué)（以下簡稱我校）特種能源技術(shù)與工程專業(yè)為例，結(jié)合“特種能源使用與安全”教學(xué)團隊建設(shè)，針對如何抓住大力發(fā)展新工科的歷史機遇，通過理論與實踐深度融合、教學(xué)與科研創(chuàng)新融合、知識與應(yīng)用交叉融合等三個維度教學(xué)模式融合創(chuàng)新實踐，探索實現(xiàn)特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)模式創(chuàng)新發(fā)展的途徑。

一、深化專業(yè)實踐教學(xué)模式頂層設(shè)計，著力促進理論與實踐深度融合

我校特種能源技術(shù)與工程專業(yè)所涉及的特種能源具有特殊的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，其中的液體推進劑屬于易燃易爆劇毒化學(xué)品，在一定外界作用和環(huán)境條件下，能以物理化學(xué)方式釋放能量，著火爆炸危險性較大，如甲A 類易燃液體推進劑偏二甲肼，氧化性和腐蝕性極強的液體推進劑四氧化二氮、綠色四氧化二氮等。特種能源技術(shù)與工程專業(yè)課堂教學(xué)可以對特種能源的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、毒性和著火爆炸危險性等理論做深入闡述和講解，但其特殊屬性導(dǎo)致專業(yè)理論教學(xué)與具有一定危險性的實踐教學(xué)仍難以有效匹配，因而如何構(gòu)建與理論教學(xué)緊密聯(lián)系、深度融合的專業(yè)實踐教學(xué)體系是解決該課程理論聯(lián)系實踐不夠、針對性不強的有效途徑。

（一）抓好專業(yè)實踐教學(xué)模式改革頂層設(shè)計

圍繞特種能源技術(shù)與工程專業(yè)特色，緊扣新工科時代特征這個關(guān)鍵，抓好專業(yè)實踐教學(xué)模式改革的頂層設(shè)計。一是內(nèi)涵重塑。解放思想、更新觀念，利用辦學(xué)思想大討論以及教學(xué)改革的有利條件，就實踐實訓(xùn)要求和人才培養(yǎng)短板弱項等開展深入調(diào)查研究，結(jié)合新工科的主要特征和專業(yè)的國防軍事特色，找差距，補弱項，通過創(chuàng)新設(shè)計專業(yè)實踐教學(xué)體系，增大實踐教學(xué)學(xué)時比重，增設(shè)與專業(yè)發(fā)展相關(guān)的新工科特色明顯的科研類、自主類和綜合類實踐，賦予特種能源技術(shù)與工程專業(yè)新工科的時代內(nèi)涵。二是體系重構(gòu)。著眼于由知識向能力尤其是創(chuàng)新實踐和實訓(xùn)應(yīng)用能力的轉(zhuǎn)化，構(gòu)建能力提升階梯范式的專業(yè)實踐教學(xué)體系，設(shè)計了“實驗、實習(xí)、實踐、實訓(xùn)”階梯式“四步法”專業(yè)實踐教學(xué)模式，增加綜合性、設(shè)計性、自主性實踐教學(xué)比重，引導(dǎo)學(xué)員結(jié)合工程應(yīng)用和實訓(xùn)要求開展實踐教學(xué)。三是應(yīng)用賦能。對接崗位應(yīng)用需求，豐富和完善實踐教學(xué)支撐體系設(shè)計，為第一崗位任職賦能，創(chuàng)新了實訓(xùn)操作教學(xué)、原理示教教學(xué)和案例實裝教學(xué)等應(yīng)用場景環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了專業(yè)實踐教學(xué)體系與實訓(xùn)應(yīng)用操作的無縫對接，賦予實踐教學(xué)目標(biāo)及效果更強的針對性和有效性。

（二）構(gòu)建功能先進的實踐教學(xué)平臺硬件體系

在前期陜西省高等院校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)基礎(chǔ)上，我校2018年又成功申報建設(shè)了陜西省特種燃料化學(xué)與材料技術(shù)重點實驗室，并以此為依托，針對專業(yè)理論教學(xué)向?qū)嵺`操作轉(zhuǎn)換過程中存在的問題，如部分學(xué)生心理沖擊較大、畏懼情緒和抵觸心理明顯、實踐過程以模擬操作代替真品操作、學(xué)生實踐動手次數(shù)少等難點問題，秉承由易到難、由應(yīng)用到綜合、由原理到創(chuàng)新、由個體操作到分組指揮配合的層級遞進原則，構(gòu)建了特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)“三大實踐平臺”（基礎(chǔ)應(yīng)用實踐平臺、專業(yè)綜合實踐平臺、在線開放實踐平臺）。同時，細分建設(shè)了“七個實踐模塊”（原理示教、性能分析、安全防護、預(yù)警監(jiān)測、污染治理、應(yīng)急處置、數(shù)據(jù)建模），向?qū)W生提供“認知—基礎(chǔ)—綜合—創(chuàng)新”功能先進、層次分明的實踐教學(xué)平臺硬件體系，開拓多樣化遞進化的實習(xí)實踐和真品操作途徑，解決了理論知識傳授、個體自主學(xué)習(xí)、動手實踐操作等三方面聯(lián)系不緊密，學(xué)生真品操作認知不夠，心理壓力大等問題，有效滿足了不同年級、不同層次學(xué)生特別是復(fù)合型和拔尖人才實踐與創(chuàng)新培養(yǎng)所需的硬件實踐平臺，順應(yīng)了新工科對于學(xué)生培養(yǎng)應(yīng)用實踐多、動手能力要求高的發(fā)展要求，為學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了全過程教學(xué)條件保障。

（三）打造多層次一體化實踐教學(xué)模式

從“了解推進劑、走進推進劑、探索推進劑”三個實踐層次培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，打造多層次一體化實踐教學(xué)模式。在學(xué)生畢業(yè)工作崗位、航天工業(yè)部門和國防軍工背景院校等單位建設(shè)實踐基地，從航天科技集團、兵器工業(yè)集團等航天軍工企業(yè)、高校和研究院所的參觀實踐，到推進劑相關(guān)應(yīng)用裝備的現(xiàn)場實踐，再到實驗室進行綜合自主實驗實踐等系列實踐教學(xué)模式，形成感性認識、崗位認知、知識運用的一體化實踐能力教學(xué)培養(yǎng)模式；提升實踐教學(xué)占專業(yè)課程教學(xué)的比重，特種能源技術(shù)與工程專業(yè)實踐學(xué)時占總教學(xué)學(xué)時的比例已從2013版人才培養(yǎng)方案的18%大幅提升至2020 版人才培養(yǎng)方案的40.5%，特別是綜合性、自主性和創(chuàng)新性實踐在總實踐學(xué)時中的占比不低于70%；通過教師指導(dǎo)和學(xué)生自我調(diào)研選題相結(jié)合，實行“專題研討+預(yù)約實踐+結(jié)果評估”靈活教學(xué)機制，開展專業(yè)實踐課題的自主擬制，并合理評估自主實踐課題的創(chuàng)新度、可行性和應(yīng)用性，在此過程中鍛煉學(xué)員發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和獨立動手解決問題的能力，實現(xiàn)理論與實踐教學(xué)的有效匹配、緊密聯(lián)系和深度融合。

二、形成科研成果動態(tài)反哺教學(xué)機制，深入推動教學(xué)與科研創(chuàng)新融合

創(chuàng)新驅(qū)動是新工科視域下創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主要特征之一。教學(xué)是知識的傳承、科研是知識的創(chuàng)新，不斷用科研創(chuàng)新更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，推動教學(xué)與科研的創(chuàng)新融合，是實現(xiàn)教學(xué)和科研協(xié)同育人、創(chuàng)新育才的關(guān)鍵所在。特種能源作為火箭和航空發(fā)動機的核心動力能源，是航空航天動力技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)和源頭。如何在特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)中促進科研成果動態(tài)反哺教學(xué)，為學(xué)生提供更多創(chuàng)新實踐和自主科研的機會，是推動特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)和科研創(chuàng)新融合、培養(yǎng)符合新工科建設(shè)發(fā)展需要與國防科技創(chuàng)新需要的高素質(zhì)創(chuàng)新型軍事人才的必由之路。

（一）不斷應(yīng)用科研成果創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容

全面實時梳理特種能源專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)科研成果的技術(shù)優(yōu)勢和知識要點，不斷將本專業(yè)領(lǐng)域的科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用于創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容改革，使轉(zhuǎn)化進入教材、進入課堂、進入實踐、進入應(yīng)用（“四進入”），實現(xiàn)科研成果與理論教學(xué)、實踐教學(xué)的創(chuàng)新融合。近十年來，我校充分發(fā)揮教學(xué)和科研各自優(yōu)勢、創(chuàng)新協(xié)同育人，先后將10 余項國家、軍隊和省（部）級獎勵成果的160 余個新知識點轉(zhuǎn)化進入教材、走進課堂；“納米二氧化鈦光催化劑處理推進劑污染”等20 余個創(chuàng)新性、綜合性實驗進入專業(yè)基礎(chǔ)課程實驗和專業(yè)應(yīng)用實踐體系；根據(jù)科研成果創(chuàng)新設(shè)計的“設(shè)計問題驅(qū)動式”“科研成果融入式”“應(yīng)用案例推廣式”等教學(xué)方法和與實訓(xùn)同步的考核評價模式初見成效；結(jié)合科研成果開發(fā)原理示教系統(tǒng)樣機，能讓學(xué)生更加充分地了解特種能源教學(xué)中所蘊含的基礎(chǔ)原理和關(guān)鍵特性，提高學(xué)員對特種能源認知的深度。科研成果動態(tài)反哺教學(xué)的創(chuàng)新融合長效機制和育人良性互動環(huán)節(jié)形成閉環(huán)，較好地實現(xiàn)了以研促教、教研融合和教研相長。

（二）設(shè)立專項基金和實踐基地，鼓勵自主科技創(chuàng)新實踐

為滿足科技創(chuàng)新教學(xué)實踐活動和學(xué)科競賽需要，設(shè)立實驗室學(xué)生專項創(chuàng)新基金和高起點實踐基地，鼓勵學(xué)生開展自主科技創(chuàng)新的專業(yè)實踐。近5年我校先后資助了5批次共50個自主科技專業(yè)實踐項目，形成了學(xué)員參加自主創(chuàng)新活動的長效機制，激發(fā)學(xué)生形成可持續(xù)的創(chuàng)新能力；支持和鼓勵本科生參與本科導(dǎo)師的科研活動，早進課題、早進實驗室、早進團隊，理論和實踐教學(xué)內(nèi)容不斷創(chuàng)新，難度不斷增加，學(xué)員知識視野和高級思維不斷拓展，較好地實現(xiàn)了從教學(xué)的知識傳承到科研創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變；定期組織學(xué)員參加課外學(xué)科競賽，由學(xué)生基于實踐教學(xué)平臺中的預(yù)警監(jiān)測模塊和應(yīng)急處置模塊等自主構(gòu)建的“智能森林—火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)”等多個項目在校級和省級科技創(chuàng)新大賽中獲獎，學(xué)生在專業(yè)創(chuàng)新實踐中分析、解決實際問題的能力和可持續(xù)發(fā)展的綜合創(chuàng)新水平顯著提升，教學(xué)與科研創(chuàng)新融合、協(xié)同育人推動教學(xué)質(zhì)量效益不斷提升的優(yōu)勢作用發(fā)揮明顯。

三、持續(xù)推進教師能力建設(shè)與學(xué)生崗位需求同步，著力實現(xiàn)知識與能力交叉融合

教學(xué)的目的是傳承知識，教師的作用是在為學(xué)生傳承知識的同時，培養(yǎng)其應(yīng)用知識解決問題的創(chuàng)新能力。要正確處理知識與能力的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生樹立知識與能力并重、知識為能力服務(wù)的理念，教師必須不斷加強自身能力建設(shè)，及時了解并獲取學(xué)生崗位的知識和能力需求，將特種能源技術(shù)與工程專業(yè)知識教學(xué)轉(zhuǎn)化為學(xué)生崗位能力培養(yǎng)。

（一）注重教師隊伍教研綜合創(chuàng)新能力的建設(shè)培養(yǎng)

一是通過教學(xué)團隊集中理論學(xué)習(xí)、課程小組交流研討和集體備課、教學(xué)問題和成果定期梳理檢討式總結(jié)等方式加強相關(guān)領(lǐng)域特別是危險化學(xué)品領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和教學(xué)方法研究，建立以核心專業(yè)課為關(guān)鍵環(huán)節(jié)的體系化專業(yè)知識儲備，形成解決特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)中各種問題的能力。二是健全完善了名校進修、實訓(xùn)實踐和科研跟蹤等機制。近幾年來我校先后有10 余人次赴清華大學(xué)、國防科技大學(xué)等一流名校訪學(xué)、進修、攻讀學(xué)位和參加專題培訓(xùn)，以專業(yè)發(fā)展前沿、實訓(xùn)實踐問題和教學(xué)科研難點等為牽引培育教研綜合創(chuàng)新能力，形成年齡、學(xué)歷、學(xué)緣和能力結(jié)構(gòu)合理的師資隊伍。三是改革教師能力素質(zhì)考核評估機制，破除以課堂理論教學(xué)質(zhì)量為主的“一刀切”做法，注重知識與能力交叉融合，突出以專業(yè)理論授課為基礎(chǔ)的實踐實訓(xùn)能力綜合評價，以培育和鍛煉教師隊伍運用知識解決特種能源技術(shù)與工程專業(yè)實際問題能力為導(dǎo)向，通過問題的完整還原與剖析，實踐問題發(fā)現(xiàn)、原因剖析、對策提出、問題解決、舉一反三的過程，促進教師教學(xué)能力和學(xué)生解決實際問題能力的同步提升。

（二）突出學(xué)生崗位應(yīng)用需求的知識和能力交叉培養(yǎng)

特種能源技術(shù)與工程專業(yè)課程多，涉及推進劑種類多、環(huán)節(jié)多，知識體系較為復(fù)雜，對學(xué)生崗位能力要求較高。如液體推進劑分析課程因涉及液體推進劑種類多、分析項目多、過程復(fù)雜程度不一，工作中經(jīng)常出現(xiàn)不符合技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)果，如分析過程中空氣浮力影響分析結(jié)果、分析化驗結(jié)果質(zhì)量百分含量超“百”等問題；推進劑污染治理課程涉及液體推進劑特別是肼類燃料在環(huán)境中的復(fù)雜遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、推進劑污染治理實踐及機理探討等問題。這些典型問題，要求教師在加強自身能力素質(zhì)建設(shè)的同時，需不斷將學(xué)生工作知識和能力需求融入教學(xué)過程中，體現(xiàn)學(xué)生工作崗位能力對知識的需求，體現(xiàn)在科學(xué)知識基礎(chǔ)與崗位能力的交叉培養(yǎng)。特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)過程不僅要系統(tǒng)梳理學(xué)生工作崗位的知識需求，做好傳承，更要結(jié)合崗位能力素質(zhì)培養(yǎng)，做到傳承上的融合創(chuàng)新。

四、結(jié)語

作為典型的武器裝備類新工科專業(yè)，特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)改革積極順應(yīng)國家國防軍事領(lǐng)域大力發(fā)展和建設(shè)新工科的時代需求，圍繞新工科建設(shè)內(nèi)涵和發(fā)展要求，針對專業(yè)教學(xué)涉“毒”涉“爆”特點，持續(xù)推進專業(yè)教學(xué)理論與實踐深度融合、教學(xué)與科研創(chuàng)新融合、知識與應(yīng)用交叉融合的改革實踐，探索了新工科視域下特種能源技術(shù)與工程專業(yè)教學(xué)模式創(chuàng)新發(fā)展的途徑，為國防軍事相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)教學(xué)質(zhì)量提升和特色人才培養(yǎng)提供了有益借鑒。