復(fù)雜形勢(shì)下能源與動(dòng)力工程教學(xué)改革探索

陳一哲，向文鳳，王 輝

（武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，武漢 430070）

2020年9 月22 日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上提出，中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。為響應(yīng)黨中央的號(hào)召，中國各行各業(yè)、方方面面都在用實(shí)際行動(dòng)為實(shí)現(xiàn)碳中和貢獻(xiàn)自己的一份力量。而其中最讓人記憶深刻的莫過于2022 年北京冬奧會(huì)的點(diǎn)火儀式，這是百年奧運(yùn)史上第一次沒有點(diǎn)火動(dòng)作，沒有熊熊燃燒的火炬塔的點(diǎn)火儀式，如此低碳環(huán)保的點(diǎn)火儀式，是中國人用實(shí)際行動(dòng)向世界傳達(dá)出實(shí)現(xiàn)碳中和的決心。受新冠感染疫情和國際局勢(shì)影響的2022 年中國經(jīng)濟(jì)增長放緩，如圖1 所示。而汽車行業(yè)作為國家經(jīng)濟(jì)增長的支柱產(chǎn)業(yè)之一，受疫情影響加上油價(jià)上漲，傳統(tǒng)燃油車銷量呈下跌走勢(shì)。蔚來、理想、小鵬等造車新勢(shì)力的入場(chǎng)，還有特斯拉、比亞迪等老牌的新能源汽車憑借品牌和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)搶占市場(chǎng)，受疫情和政策影響，其發(fā)展也到了不得不轉(zhuǎn)型升級(jí)的時(shí)刻。市場(chǎng)份額此消彼長，傳統(tǒng)汽車行業(yè)向新能源、電動(dòng)化、智能化、輕量化的轉(zhuǎn)型迫在眉睫[2]。

圖1 國內(nèi)生產(chǎn)總值增長速度（季度同比）

值此百年未有之大變局，能源行業(yè)、汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)正處于黃金時(shí)期，對(duì)具備自主創(chuàng)新能力的能源與動(dòng)力工程專業(yè)人才需求劇增，反觀高校能源與動(dòng)力工程專業(yè)培養(yǎng)的人才，無論是數(shù)量方面還是質(zhì)量方面都離市場(chǎng)需求有一定差距。因此，基于當(dāng)前復(fù)雜的國內(nèi)國際形勢(shì)以及國家戰(zhàn)略需求，能源與動(dòng)力工程專業(yè)的教學(xué)需要做出與之相應(yīng)的變革。

一 能源與動(dòng)力工程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）專業(yè)總體情況簡(jiǎn)述

汽車工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）能源與動(dòng)力工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“本專業(yè)”）有著悠久的辦學(xué)歷史，始于1958 年創(chuàng)建的武漢工學(xué)院，1970 年設(shè)置了內(nèi)燃機(jī)專業(yè)，1998 年更名為熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，見證了國家動(dòng)力機(jī)械行業(yè)的發(fā)展歷程，曾先后為我國拖拉機(jī)、摩托車、商用車、乘用車以及新能源汽車行業(yè)培養(yǎng)了一大批人才，為新中國現(xiàn)代化建設(shè)添磚加瓦。2012 年，本專業(yè)從原熱能與動(dòng)力工程正式更名為能源與動(dòng)力工程。

現(xiàn)階段，我院能源與動(dòng)力工程專業(yè)仍然致力于傳統(tǒng)能源的高效利用和新能源的開發(fā)，研究熱能、光能、動(dòng)能及勢(shì)能等能量形式向機(jī)械能、電能等形式轉(zhuǎn)化或逆轉(zhuǎn)化的過程，以及研究實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)化過程的設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的理論與技術(shù)。課程體系涉及力學(xué)、熱學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)及制造等。特色課程為汽車動(dòng)力裝置控制管理系統(tǒng)、汽車動(dòng)力系統(tǒng)創(chuàng)新綜合設(shè)計(jì)、電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)理論與控制、汽車新能源及其動(dòng)力裝置、燃料電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、氫能汽車及其關(guān)鍵技術(shù)等。

在招生時(shí)按照機(jī)械類（車輛）大類統(tǒng)招，進(jìn)行為期一年的通識(shí)課程學(xué)習(xí)后進(jìn)行專業(yè)分流。大一學(xué)年的課程基本和機(jī)械類課程類似，不同點(diǎn)僅在于專業(yè)導(dǎo)論，大二學(xué)年課程開始偏向?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程，而專業(yè)課程大多集中在大三學(xué)年和大四第一學(xué)期，教學(xué)進(jìn)程如圖2 所示。

圖2 能源與動(dòng)力工程專業(yè)課程教學(xué)進(jìn)程圖

（二）課時(shí)壓縮問題

科技的發(fā)展促使了各類學(xué)科的興盛，各個(gè)專業(yè)要學(xué)的內(nèi)容越來越多，然而上課的時(shí)間是有限的。這就導(dǎo)致當(dāng)前很多專業(yè)都存在著不同程度的課時(shí)壓縮問題。例如，本專業(yè)流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)這3 門課，不僅有理論深度，還涉及多種工程應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)公式一個(gè)接著一個(gè)，但理論學(xué)時(shí)都只有28 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4 學(xué)時(shí)，總共32 學(xué)時(shí)。但是諸如流動(dòng)模型、傳熱模型以及N-S 方程這些知識(shí)，沒有系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)和練習(xí)，光是理解起來都很困難，更不用說是掌握知識(shí)，很顯然28 學(xué)時(shí)是不夠的。但是由于課時(shí)受到壓縮，這些課程往往只能挑幾章進(jìn)行學(xué)習(xí)，導(dǎo)致絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)相關(guān)概念都是一知半解。

（三）理論知識(shí)豐富，實(shí)踐機(jī)會(huì)不足

本專業(yè)大部分課程為理論學(xué)習(xí)，動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)集中在工程實(shí)訓(xùn)和發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)習(xí)中，最后還有一個(gè)生產(chǎn)參觀實(shí)習(xí)，動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)相當(dāng)有限。但是，一個(gè)動(dòng)力總成，如何從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到投入使用，中間需要經(jīng)過哪些步驟，不是說簡(jiǎn)單學(xué)學(xué)理論、看看生產(chǎn)過程就可以解決所有的問題。實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問題，遠(yuǎn)比書本上所列舉的要多，只有解決了這些看似低級(jí)的問題，才能將理論知識(shí)與實(shí)踐聯(lián)系到一起，豐富學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（四）課程設(shè)計(jì)未起到預(yù)期效果

課程設(shè)計(jì)本意是進(jìn)一步鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，將先修知識(shí)與本課程所學(xué)知識(shí)在設(shè)計(jì)中加以綜合運(yùn)用，掌握一般的設(shè)計(jì)方法和步驟、樹立正確的設(shè)計(jì)思想。例如本專業(yè)有減速器、發(fā)動(dòng)機(jī)等課程設(shè)計(jì)，往屆學(xué)生都做過的東西，內(nèi)容都是重復(fù)的[3]，很多學(xué)生為了完成任務(wù)直接就是找來前人的課程設(shè)計(jì)直接交差；更有甚者，還有專業(yè)團(tuán)隊(duì)從事課程設(shè)計(jì)代做的生意，不乏有大批學(xué)生光顧。

二 改革探索的目標(biāo)

面對(duì)西方國家在技術(shù)上“卡脖子”的境況，以“適應(yīng)能力強(qiáng)、實(shí)干精神強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)”為目標(biāo)，培養(yǎng)理想信念堅(jiān)定、道德品質(zhì)優(yōu)秀、素質(zhì)能力卓越，具有強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感和國際視野，適應(yīng)國家能源及動(dòng)力系統(tǒng)科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，勝任能源及動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、試驗(yàn)、制造等領(lǐng)域工作的拔尖創(chuàng)新人才和支撐行業(yè)發(fā)展的卓越工程技術(shù)人才。最終的目的是使培養(yǎng)的人才能夠反哺我國亟待改革升級(jí)的能源及動(dòng)力行業(yè)。

三 改革措施

（一）必要的引導(dǎo)

國內(nèi)的教育教學(xué)模式使很多學(xué)生在初高中階段喪失了很多自由玩耍的時(shí)間，揠苗助長使很多學(xué)生產(chǎn)生了極度的厭學(xué)心理，高中階段迫于學(xué)校家庭的壓力還能勉強(qiáng)學(xué)習(xí)，但到了大學(xué)階段就徹底放飛自我了。大學(xué)生相較于高中生最本質(zhì)的區(qū)別不是說成年與未成年的區(qū)別，而是學(xué)習(xí)方面完全靠自覺，自由支配時(shí)間充足。倘若沒人干預(yù)，就會(huì)有很多學(xué)生將時(shí)間浪費(fèi)在與學(xué)習(xí)無關(guān)的事情上。所以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)是必要的。

筆者認(rèn)為，大學(xué)生涯規(guī)劃是有助于個(gè)人成長的。當(dāng)然，不是說簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單修一門大學(xué)生涯規(guī)劃課就完了。真正的大學(xué)生涯規(guī)劃，是從個(gè)人理想出發(fā)，聯(lián)系實(shí)際情況。比如有些人從進(jìn)入大學(xué)就立志保研，那么不僅需要在各類功課上下足功夫，還需要找到適合的老師或者學(xué)長，學(xué)習(xí)積累一些科研經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然能發(fā)論文是最好的，或者是走競(jìng)賽的道路；或有人就想著大學(xué)畢業(yè)趕緊工作，那么需要了解什么樣的個(gè)人簡(jiǎn)歷最能從人群中脫穎而出，需要有一定的語言能力，面對(duì)陌生人有侃侃而談色不改的本領(lǐng)，充足的專業(yè)技能。卓有成效的是我們很多大二大三的學(xué)生，現(xiàn)在都能主動(dòng)積極地聯(lián)系老師，挑戰(zhàn)一些科研課題，豐富自己的大學(xué)生涯。

另外，專業(yè)認(rèn)同也很重要。學(xué)生剛?cè)雽W(xué)時(shí)，學(xué)院都會(huì)稱呼他們?yōu)槲磥淼钠嚾耍》觌娪啊蹲冃谓饎偂反蠡穑械膶W(xué)生當(dāng)時(shí)都對(duì)自己的專業(yè)充滿期待。火箭上天、艦船下海、原子彈氫彈試爆成功，是無數(shù)人在平凡崗位辛勤耕耘的總和，只有心理上對(duì)專業(yè)認(rèn)同，工作起來才事半功倍。我院發(fā)揮校友會(huì)的優(yōu)勢(shì)，邀請(qǐng)了許多優(yōu)秀校友向剛踏入大學(xué)校園的新生分享自己的教育工作經(jīng)歷，增強(qiáng)專業(yè)認(rèn)同的同時(shí)又起到了職業(yè)規(guī)劃的引導(dǎo)作用。

（二）拒絕“水課”，課時(shí)用在刀刃上

前文提到了很多課程課時(shí)被壓縮問題，既然課時(shí)如此寶貴，那么教師和學(xué)生都應(yīng)該抓緊寶貴的學(xué)時(shí)進(jìn)行教學(xué)學(xué)習(xí)。教師授課時(shí)不能簡(jiǎn)單地念PPT，這是一個(gè)最起碼的要求。多媒體教學(xué)、智慧課堂不是簡(jiǎn)單對(duì)著PPT 講就行了，也不是把課件做得多么精美華麗、中間動(dòng)畫過場(chǎng)多么流暢，課件這些只是輔助教學(xué)使用的，真正起到靈魂作用的是教師和學(xué)生這兩個(gè)主體。教師在課堂上講授的知識(shí)逐層深入，條理清晰，舉的例子生動(dòng)形象，課堂上要有反響，不能只有一個(gè)人唱獨(dú)角戲，沒有反饋老師難以知道學(xué)生到底有沒有掌握所授內(nèi)容[4]；反觀學(xué)生，上課時(shí)做到基本的尊重教師，尊重課堂，尊重自己，積極參與到課堂中來，緊跟教師的節(jié)奏，這是作為學(xué)生的基本素質(zhì)。

基本上所有教師在講授理論課程時(shí)，對(duì)于重要的理論公式推導(dǎo)，都是極為看重的，掌握知識(shí)理論推導(dǎo)必不可少。作為后來者，我們就是站在巨人肩膀上來學(xué)習(xí)這些公式，相較前人我們已經(jīng)占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)，我們不僅要知其然還要知其所以然，所以教師在對(duì)于難度比較大的理論推導(dǎo)進(jìn)行講解時(shí)，能夠做到深入淺出，引導(dǎo)學(xué)生自行推導(dǎo)公式，甚至總結(jié)歸納，往往頗受學(xué)生好評(píng)。比如在講燃燒學(xué)時(shí)，教師引導(dǎo)著學(xué)生對(duì)傳熱傳質(zhì)進(jìn)行了理論公式的推導(dǎo)，一旦親自推導(dǎo)之后，自然會(huì)發(fā)現(xiàn)傅里葉導(dǎo)熱定律和菲克擴(kuò)散定律以及傳質(zhì)定律也可以做到數(shù)學(xué)形式上的統(tǒng)一，更加便于總結(jié)和掌握。

（三）知識(shí)體系與時(shí)俱進(jìn)

五菱汽車之所以深受人民青睞是因?yàn)槿嗣裥枰裁次辶饩驮焓裁础Ｄ敲礊槟茉春推囆袠I(yè)輸送人才的能源與動(dòng)力工程專業(yè)就必須時(shí)刻掌握行業(yè)的人才需求。當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是新能源化、電動(dòng)化、智能化。那么整個(gè)教學(xué)構(gòu)成也需要適時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，從前沿技術(shù)出發(fā)，培養(yǎng)有關(guān)新能源、電動(dòng)汽車以及無人駕駛等底層架構(gòu)的人才。從一開始的專業(yè)導(dǎo)論，就需要對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行引入，如前沿技術(shù)，從提出到落地實(shí)施，日新月異，而書籍滯后情形則較為嚴(yán)重，教師對(duì)前沿科技的了解比學(xué)生要深入，所以需要教師經(jīng)常向?qū)W生分享一些比較新的前沿技術(shù)，或者鼓勵(lì)學(xué)生課堂翻轉(zhuǎn)來分享自己查閱到的相關(guān)的前沿知識(shí)，潛移默化地引領(lǐng)學(xué)生時(shí)刻關(guān)注科技前沿，培養(yǎng)好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

不僅如此，課堂還需要與課程思政緊密相連。值此中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時(shí)期，意識(shí)形態(tài)和輿論的陣地不能丟。青年人是熱血的，也是容易被帶偏的，作為受高等教育的青年，要具有明辨是非的能力，不要被別有用心之人裹挾。因此，課程思政不是簡(jiǎn)單的課前聊兩句國際局勢(shì)、拍幾張照片，課后寫幾篇感想就行了，這樣不僅生硬、耽誤正常教學(xué)安排，還會(huì)引起學(xué)生的反感。當(dāng)前社會(huì)正處于一個(gè)急功近利的階段，受短期功利主義的價(jià)值取向影響較大，因此，堅(jiān)定學(xué)生的理想信念，端正其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，顯得尤為重要。比如本專業(yè)的流體力學(xué)，工程實(shí)踐意義重大，但CFD 軟件這些工業(yè)軟件，主流的基本全為外國軟件，課程思政完全可以以此為切入，闡述當(dāng)前國際的先進(jìn)水平以及國內(nèi)現(xiàn)狀，探究形成當(dāng)前現(xiàn)狀的原因，引導(dǎo)學(xué)生思考應(yīng)當(dāng)怎么做。你我都是熱血青年，都曾有著遠(yuǎn)大的理想，只是十幾年的求學(xué)和高速發(fā)展的社會(huì)讓你我都被這紛紛世事所牽絆，所以要通過課程思政來明大德、知大勢(shì)、立大志、干大事[5]。

（四）充分發(fā)揮學(xué)校車隊(duì)等平臺(tái)實(shí)踐作用

競(jìng)賽是大學(xué)期間能夠?qū)嵺`和提升自己的機(jī)會(huì)，我們要充分利用我院乃至學(xué)校的各種資源，比如我院的車隊(duì)，以及各種級(jí)別的科研基地、實(shí)驗(yàn)中心都是很好的平臺(tái)，有著大量的實(shí)踐機(jī)會(huì)。比如在車隊(duì)中，我院配備優(yōu)秀的指導(dǎo)教師，還有經(jīng)驗(yàn)豐富的老隊(duì)員帶領(lǐng)新隊(duì)員開展各項(xiàng)工作，車隊(duì)的諸多工作能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、動(dòng)手實(shí)干能力，對(duì)今后的工作或者研究都有很多幫助。另外，學(xué)院的零部件、燃料電池實(shí)驗(yàn)室等有一大批優(yōu)秀的教師和海量的科研資源，有想法的學(xué)生完全可以借助這些平臺(tái)來開闊自己的眼界，申請(qǐng)一些力所能及的科研項(xiàng)目，鍛煉自己的實(shí)踐能力[6-7]，為后續(xù)的工作或者科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（五）課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新

本專業(yè)課程設(shè)計(jì)通常是按要求做個(gè)撥叉或者按規(guī)定功率轉(zhuǎn)速做個(gè)離合器、曲軸、連桿等就可以了，每年都是大同不異，目的就是為了讓學(xué)生掌握代表性零件或者總成的總體設(shè)計(jì)、主要零部件圖和裝配圖的繪制、設(shè)計(jì)說明書的編寫等流程。既然如此，不如從解決實(shí)際問題出發(fā)，例如有缺陷的產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)或者產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)之類的題目，這樣學(xué)生必須把理論知識(shí)和實(shí)際情況聯(lián)系起來，前期需要查詢數(shù)據(jù)，后面還需要考慮強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制造工藝，真正做到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)際工程應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)出理論知識(shí)扎實(shí)，又具備工程能力的人才。

四 結(jié)束語

當(dāng)前，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，世界局勢(shì)云譎波詭，變化莫測(cè)如何培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、實(shí)干能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)的學(xué)生，已經(jīng)成為能源與動(dòng)力工程教學(xué)改革的焦點(diǎn)。本文結(jié)合武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院能源與動(dòng)力工程專業(yè)實(shí)際情況，就當(dāng)前復(fù)雜的國內(nèi)國際形勢(shì)進(jìn)行了教學(xué)改革探索，對(duì)能源與動(dòng)力工程相關(guān)專業(yè)的教學(xué)改革有一定啟示作用。