新工科背景下能源動力類高校學生實驗技能培養思考

楊燕茹　王橋虹　王碩林

［摘 要］ 隨著科技的不斷進步和能源動力領域的快速發展，行業和產業在能源動力類學生須具備的實驗技能方面提出了新的要求。探討了在新工科背景下如何有效培養與提高能動類高校畢業生的實驗技能。首先，結合新工科概念分析了能源動力類高校的實驗教育目前存在的問題與須要改進的方向。其次，從策略與執行角度提出創新且可行的改進建議與方案，以為相關培養單位更好地幫助學生掌握實驗技能、提高他們的實踐能力和創新能力。

［關鍵詞］ 新工科；能源動力類；實驗技能提高

［基金項目］ 2022年度內蒙古工業大學校級課程建設項目“固體廢物處理與處置工程課程建設”（RC2200003020）

［作者簡介］ 楊燕茹（1973—），女，北京人，學士，華北電力大學能源電力創新研究院教師，主要從事實驗室管理建設和本科人才培養研究；王橋虹（1996—），男，遼寧凌海人，內蒙古工業大學能源與動力工程學院2023級動力工程專業碩士研究生，研究方向為滑移減阻耦合多尺度微結構熱沉；王碩林（1988—），男（蒙古族），內蒙古烏蘭浩特人，博士，內蒙古工業大學能源與動力工程學院熱工流體力學教學部副主任，校聘副教授（通信作者），主要從事能源動力專業本科生和研究生人才培養研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2024）07-0161-04［收稿日期］ 2023-05-15

引言

隨著科技的不斷進步與社會發展，能源動力領域已成為當今世界各國關注與競爭的重點領域。能源動力類專業畢業生的就業方向涉及燃燒、動力機械、新能源、儲能等行業與產業，上述行業與產業對學生的實驗技能均提出了較高的要求。然而，傳統的實驗教育模式在新工科背景下已經不能滿足學生的培養需求。因此，如何有效地培養能源動力類高校學生的實驗技能成為一個亟待解決的問題。本文旨在探討新工科背景下，如何有效地培養能源動力類高校學生的實驗技能，通過分析當前存在的問題和挑戰，提出新的思考和解決方法，以期能夠提高學生的實驗技能，從而加強學生的實踐能力和創新能力，為促進高校能源動力類專業學生實際應用能力的提高和能源動力領域高校的發展提供見解。

一、新工科背景下的能源動力類高校實驗教育

（一）新工科的概念和特點

隨著科學技術的不斷發展，新工科概念應運而生［1-2］。新工科是一種基于信息技術、融合多學科知識和關注學生創新能力培養的工科教育模式［3-4］。與傳統工科相比，新工科更加注重跨學科融合、實踐能力培養和創新思維培養。它致力于培養具備廣泛知識背景和跨領域合作能力的工程技術人才，能夠獨立思考、解決實際問題和面對未來挑戰。

新工科具有以下三個特點：（1）跨學科融合。新工科倡導學科間的融合與交叉，鼓勵工科與理工科、人文社科等學科之間的互動與合作。在能源動力類學科中，學生不僅須要掌握能源和動力方面的知識，還須要了解材料科學、機械設計制造、電氣工程、控制工程、環境科學等相關學科的基本原理和方法。（2）注重實踐能力培養。新工科注重培養學生的實踐能力，學生須要通過實際操作、實驗研究等實踐活動，將所學知識應用于解決實際問題。在能源動力類學科中，學生須要通過實驗教學、實習實訓等方式掌握實驗技能，了解實際工程問題的處理方法。（3）注重創新思維培養。新工科鼓勵學生培養創新思維和創新能力，學生須要具備開放性思維、跨學科思維和系統思維，能夠在實際問題中提出創新的解決方案。在能源動力類學科中，學生須要關注能源可持續發展和新技術應用，積極探索創新的能源動力解決方案。

（二）能源動力類學科的實驗教育需求

能源動力類學科是應用性較強的學科，實驗教育在其中起著重要的作用。實驗教育對學生動手能力和創新能力的培養都有很大的幫助，有利于學生鞏固理論知識。能源動力類學科的實驗教育具有以下需求。

1.實驗設備和資源需求。能源動力類學科對實驗設備和資源的需求較高，如在燃燒學實驗中需要燃燒裝置、氣體分析儀等設備［5］，在能源轉換實驗中需要發電裝置、傳感器等設備［6］。為了滿足學生的實驗需求，高校須要投入一定的經費和資源進行實驗室建設和設備更新。

2.實驗項目的多樣性需求。能源動力類學科實驗項目的多樣性較高，學生須要進行基礎實驗、綜合實驗和創新實驗等不同類型的實驗項目。基礎實驗可以幫助學生掌握基本的實驗技能和方法，綜合實驗可以將多學科知識進行融合應用，創新實驗可以培養學生的創新思維和創新能力。

3.實驗技能培養的需求。能源動力類學科的實驗技能培養對學生的能力提出了要求，學生須要掌握實驗設計、儀器操作、數據處理和結果分析等實驗技能。對學生進行實驗技能的培養，不只是為了學生能夠熟練操作實驗設備。僅僅掌握教學使用的儀器操作不是實驗教學的目的，更重要的是讓學生能夠在實驗中發現問題、解決問題，培養學生的實踐能力、自主解決問題能力和創新能力。

（三）學生實驗技能培養的重要性

實驗技能是能源動力類學生必備的基本能力之一。培養學生的實驗技能具有以下重要性。

1.提高實驗過程的把控能力。良好的實驗技能可以提高學生對實驗過程的把控能力。學生能夠熟練操作實驗設備，準確測量數據，合理處理數據并分析結果。這樣可以保證實驗的準確性和可靠性，提高實驗的效果和可重復性。

2.培養觀察力和分析力。實驗技能的培養可以提高學生的觀察力和分析力。學生在實驗過程中須要仔細觀察現象、分析數據，并結合理論知識進行解釋。通過實驗，學生可以更深入地了解能源動力領域的實際問題，掌握分析和解決問題的能力。

3.培養實踐能力和創新能力。實驗技能的培養不僅僅是為了掌握實驗操作的技巧，更重要的是培養學生的實踐能力和創新能力。在實驗過程中，學生須要發現問題、提出假設、設計實驗方案，并從實驗中得出結論。這樣可以培養學生獨立思考、解決問題的能力，為未來的科研和工程實踐打下基礎。

（四）實驗教學模式改革的必要性

針對新工科背景下能源動力類高校學生實驗技能培養的需求，傳統的實驗教學模式存在一定的不足。因此，實驗教學模式的改革勢在必行。

1.單一的實驗教學模式無法滿足要求。傳統的實驗教學模式通常采用“教師講解、學生操作”的方式，學生的實踐經驗相對較少。這種單一的實驗教學模式無法滿足新工科背景下對學生實踐能力和創新能力的要求。學生需要更多的機會參與到實驗設計和實驗過程中，培養獨立思考和解決問題的能力。

2.學生對實驗技能的認識和態度問題。部分學生對實驗技能的認識存在偏差，認為實驗只是一個煩瑣的操作過程，缺乏對實驗技能的重視。這導致學生在實驗中缺乏主動性和創造性，只是機械地完成實驗任務，無法真正掌握實驗技能。因此，改革實驗教學模式是提高能源動力類高校學生實驗技能的關鍵。下一節將探討如何通過設計多樣化的實驗項目、引入虛擬實驗和模擬軟件、建立實驗技能培養的評估體系以及加強實踐能力和創新能力的培養來促進學生實驗技能的提升。

二、能源動力類高校學生實驗技能培養的策略與方法

（一）設計多樣化的實驗項目

為了提高能源動力類高校學生的實驗技能，設計多樣化的實驗項目是一種有效的策略。多樣化的實驗項目可以幫助學生掌握不同類型的實驗技能，培養其實踐能力和創新能力。設計多樣化實驗項目的方法如下：（1）基礎實驗項目是學生掌握實驗技能的基礎，包括基本的實驗操作、數據測量與處理等內容。例如，在能源動力類學科中，可以設計基于能源轉換原理的實驗項目，讓學生了解能源轉換過程中的能量轉化和效率計算方法。（2）綜合實驗項目可以將多學科知識進行融合應用，幫助學生理解能源動力領域的復雜問題。例如，設計一個綜合實驗項目，要求學生通過能源調度和優化算法，實現能源系統的最優運行，考慮到能源供需平衡、環境影響和經濟效益等因素。（3）創新實驗項目可以激發學生的創新思維和創造力。通過自主設計和實施實驗方案，學生可以探索新的實驗方法和技術，解決能源動力領域的實際問題。例如，可以鼓勵學生設計新型能源轉換裝置或開展新能源材料的研究。

在設計多樣化的實驗項目時，須要充分考慮學生的學習階段和實驗能力水平，合理安排實驗的難度和復雜度。此外，為了提高學生的參與度和積極性，還可以鼓勵學生參與實驗項目的選題和設計過程，增加學生的主動性和創造性。

（二）引入虛擬實驗和模擬軟件

隨著信息技術的發展，虛擬實驗和模擬軟件成為提高實驗教學效果的重要手段。通過引入虛擬實驗和模擬軟件，可以增加學生的實驗機會，擴展實驗內容和范圍，提高學生的實驗技能。以下是一些引入虛擬實驗和模擬軟件的策略與方法：（1）建立虛擬實驗平臺，提供模擬實驗環境和實驗操作。學生可以通過虛擬實驗平臺進行實驗操作的模擬，觀察實驗現象和數據變化，培養實驗技能。虛擬實驗平臺還可以提供多樣化的實驗場景和實驗參數設置，增加學生的實驗體驗。（2）利用模擬軟件對能源動力系統進行建模和仿真。學生可以通過模擬軟件設計和優化能源系統，分析系統性能及效果。模擬軟件還可以提供實驗數據的統計分析和可視化展示，幫助學生理解實驗結果與數據處理方法。

虛擬實驗和模擬軟件的引入可以擴展實驗的范圍和內容，提供更多的實驗機會和實驗資源。同時，虛擬實驗和模擬軟件可以在實驗過程中進行反復練習和調試，提高學生的實驗技能水平。然而，虛擬實驗和模擬軟件僅是實驗教育的補充手段，不能完全取代真實實驗。因此，在實驗教學中須要綜合運用虛擬實驗、模擬軟件和真實實驗，使其相互補充，實現更好的教學效果。

（三）建立實驗技能培養評估體系

為了有效評估學生的實驗技能培養情況，建立科學的實驗技能培養評估體系是必要的。評估體系可以幫助教師和學生了解實驗技能的發展情況，及時發現問題并采取相應的改進措施。以下是一些建立實驗技能培養評估體系的策略和方法：（1）多元化評估指標。實驗技能的培養涉及實驗設計、儀器操作、數據處理和結果分析等多個方面。評估指標應涵蓋這些方面，既包括學生的基本實驗操作能力，也包括學生的實驗設計和創新能力。可以通過實驗報告、實驗操作記錄、實驗成果展示等方式進行評估。（2）定期評估與反饋。實驗技能的培養是一個循序漸進并非一蹴而就的過程，須要定期進行評估和反饋。教師可以定期安排對學生的實驗操作和實驗結果進行評估和反饋。通過定期評估和反饋，學生可以了解自己的實驗技能發展情況，及時調整學習策略并改進實驗技能。（3）學生自我評估和互評。學生自我評估和互評是培養實驗技能的重要環節。學生可以通過自我評估和互評的方式，對自己的實驗技能進行評價，并與同學進行交流和討論，這樣可以促進對實驗技能的深入思考和自我提高。

建立實驗技能培養的評估體系有助于全面評估學生的實驗技能發展情況，幫助學生認識自身的優勢和不足，促進實驗技能的全面提升。

（四）加強實踐能力和創新能力的培養

實踐能力和創新能力是能源動力類高校學生實驗技能培養的重要目標。加強實踐能力和創新能力的培養，可以幫助學生更好地應對實際問題和挑戰，提高解決問題的能力。以下是一些加強實踐能力和創新能力培養的策略和方法。（1）參與實踐項目：鼓勵學生參與實踐項目的設計和實施。實踐項目可以與產業界、科研機構等合作，解決實際問題，并為學生提供實踐鍛煉的機會。通過實踐項目的參與，學生可以將所學知識應用到實際問題中，培養實踐能力和創新能力。（2）加強科研導師的指導：為學生配備科研導師，提供科研項目的指導和支持。學生可以在科研項目中進行實驗設計、數據分析和結果解釋等工作，培養科研能力和創新能力。科研導師可以根據學生的興趣和能力指導學生開展科研工作，幫助學生培養實驗技能。（3）建設創新實驗室：建立創新實驗室，提供創新實驗項目的場地和資源。創新實驗室可以提供先進的實驗設備和工具，為學生開展創新實驗提供支持。學生可以在創新實驗室中進行自主實驗設計和創新研究，培養創新能力和實踐能力。

加強實踐能力和培養創新能力是提高學生實驗技能的重要手段。通過實踐項目的參與、科研導師的指導和創新實驗室的建設，可以幫助學生將實驗技能與實際問題相結合，培養創新思維和解決問題的能力。

結語

本文以新工科背景下能源動力類高校學生實驗技能培養為研究對象，分析了存在的問題和挑戰，并提出了一些創新的思考和方法。通過設計多樣化的實驗項目、引入虛擬實驗和模擬軟件、建立實驗技能培養評估體系以及加強實踐能力和創新能力的培養，可以有效提高能源動力類高校學生的實驗技能。關于展望未來研究方向方面，在未來的研究中，可以進一步探討如何通過創新教學手段和方法，提高能源動力類高校學生的實驗技能。同時，可以結合人工智能和虛擬現實等新技術，開發更具交互性和真實性的虛擬實驗平臺，為學生提供更好的實踐機會和實驗環境。此外，還可以研究如何將實驗教育與產業需求緊密結合，培養更滿足社會發展需求的能源動力類人才。

參考文獻

［1］徐嬴穎，施曉秋.傳統專業課程新工科改造的路徑、方法與實踐［J］.高等工程教育研究，2023，200（3）：46-52.

［2］殷韋韋.基于系統論方法的新工科“雙創”型人才培養路徑研究［J］.內燃機與配件，2023，380（8）：116-119.

［3］鄧飛，趙碩，樊洪濤，等.新工科視域下地方高校創新創業教育模式研究［J］.中國現代教育裝備，2023，407（7）：90-92.

［4］翟朗，宮婷.新工科現代產業學院體系化建設研究：從專業、教學、師資視角［J］.創新創業理論研究與實踐，2023，6（8）：87-89.

［5］馮運超，馬立坤，朱家健，等.實驗輔助教學在“燃燒理論”課程中的應用研究［J］.教育教學論壇，2021，538（39）：128-131.

［6］朱國斌，趙亮，袁海泉，等.基于能量轉換與存儲的新能源材料與器件專業實驗課程設置［J］.實驗技術與管理，2015，32（2）：204-207+211.

Reflections on the Cultivation of Experimental Skills Among Students in Energy and Power Majors under the New Engineering Education Framework

YANG Yan-ru1， WANG Qiao-hong2， WANG Shuo-lin2

（1. Innovation Institute of Energy and Electric Power， North China Electric Power University， Beijing 102206， China; 2. College of Energy and Power Engineering， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot， Inner Mongolia 010051， China）

Abstract： With the continuous advancement of technology and the rapid development in the field of energy and power， industries have set forth new requirements for the experimental skills of students specialized in energy dynamics. This paper discusses how to effectively cultivate and enhance the experimental skills of graduates from universities focused on energy dynamics， against the backdrop of new engineering disciplines. It begins by analyzing the current issues and directions for improvement in experimental education at these universities， in line with the concept of new engineering. Subsequently， it presents innovative and feasible recommendations and schemes from a strategic and implementation perspective. These are aimed at assisting educational institutions in better equipping students with experimental skills， thereby improving their practical abilities and innovation potential.

Key words： new engineering disciplines; energy and power disciplines; improvement of experimental skills