以新工科建設為引領的創新實踐平臺建設與探索

探索新工科創新實踐平臺的建設，以能源與動力工程專業為例。實驗實踐教學以新工科為基礎，強調以學生為本、注重培養創新能力、注重產業需求。依托熱工綜合實驗室構建創新實踐平臺，以新工科建設為引領，完善熱工綜合實驗課程體系，開發熱工實驗網絡教學平臺，結合MOOC及現代虛擬仿真實驗課件，豐富教學資源，采用虛實互動教學模式，創新實驗改革，健全考核激勵機制，將熱工綜合實驗室建設成能夠結合專業特點和工業應用，適合現代化教學和行業發展的，以工程實踐能力及創新力培養為導向并具有鮮明特色的新工科實踐平臺。

引言

近年來，隨著中國能源領域步入高品質發展的新時期，創新的動力引領著能源消費的轉型，旨在構筑一個多元化且清潔的能源供應架構。這一過程秉承著創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念。面臨科技革命與產業改革帶來的新挑戰與機遇，教育領域做出回應，如“復旦共識”和“天大行動”便應時而生，倡導“工科新思路”的教學理念。中國經濟的進步逐漸穩定為新常態，受科技與產業的新浪潮影響，高等教育也迎來了發展的新篇章。

在經濟發展新常態的背景下，產業結構的持續優化升級帶來了對多樣化人才的強烈需求，同時企業對人才素質的要求亦在升高。能源動力學科作為中國工科教育的傳統領域，正面臨行業革新的雙重壓力，需要適應這一變革，滿足行業對專業人才培養的新目標與新要求。那些致力于能源動力系統及新能源開發的專業人才，不僅需要具備深厚的工程實踐經驗，而且能源與動力工程已成為我國高等工程教育中的關鍵領域。國內眾多高校已在能源動力人才培養方面展開一系列改革和嘗試，尤其在實踐教學、實驗基地建設、專業實驗室建設等方面取得了顯著的成果。因此，在當前的教育環境中，培養能夠在國際競爭中脫穎而出，具備卓越工程實踐能力與創新能力的人才，已經成為教育領域的一項迫切任務。

而作為第二課堂的高校實驗平臺，對提高大學生創新實踐能力、培養“大國工匠”精神起著舉足輕重的作用。本文以云南農業大學能源與動力工程專業為例，探索創新實踐平臺的建設與實踐。熱工綜合實驗室肩負著傳熱學、工程熱力學、燃料與燃燒學、熱工測量及儀表、鍋爐原理及制冷原理等課程的實驗教學任務，是上述課程中重要知識點的整合，每個實驗既能反映各課程的重要知識點，又能體現知識的交叉融合，讓學生在合理、完善的熱工學體系中獲得提升。熱工綜合實驗的目標是既要驗證熱學規律的準確性，又要注重增強學生科研能力，把理論運用到實際中去。要充分發揮“新工科”創新實踐平臺作用，深化新型工程科技人才培養、傳統工科專業改造升級、面向未來戰略和領域人才培養等方面的主動布局，深入推進和引領高等教育深層次變革。綜上，以新工科為基礎的實驗實踐教學，在重視產業需求的同時，更加強調以學生為中心的創新能力的培養，而不是以課程為中心的傳統實驗實踐教學。云南農業大學能源與動力工程專業以現有熱工綜合實驗室為基礎，以課程體系建設、熱工實驗網絡教學平臺開發和科學合理的考核機制建立為重點，以探索新工科建設規律、構建創新實踐平臺為重點，立足當前教學現狀，深入研究新工科建設規律，為實施創新實驗實踐教學改革提供了科學合理的平臺，積極探索時代性、未來性，培養創新型優秀工科人才。

1 教學現狀

熱工綜合實驗是本專業學生接觸的最早的專業基礎實驗課程，其內容、知識范圍介于基礎實驗課程與專業實驗課程之間，是在加強學生對本專業理論課程知識的理解和掌握的同時，形成初步的專業認知、學習專業問題、掌握專業設備使用技能的探究方法。同時，還肩負著引導學生將掌握的理論知識和技術技能應用于專業實驗的重要使命，充當著基礎實驗課程與專業實驗課程之間的橋梁與紐帶。

目前開展的熱工實驗課程普遍采用課堂講授配合實驗的模式，這導致實驗時間有限且內容較為單一。大多數實驗項目屬于驗證性質，學生往往是為了完成實驗任務而機械地依照教師指導或教材要求進行操作，這種被動式的實驗方式既難以激發學生的主動探索精神，也難以充分發揮學生的創新意識和進取心。因此，這一傳統的實驗教學體系已難以滿足社會發展的需求，也不符合高等教育教學的現代化要求。此外，該課程在培養學生綜合運用知識能力以及使用現代工具的能力方面也存在不足。具體而言，這些問題主要體現在如下幾方面。

（1）教學體系前瞻性不足?！盁峁ぞC合實驗”是增強實踐教學的重要方法，它涉及理論課程多，知識點覆蓋面廣，受眾面大?！盁峁ぞC合實驗”的教學內容與知識覆蓋區域介于基礎實驗課程和專業實驗課程之間，起到承上啟下的作用，同時也承擔著實驗基礎課程和專業課程之間的橋梁和紐帶作用，進一步引導學生在專業實驗中運用所掌握的實驗知識與技能，在實驗基礎課程與專業課程之間相互交流、相互促進。目前，熱工實驗教學過程較分散，受教學管理等因素影響，往往是理論課時結束后，統一安排實驗課程，或者教師學生有時間就安排實驗。實驗安排過于分散或過于集中，都不能很好地呼應教學進度，既影響了學生對知識點的理解和掌握，同時也影響了熱工實驗的教學質量。大部分學生在做實驗之前，只了解實驗名稱和內容，而對實驗性質、培養目標等都知之甚微。而恰恰這些對于培養學生的自主性、探索性以及研究性能力是最有幫助的。

（2）單一的教學模式和匱乏的教學資源。在傳統的實驗課程中，學生往往只是依照實驗指導書中所列明的步驟和觀察現象進行操作，按部就班、循規蹈矩、唯恐出錯、照搬照抄、毫無創意。 這在一定程度上抑制了學生的創造性。此外，熱工綜合實驗涉及知識點多，理論性強，受實驗場地、經費等影響，實際能開展的實驗畢竟有限。然而，目前大部分高校熱工綜合實驗網教學資源貧乏，熱工實驗網絡教學管理系統還沒有開發出來，類似的產品也沒有在市場上銷售，還需要課程團隊的老師去研發。

（3）教學考核體系不完善。傳統熱工綜合實驗課的考核僅憑考勤和實驗報告，由于實驗儀器少、各組人數多，即使分組進行實驗，在實際操作過程中，個人實驗的表現也很難體現出來。因此缺少對學生學習狀態的過程性考核和對課程學習參與度的考核，這樣的考核機制既不夠科學也不夠全面，這就造成了學生對課程的重視度不夠，同時也沒有很好地起到監督學生的作用。

目前，國內一些知名院校，如清華大學、浙江大學、上海理工大學、哈爾濱工業大學等，在熱工實驗課程建設方面取得了顯著的成績?！盁峁ぞC合實驗”是能源與動力工程專業的重要實踐平臺，也是該專業學科的特色課程之一。因此，針對熱工綜合實驗課程存在的問題，緊密結合行業需求和前沿科技發展、加快課程改革和質量提升，對于促進能源與動力工程專業發展、培養創新型卓越工程人才是非常必要的。

2 教學模式的改革探索

本文以能源與動力工程專業人才培養和實踐教學改革為總體目標，以新型工科建設為主導，以熱工綜合實驗室為基礎，圍繞“能源與動力工程專業”創新實踐平臺建設的探索與實踐，將從以下幾個方面開展探索與實踐。

2.1 以課程體系建設為根本，培養學生知識創新能力

（1）積極調研交流，了解和吸收能動學科以及兄弟院校相關專業并實踐教學中的先進成果，結合本專業人才培養目標，完善實驗課程教學體系，對當前“熱工綜合實驗”實踐教學大綱進行必要的優化和拓展，豐富實踐教學方法，增加實踐教學內容的廣度，加強理論與實踐的聯系，將能源與動力工程專業相關行業、科研領域、國內外科技發展的新問題、新動態融入實際教學中去，激發學生學習興趣，提高學生創新實踐能力。

（2）以學生為本，以能力培養為先導，豐富教學內容和教學方式。注重工程實際問題和科技成果在課堂教學中的滲透，增強學生國際化視野和創新意識。在實踐過程中，注重結合課本理論知識和工程實際問題，從不同層面引導學生在面對工程問題時如何思考和分析問題，注重科研動態和科研成果相互滲透。同時，結合工程案例，以理論聯系實際的方式，向學生講述工程問題中涉及的相關專業知識和最新研究方法、技術手段，以及如何從科學的角度去分析解決問題。在激發學生興趣和熱情的同時，也有利于培養學生終身學習的自覺性，使學生對課程的學習目的更加明確。

（3）培養學生運用現代工具解決工科難題的本領?！盁峁ぞC合實驗”知識點繁多，涉及問題復雜的傳熱學、工程熱力學、燃燒學等多門課程，同時上述課程涉及概念性、記憶性知識點較多，課程基礎知識難以處理實際工程問題。數值仿真技術是分析工程實際問題的有力手段和重要方法。在課程教學中，增加數值仿真分析技術的講授，鼓勵學生學習相關的數值仿真軟件工具，并用于解決簡單的工程問題，使學生在運用現代工具、激發創新意識等方面掌握技巧。

2.2 開發熱工實驗網絡教學平臺，建立教學網站，結合視覺化實驗，強化學生綜合能力培養

（1）開發線上熱工實驗網絡教學平臺，采用MOOC教學理念，與信息化技術相結合，實現教學資源共享、遠程教學管理。建立和完善“熱工基礎實驗教學網站”，以熱工綜合實驗課程的核心內容為基礎，針對當前課堂理論教學方式單一、實驗教學資源匱乏等現狀，充分利用教學視頻錄制、多媒體教學課件、MOOC平臺等內容豐富網站內容，拓展學生知識面。在教學網站上，教學視頻和多媒體課件精心復現了實驗室的實際實驗臺布局與操作流程，使學生能夠深入理解實驗原理、目標、儀器用途以及操作方法等關鍵信息。通過網上預習，學生可以掌握實驗內容的使用方法和儀器設備。實驗教師可以通過網絡預習，提高實驗課程教學效果，加深學生對課程知識的理解和掌握，解答學生預習時出現的問題。

（2）視覺化實驗通過運用多媒體技術，構建了一套模擬實驗課程的虛擬實驗系統。該系統建立在傳統基礎實驗和綜合實驗課程之上，能夠精確再現真實實驗的過程，學生可以通過觀看或親自操作來參與實驗。在打破了傳統實驗場地和時間束縛的同時，這種實驗方式以其虛擬實驗的交互性、實驗設備的操作真實性、實驗現象的觀測清晰度以及實驗數據的記錄便捷性，為學生提供了一個既能激發其主動學習與創新精神，又便于其自主探索的仿真實驗環境。這一高效、直觀、有驚無險的實驗教學新模式具有很強的發展性。視覺化實驗極大地豐富了實驗教學的內容，有效地延伸了實驗的時間和空間、節省了實驗的費用，并促進了學生創新能力的培養。為促進多方面知識的融會貫通和能力培養，鼓勵學生開發仿真實驗課件。例如，可以將所學知識應用到課程中，提高自己的電腦編程能力，掌握使用仿真工具，學生的創新能力、分析問題和解決問題的能力都得到了有效的提高。

（3）把課外實踐、課堂教學貫穿始終，大大提高了學生的動手、創新能力。以培養學生創新實踐能力為目標，建立以參加大學生節能減排、互聯網+、挑戰杯等學科競賽為補充的第二課堂課外實踐體系，促進學生認知水平的全面提高。營造創新科研氛圍，鼓勵學生動手組裝實驗設備模型，并親自動手搭建，使學生在基礎知識運用綜合能力培養方面得到鍛煉。

2.3 改進教學方式，采用比較教學法

比較教學法指的是在教學過程中，按照統一的標準和條件，對兩個或多個認知對象進行對照分析的教學策略。對認識對象的辨別、認知和把握的方法，是通過對其屬性差異、地位優先次序、作用大小、性能優劣、問題難易程度、認識的正確性和深度等方面的比較和評估而實現的。比較教學法以其適用性廣泛、思想貫穿全程、具備鑒別能力和明確的比較方法而聞名。該方法的核心在于通過比較，使概念清晰、知識點容易被理解和記憶，從而減少學生的認知混淆。因此，在教學實踐中，比較法成為應用最為廣泛的一種方式。在熱工實驗課程中，由于涉及的基礎知識點眾多、復雜，且相互之間存在緊密聯系，并不孤立存在，故而課程開始前的準備工作至關重要。教師需要深刻掌握內容之間的內在聯系，運用比較法對相關知識點進行對比分析，從而提煉和明確各個概念的基本特征和關鍵記憶點。

（1）通過對基本實驗工質狀態特性的比較分析，學生能夠深入了解不同工質的獨特性，為掌握基礎知識與理論、實踐知識的綜合運用奠定了堅實基礎。在這一過程中，我們發現不同工質適用的研究方法和內容往往各不相同。這意味著，對于不同的研究對象，選擇恰當的研究方法和內容至關重要，這樣才能使研究發揮出最大效能。同理，在研究同一工質不同狀態時，也應采用適合的研究方法，這一點是進行科學研究的起點，是最基本的原則。

（2）面對特定實驗目的時，存在多種可行的實驗方法。要在這些方法中選取最佳方案，首先需要事先梳理和列舉所有相關的實驗方案。隨后，通過比較各方案的優缺點，在確保能夠達到實驗目的的前提下，根據實驗的實際條件，篩選出最合適的實驗方案進行設計。這一過程要求我們在實驗課程實施前，進行細致的規劃和選擇，以確保實驗的效率和效果達到最優化。

（3）在理論比較與實際應用中，對基本實驗的參數測量方法進行精準對比是至關重要的。這意味著，在實驗開始之前，需對可用的測量手段進行理論上的審慎選擇與淘汰，進而在實驗環節中應用。對比各種測量方法的利弊，有助于在選擇理論時做出最佳的決策，并為后續的實驗研究工作提供關鍵支撐。在具體的實驗操作中，必須將理論選擇與實驗室實際條件相融合，并對現實應用進行適當的調整?；诤啙嵭?、經濟性、完整性和精確性的原則，實際應用應進行周密考量，并據此構建實驗臺。在教學過程中應用比較法時，首先需要確定比較的內容，隨后進行深入分析，并最終歸納總結得出結論。這一系列步驟要求學生具備提出問題、分析問題和解決問題的能力，有助于進一步提升學生的自主創新意識和創新能力。

2.4 編寫高質量的實驗指導書，加強過程考核和結果反饋

（1）撰寫優秀的實驗指導書是確保實驗教學質量的關鍵一環。每個實驗的設計都必須具有明確的目的和針對性的訓練目標，以確保教學內容的針對性和有效性。在成績評定方面，絕不能僅以學生是否參與實驗為依據，而應以學生是否達到了既定的教育目標為標準進行評估。為此，需要制定一套詳盡的考核方法，對學生的實驗表現進行全面、客觀、公正的評價。這種評價應該涵蓋實驗的各個方面，包括學生的預習情況、實驗態度、組織能力、操作技能、實驗結果以及實驗報告的撰寫等。通過這種細致入微的考核方式，可以真正衡量學生的實驗能力和學習成效，進而促進學生能力的全面發展。

（2）強化預習環節，立足熱工實驗網絡教學平臺。學生充分利用教學課件、教學視頻、虛擬實驗等網絡資源進行課前預習。此外，不再是單一的以實驗報告定成績的考核辦法，而是引入了更加注重實驗過程考核的1+5+4的新考核辦法：預習權重為總分值的10%，現場操作權重為總分值的50%，實驗報告權重為總分值的40%。

3 結語

教學改革沒有休止符，實驗教學也要緊ccae07a8ccc497eae22dc0610e3e9e3f跟時代的步伐。工科專業課程的建設旨在培養學生思考問題、解決實際問題的能力以及創新能力，是以工程實際問題為導向的，促進學生融合應用前期基礎知識。尤其在當下“新工科”這樣的大背景下，要求高校以更新的理念、更好的模式、更高的教育質量向社會輸送人才，服務社會，服務人民。因此，為了更好地培養適應社會和行業發展的復合型人才，在教學和學生培養方面，也要緊跟行業發展和相關技術的發展，在課程內容體系、教學模式方法等方面進行積極的改革。以熱工綜合實驗為依托的創新實踐平臺更符合新工科的建設目標，能夠培養出更多的面向未來的多元化、復合型工程科技創新人才?？梢灶A期，提高熱工綜合實驗教學質量，搭建創新實踐平臺，也是一項長期性、復雜性的系統工程，是能源與動力工程專業提升實踐教學的重要途徑。緊密結合行業需求和前沿科技發展、開發熱工實驗網絡教學平臺，結合MOOC及現代虛擬仿真實驗課件，豐富教學資源，采用虛實互動教學模式，建立科學完善的課程考核機制，突出學生綜合能力培養等，將是今后熱工綜合實驗建設的重點和趨勢。

本文系云南農業大學教改項目“‘一主線三融通’能源與動力工程專業建設改革探索與研究——以云南農業大學能源與動力工程專業為例”研究成果，項目編號：NAUJG2023037；云南農業大學一流本科課程“風力發電技術”研究成果，項目編號：2023YLKC019。

（作者單位：云南農業大學機電工程學院）