能源與動力工程專業實驗教學體系分析與探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）19-0021-05

Abstract：Inthecontextofthedevelopmentofnewqualityproductivitythetraditionalexperimentalcoursecuriculuminthe fieldofenergyandpowerengineering（advancedpowerandcleanenergydirection）isanalysedanddiscussed.Itispointedout thattherearedeficienciesintheexistingteaching processintermsofprojectseting，credithourarangement，teacher-student coordinationandassessmentsystem.Atthesametime，basedonthedevelopmentneedsofthenationalnewqualityproductivity andtheguidingideologyoftheconstructionofnewengineringdisciplines，anewthinkinganddesignoftheexperimental teachingsystemiscariedoutfromthefourdimensionsof teachingobjectives，teachingcontent，teaching methodsandteaching platform.Theproposednewteachingsystem hasachievedawiderangeofgoodteaching feedbackafertheexplorationof teaching practice，mobilizing students'enthusiasm andraising the importance of cultivating innovative ability.

Keywords：newproductive forces;energyand powerengineering; experimental teaching;teaching reform;teaching practice

習近平總書記在中共中央政治局第十一次集體學習時強調：“發展新質生產力是推動高質量發展的內在要求和重要著力點\"“新質生產力已經在實踐中形成并展示出對高質量發展的強勁推動力、支撐力”。生產力是人類社會發展的根本動力，也是一切社會變遷和政治變革的終極原因。而新質生產力是創新起主導作用，擺脫傳統經濟增長方式、生產力發展路徑，具有高科技、高效能、高質量特征，符合新發展理念的先進生產力質態。新質生產力的顯著特點是創新，關鍵在質優，本質是先進生產力。工程科技是時代演進、經濟發展、社會變遷的重要推動力量，工程科技的高質量發展離不開高水平的新工科人才隊伍，更離不開對新工科人才的優質培養。而新工科作為新時代背景下工程教育改革新路徑，是我國未來培養人才的新方向，而創新性正是新工科建設的特征之一。以新工科建設推進培育新質生產力，正是當前高校工科學科發展的重中之重。

實驗作為工程教育的重要內容之一，其首要作用是通過動手實踐的方式，讓學生更加深入地理解知識和創造知識，提升學生解決問題的能力。實踐教學和理論教學的相輔相成、協同進行，是保障工科領域教學質量的基礎。但受體制機制等多種因素影響，當前國內大部分高校的實驗教學內容相對比較老舊，人才培養供給側和產業需求側在結構、質量、水平上還不能完全適應，“兩張皮\"問題仍然存在。很多專業課程的設計雖然內容充分，但缺乏實時性，面對如今科技的迅速發展，課程內容更新速度過慢，教學內容單一，使得學生在實驗學習中收獲不大。在實驗教學中，多為研究傳統典型案例，缺乏對新知識、新理念、新技術的研究，也很少能與企業有效對接，這使得學生的學習脫離實際，既無法滿足學生成長的需要，也無法滿足企業對人才的需要[7-。

此外，目前現有的實驗教學，也淡化了對學生素質的培養，對學生理論知識學習要求高而對實驗訓練要求少，教學方法比較傳統，大多數是“灌輸式\"教學，教師明確實驗流程，學生只需要按照教師指導一步步進行即可，這樣就會讓學生失去主動思考的機會，創造性也很難得到提升，不能夠達到啟發性教育的效果。以上這些都會導致學生對實驗課程的學習興趣不高，不僅制約了實驗教學的發展，也不能滿足新時代人才培養的要求[12-14。

2024年1月，教育部印發《教育部高等教育司關于開展實驗教學和教學實驗室建設研究工作的通知》，要求開展實驗教學體系研究，不斷增強實驗教學育人能力，推動實驗教學改革，為建設適應新時代人才培養需求的新型實驗教學體系提供有力支撐。在新工科的總體理念和要求的背景下，必須對現有工科專業的實驗教學體系進行深入改革，深化產教融合，提高實驗教學的適配性，促進教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈有機銜接，使學生具備良好的創新創業能力。只有把國家對人才培養的要求、社會對人才能力的需求作為著力點，才能更好服務于全面提高拔尖創新人才自主培養質量這一教育強國戰略任務[15-19]。因此，如何在新工科的背景下，更新教學理念，優化教學內容，革新教學方法，改良體制機制，根據未來人才需求更新培養要求，是當前我們亟待解決的問題。

一 實驗教學原有教學方法體系分析

山東大學（以下簡稱“我校”能源與動力工程專業由1958年正式設立的電廠熱能動力專業和內燃機專業發展而來，采用能源類大類招生和模塊化培養模式。現包括能源與智能系統、智慧能源與人工環境、先進動力與智能車輛三個模塊，是國家級特色專業，2019年人選國家一流專業。本專業致力于滿足社會對能源與動力工程領域的科學研究、技術開發、設計制造、運行控制和生產管理方面的人才需求。在多年學科建設與發展過程中，本專業下三個模塊之間知識結構系統明確、實驗教學設置相對獨立，本文以先進動力與智能車輛模塊為基礎，對其實驗教學模式進行分析與論述。

（一）傳統實驗教學體系概述

以內燃機專業為基礎發展而來的先進動力與智能車輛模塊是我校能源與動力工程專業歷史最悠久的學科專業之一，在該模塊的培養體系中，實驗教學是培養學生理論與實踐結合能力的重要環節。隨著多年的教學研究與探索深耕，已經形成了針對發動機領域基礎知識體系完善的實驗教學課程規劃，如圖1所示。包括發動機拆裝實驗、發動機性能實驗、發動機排放實驗及發動機綜合課程設計四個教學實驗項目。其中發動機拆裝實驗和發動機綜合課程設計以教師指導，學生自主實際操作、設計為主要授課方式；發動機性能實驗和發動機排放實驗采用教師操作演示，學生觀察驗證的授課方式。

其中，發動機性能實驗是教學體系中的基礎實驗項目。該實驗通過測試發動機在不同工況下的功率、扭矩、燃油消耗等性能參數，使學生掌握發動機的基本工作原理和性能特性。實驗過程中，學生需對發動機進行啟動、調整工況、記錄數據和分析結果等一系列操作。通過該實驗，學生不僅能理解發動機的動力特性，還能學習到如何使用測試儀器和設備進行精確測量。

隨著環保法規的日益嚴格，發動機排放實驗的重要性日益凸顯。該實驗旨在測試發動機在不同工況下的排放特性，包括測量 _{C0，HC，NOx} 等污染物的排放量。學生通過該實驗，了解發動機排放控制技術的原理及其對環境的影響。實驗內容不僅包括污染物濃度的測量，還涉及尾氣處理系統的分析，如柴油顆粒捕集器、選擇性催化還原器等后處理設備的工作原理及效果評估。

發動機拆裝實驗是培養學生動手能力和理解發動機內部結構的重要實驗項目。學生在實驗過程中需要分別對汽油機和柴油機進行拆卸和組裝，熟悉各個部件的功能和相互關系。該實驗內容包括發動機的基本構造、主要部件的功能、拆裝順序及注意事項等。通過實際操作，可以加深學生對發動機結構和工作原理的理解。

發動機綜合課程設計是對前述各項實驗的綜合應用和考核。該課程設計要求學生結合所學理論知識和實驗數據，對發動機進行性能優化設計。學生需進行方案設計、模擬計算、實驗驗證和結果分析。通過該課程設計，提升學生綜合運用知識的能力。

（二）傳統實驗教學方案存在的問題

在多年實驗課程的實施過程中，上述教學體系逐漸趨于完備，但隨著教育改革的逐步深人，對實驗教學過程也提出了新的要求和目標，面對時代發展的新環境和人才培養的新需求，傳統教學體系的一些不足也在近年的教學實踐中逐漸顯現。

1實驗項目設置不科學

實驗項目多年來未能及時更新和升級，無法反映當前動力工程領域的最新科研成果和技術進展。目前的實驗教學內容大多基于傳統的內燃機和基礎動力系統，缺乏對新興技術和前沿領域的覆蓋。例如，燃料電池、電動汽車等新型動力系統在實驗課程中涉及較少，導致學生對這些前沿技術的了解和動手操作能力不足。這種情況不僅影響學生的學習興趣，還限制了其創新思維和解決實際工程問題的能力。

此外，目前的實驗項目設計過于單一，部分實驗項目的重復性較高，缺乏多樣性和綜合性。學生在實驗過程中僅僅是按照預定的步驟進行重復操作，很少有機會進行自主設計和探索，容易產生厭倦感，影響實驗教學的效果和學生的積極性，難以培養其創新能力和獨立思考能力。

2學時安排與各項考試重合度高

目前，實驗課程普遍安排在學期后半段，與各理論課程考試重疊時間較長，導致學生在實驗課程準備與理論課程復習之間難以平衡。內燃機相關的實驗通常需要較長的時間來進行操作和數據分析，并形成完整的實驗報告，在繁忙的期末復習階段，學生往往難以投入足夠的精力來對待實驗工作，容易造成實驗報告的質量和實驗教學的效果下降。此外，理想的實驗課程設置應當是跟隨理論學習進度同步分散進行，讓學生有充足時間進行實驗準備的同時通過實際操作鞏固對理論知識的理解。但實際教學規劃中會出現部分實驗課程安排過于集中，短時間內進行大量實驗任務，不利于學生對知識的理解和對實驗操作的掌握。

3教學方式師生協同度不足

在現有的實驗教學中，教學方式仍以教師講解和學生復現操作為主，師生之間的互動和協同較少。教師通常在實驗開始時進行一次性演示，之后由學生獨立完成實驗操作，師生之間缺乏討論和交流，教師往往難以了解學生的真實學習情況和存在的問題。實驗知識的學習通常需要教師給予更多的個性化指導和及時反饋，而目前的教學模式難以滿足這一需求，教師在實驗課程上的角色除了負責講解和監督，還應該引導學生在實驗過程中進行自主思考和探索。

4考核體系單一

當前的實驗課程考核方式仍以實驗報告的形式為主，考核標準過于單一和固定，對學生在實驗過程中的創新思維、團隊合作能力和問題解決能力缺乏評價。學生在實驗過程中需要進行自主設計、團隊協作、獨立分析等多項任務，僅靠實驗報告的形式難以體現學生在實驗過程中的表現。理想的考核形式除了對實驗結果的注重之外，還應該考察學生的獨立分析和溝通協作能力。

此外，一些實驗課程的報告過于形式化，學生為了完成實驗報告而忽略對實驗過程中涉及知識的理解和思考，同時容易滋生抄襲、篡改等不良學習現象，導致部分實驗課程的教學效果大打折扣。

二 實驗教學設計思考

新工科建設強調“產業需求導向、信息技術支撐、跨學科融合”的理念，能源與動力工程專業作為工科中的重要學科之一，其實驗課程的改革與建設必須緊密結合新質生產力的發展需求，培養具備創新能力和實踐能力的高素質工程技術人才。

針對上述能源與動力工程專業先進動力方向實驗課程體系建設中發現的問題，筆者團隊圍繞新工科建設的指導要求和新質生產力的發展需求，對實驗課程教學體系建設進行了思考與研討，形成了一系列教學改革思路，如圖2所示。

（1） 實驗教學目標

新質生產力的顯著特點是創新，技術上的革命性突破是形成新質生產力的基礎。因此，在高校的實驗教學體系中，不僅需要傳授基礎知識和傳統技能，還要側重培養學生發現問題的創新思維和解決問題的實踐操作能力。同時，實驗課程的教學目標應當緊密貼合實際生產。以產業需求為導向，培養適應新興產業和技術發展的高素質人才。

（二） 實驗教學內容

新質生產力是符合新發展理念的先進生產力質態。在此背景下的實驗課程教學內容，既需要保障傳統基礎知識的覆蓋，又需要側重對前沿領域和跨學科知識的融合，同時，還需要關注實驗教學內容是否契合現階段綠色可持續發展理念。通過對教學內容的不斷更新，以綠色和創新為導向優化實驗項目，在保障基礎知識傳授的同時，讓學生緊跟科研創新步伐，順應時代發展需求。

（三） 實驗教學方法

新質生產力的發展目標要求實驗教學過程從傳統的驗證性實驗向問題導向和項目驅動的實驗轉變。突出發揮教師在實驗教學過程中的引導作用，通過設定具體的工程問題和項目任務，鼓勵學生自主學習、團隊合作和創新實踐。完善實驗教學中的過程考核，關注學生在實驗學習中溝通協作、自主創新等綜合能力的鍛煉。同時，要推廣線上線下結合的教學模式，線上課程可以提供理論知識學習，線下實驗可以進行實際操作和驗證，打破傳統實驗教學在時間和空間上的局限性。

（四） 實驗教學平臺

新質生產力的發展與先進的實驗設施和設備密不可分。高校作為人才培養和科研領域的前沿陣地，應當加大對實驗室的投入，更新和引進先進的實驗設備，建設高水平的實驗室和創新實踐基地，為學生提供自由探索和創新實踐的平臺。

三 實驗教學體系的探索與構建

基于以上教學設計思路，筆者及其教學團隊經過實踐探索，逐步形成了在新質生產力發展背景下能源與動力工程專業先進動力方向實驗課程教學新體系。分別針對教學前課程設計、教學中指導方法、教學后考核體系三個方面對現有實驗教學體系進行調整革新，如圖3所示。

在課程設計方面，分別對教學內容設置和課程學時安排進行了調整。結合目前動力系統領域的發展趨勢，配合先進動力模塊專業課程調整，引入燃料電池、混合動力等新型動力系統實驗項目，同時優化原有內燃機領域實驗項目設置，保留內燃機動力特性相關的基礎實驗，考慮到排放法規政策的逐步完善，簡化內燃機排放相關實驗項自課程，使整體實驗課程內容設計覆蓋面更廣、實用性更高、前沿性更強

同時，合理規劃理論課程學習與實驗課程學習的協同性。在教學時間安排上，將傳統內燃機系統、燃料電池系統、混合動力系統等課程的理論學習分散在不同學段，實驗課程安排分別穿插其中，實現理論知識與實踐操作的相輔相成，同時避免了短時間內大量的單一課程任務造成的教學質量下降。

在教學方法方面，調整以教師演示操作、學生觀察復現為主的傳統教學模式，依托先進實驗設備和創新實踐平臺，開發設計一套以項目驅動為目標的實驗課程體系。如探究內燃機運行中高效動力與清潔排放的平衡性、混合動力系統中電驅模塊與燃燒模塊的能量管理策略等綜合性實驗問題。為完成此類實驗課程目標，學生需要在實際操作之前對問題進行充分的理論分析和討論，并向教師提交實驗規劃，由教師負責指導修正，從而改善實驗教學中頻頻出現的師生之間協同不足的問題。

在教學考核方面，改革以實驗報告結果為主的單一考核形式，建立側重過程、審核結果的綜合實驗考核形式。同時將考核權限由教師端拓展到師生共同實現。學生分組進行完成實驗操作，教師負責監督指導的同時側重考察不同小組內的溝通協作情況，為不同實驗組賦過程分；同時，增加組內成員互評環節，調動實驗過程中各小組成員的積極性，使考核體系更加公平與全面。

上述能源與動力工程先進動力方向實驗課程革新規劃近年來已在學院內進行充分的教學實踐，實驗教學氛圍、課程教學質量及學生學習積極性等都有了長足的改善與提升。極大地提高了我校核科學與能源動力學院實驗教學中的創新性和協同性，未來將逐步推廣至院內各個方向。

四 結束語

本文以國家對新質生產力發展的需求和新工科建設的要求為背景，探討了高校實驗課程在新形勢下的建設新要求。通過對我校能源動力工程專業先進動力與清潔能源模塊現有實驗教學體系的分析，揭示了當前實驗教學實踐中存在的主要問題，包括實驗項目創新性不足、學時安排不夠合理、教學過程中師生協同不足和考核體系單一等。在分析現狀的基礎上，本文提出了以新質生產力建設需求為指導的實驗教學體系改革思路，涵蓋教學目標、教學方法、教學內容和教學平臺四個方面。最后，本文介紹了筆者所在教學團隊基于上述思考實施的一系列具體改革措施。這些措施不僅豐富了實驗教學內容和形式，提高了教學效果，也大大提升了學生的創新能力和實踐能力，使本專業的實驗教學能夠更好地滿足新質生產力的發展需求，更加適應現代工程技術發展中對高素質人才需求的培養目標。

總體而言，本文通過上述系統分析和具體實踐，探索了一條符合新質生產力和新工科建設要求的實驗教學改革路徑，為高校相關專業的實驗課程建設提供了有益的參考和借鑒。未來，本教學團隊將繼續跟蹤改革效果，不斷優化實驗教學體系，確保其與時俱進，持續緊跟科技的進步和產業的發展。

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