新工科背景下能源動（dòng）力類專業實驗教學模式探索
1、引言
高等教育的目標是培養有獨（dú）立工作能力的專業人才，但新一輪科技革命與我國發展方（fāng）式轉變、發展動能轉換交匯，內外（wài）環境的變化對高等教育發展帶來（lái）新挑（tiāo）戰。教育部於2017年啟動了新工科建設，對人才（cái）培養提出了更高的（de）要求。新工科建設是（shì）以立（lì）德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理（lǐ）念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主（zhǔ）要途徑，培養未（wèi）來多（duō）元化、創新型（xíng）卓越工程人才。新（xīn）工科建設是現階段實驗教學的起（qǐ）點和目標，有（yǒu）利於提高學生的實踐（jiàn）思考能力、培養（yǎng）學生
的實驗素養（yǎng）和創新能力。對於（yú）熱流科學，實驗仍是獲取新知識的主要途徑，科研也離不開實驗研究。此外，實驗教學對於提升畢業生的就業競爭力的作（zuò）用日益突出，這也（yě）是能源市場對人才培養改（gǎi）革的需求。可見，實驗教學對於能源動力類專業的人才培養具（jù）有十分重要的意義。
我校“動力工程（chéng）及工程熱物理”一級學（xué）科獲批為廣（guǎng）東省（shěng）優勢重點學科，學科的實驗教學（xué）強調“提高實（shí）踐能（néng）力、培養實驗素養和創新意識”的人才培養理念，要求強（qiáng）化學科和專業的優勢特色，實現實（shí）驗（yàn）教學內容與節能行業緊密（mì）結合（hé），助推區域（yù）經濟社（shè）會發展（zhǎn）。因此（cǐ），為辦出具有（yǒu）地（dì）域特色的能源專業，滿足地方工業技術發展的需（xū）要，能源動力類專業教學隊伍進（jìn）行了一係列的探（tàn）索。針對我校能源動力類專業實驗教學（xué）的現狀（zhuàng），將探索實驗（yàn）教學的內在規律（lǜ）和要求，從實驗教學課程方麵著手，改善實驗教學環節，以期充分調動學生的積極性，探索如何優化能源動力類專業實驗模式，增加學科前沿類、創新類教學內容以適應新型工科人才培養。
2、實驗教學的現狀及存在的問題
按照2018級能源專業人才培養方案的要求（qiú），學（xué）科基礎課和專業課的實（shí）驗環節全部包含在課程內，實驗（yàn）學時數被包含在（zài）各門課程的總學時數中（zhōng）。其中（zhōng），能源專業包含有實驗環節的學科基礎（chǔ）課程共4門，包括《工程熱力學》、《工程流體力學》、《傳熱傳質學》、《測試技術》；含實驗環節的專業課程有12門，包括（kuò）《壓縮機技術》、《燃（rán）燒學》、《製冷原理與裝置》、《熱工過程自動調節》、《鍋爐（lú）原理》、《空氣調節》、《樓宇（yǔ）自（zì）動化》、《內燃機原理》、《分布式能源係統概論》、《汽輪機（jī）原理》、《發電廠集（jí）控運行》和《可再生能源技術》。這些課（kè）程的實驗部（bù）分4-10學時不等，每門課程設置2-4個實驗項目。經過（guò）近六年的實踐，這種（zhǒng）實驗設置模式存在的問題逐漸呈現。
2.1缺（quē）少完整的（de）實驗安全教育環節
目前，實驗室（shì）安全工（gōng）作大（dà）多停留在宏觀管理層麵，師生參與度較低。較少能源動力類專業專門開設獨立的實驗（yàn）室安全教育課（kè）程，一般在實驗項目開始前期進行簡單的培訓，學生對實驗室安（ān）全的認識不足，這將導致學生在實驗（yàn）中麻（má）痹大意，使實驗室安全隱患累積、產生和導致實驗室安全責任事（shì）故。
2.2實驗分組人數多，影響（xiǎng）學生積極性
根據“新工科”人才培養要（yào）求，實驗教學在學生實踐能力（lì）、創新（xīn）能力（lì）培養方麵應該發揮更大的作用，但是學生在實驗過程中積極性不足。一方麵原因是（shì）儀器人均台數不足，能源專業不斷擴招（zhāo），雖實驗儀器的（de）數量每（měi）年均有（yǒu）增加，但（dàn）相對於學生人數仍（réng）顯不足。另（lìng）一方（fāng）麵，實驗項目歸屬於相應的課程，所以在相應時間內隻能進行一門課（kè）程的實驗項（xiàng）目（mù），最多也隻能同時開展4個實驗項目。這（zhè）兩方麵導致了實驗每組人數近5人，造成了學生在（zài）完成（chéng）實驗過程中相互依賴的心理，表現為實驗前不預習，實驗中被動（dòng）、實（shí）驗目的不明確，實（shí）驗後抄襲實驗報告等。另外，也造成了（le）儀器設備的使用時（shí）間分配不合（hé）理，造成（chéng）資源的浪費。
2.3實驗項目傳統，缺乏（fá）對學生創新能力（lì）的培養
原有實驗教學從屬於某一門課程，教學內容缺少交叉融合、協同育人；另一方麵，多數實驗項目在定製的儀器設備完成，這類儀器設備由教學設備廠生產，實驗步驟（zhòu）均已規（guī）定好，主要采用教師演示、學（xué）生模仿（fǎng）的教學模式，學生（shēng）隻（zhī）需要根據規定的實驗（yàn）步驟完成實驗，難以發揮學生的主觀能（néng）動（dòng）性。認為這種方式缺少對實驗操作的具體（tǐ）考核，不利於激發學生的思考、討論與合作。目前（qián），多數實驗（yàn）項目的設置是根據（jù）市場上已有設（shè）備進行考慮，少數實驗項目是基於自行搭建的平台。與其（qí）它高校相比較，我校的能源專業實驗（yàn）教學環節中學生被動接受多，自（zì）主學習和動手環節少；實驗（yàn）項目缺乏探索性與創新性，不利於學生創新能力的培養。
3、學科基礎課和專業課實驗獨（dú）立設課（kè）的改革方案
通過（guò）訪談發現，省內的能源動力類高等院校的實（shí）驗教學也存（cún）在（zài）類似問題。針對這一問題，根據課程知識內容的承啟關係和教學規律（lǜ），在保證原培養方案科學性的基礎上，充分（fèn）考慮我校能源實驗條件（jiàn），提出了整合零散設置在（zài）課程中的實驗內容，合並開設係列實驗課程的解決方案。
根據現有專業人才培養方案，將能（néng）源（yuán）專業在第三學期開出的（de）《工程流體力學》和《工程熱力學》課程所含的實驗項目，加上實驗室安全教育環節，獨（dú）立設置成《熱工基礎綜合實驗(一)》，該（gāi）實驗課共16個（gè）學時，1個學分。將第六學期開出的《測試技術》課程調至第四學（xué）期，與第四學期開出的《傳熱傳質（zhì）學（xué）》和所含的實驗（yàn）項目獨立設置成《熱工基礎綜合實驗(二)》，該實驗課也為16學時，1個學分。熱工（gōng）基礎綜合實驗兼顧專（zhuān）業基礎課程知識學習與學生能力培養，精選基礎理論經典教（jiāo）學內容，著（zhe）重基本實驗技能與綜（zōng）合實踐能力培養，實驗項目包括“漸縮噴（pēn）管流動測試實驗”、“沿程阻力和局部（bù）阻（zǔ）力係數測定實驗”、“液體導熱係數測量實驗”等16個模塊（kuài）。
在（zài）第（dì）五學期將《壓縮（suō）機技術》、《燃燒學》、《製（zhì）冷原理與裝置》和《熱工過程自動調節》課程的實驗合並（bìng）設置為32學時，2個學（xué）分的《能（néng）源（yuán）專業課程（chéng）實驗(一)》。在第六（liù）學期將《鍋爐（lú）原理》、《空氣調節》、《樓宇自動（dòng）化》、《內燃機原（yuán）理》、《分（fèn）布式能源係統概論》、《汽輪機原理》課程的實驗合並設置為32學時（shí），2個學（xué）分的《能源（yuán）專業課（kè）程實驗(二)》。在第七學期（qī）將《發電廠集控運行》和《可再生能源技（jì）術》課程的實驗合並設置為16學時，1個學分的《能源專業課程實（shí）驗(三)》。
專業課實驗兼顧知識應用（yòng）與（yǔ）專業工程能力培（péi）養兼（jiān）顧，主要為工程應用（yòng）類實驗，如“往複式壓（yā）氣機性能實驗”、“太陽能負載實驗”、“製冷機性能實驗”等，結合（hé）專業知識背（bèi）景，及學科科研（yán）實驗基礎開發建設（shè）的。第六學期還開設動（dòng）力設備拆裝實訓（xùn）。
表1為各實驗（yàn）課程的學時數分配情況。
實驗獨立（lì）設課後，按照每周（zhōu）2學時進行，對於總學時為（wéi）16的課程，實驗時間為9-16周；對於總學時為（wéi）32的課程，實驗時間為1-16周。實驗部分獨立設課後，除了能解決上述問題外，還能積極調動師生的積極性。
3.1加強對學生實驗（yàn）環節（jiē）的考核，提高其積極性
對實驗環節重新設計後，實驗成績將根據學生參加實驗的表現和實驗報告（gào）的成績共同（tóng）確定。要求學生完成規定的實驗（yàn）項目，不得缺（quē）席；實驗報告成績不及格的學生，不能（néng）獲得相應學分。改變了原來實驗成績隻作為平時成績納入總成績（jì）的情況，使學生對實驗教學環節更加重視。
3.2減少實（shí）驗小組人數，提（tí）高實驗設備的利用率（lǜ）
由於新設的實驗課程包含2門（mén）或2門以上的（de）課程，包含的實驗項目7~16個不等。因此，在同一時間可開展（zhǎn）不（bú）同課（kè）程的多個實驗項目，可采（cǎi）用循環製的形式將學生分為若幹組，使每組人數不超過3人。例如，《熱工基礎（chǔ）綜合實驗(一)》包括了3個工程（chéng）流體力學的實驗項目，共有實驗設備12台，還包括（kuò）了4個工程熱力學的實（shí）驗項目，共有實驗設備（bèi）12台，即該新設實驗課程共有7個實驗項目，24台實驗設備（bèi）。1個（gè）自然班近45人，可分為（wéi）21組，每組2~3名學生（shēng），按照每周完成1個實驗項（xiàng）目的（de）進（jìn）度，7周可完成該課程全部實驗，還有1周為（wéi）實驗室安全教育。通過這樣的設置方式，實驗設備可多次使用，從（cóng）而提高利用率。
3.3增加原來課程的理論教（jiāo）學學時
由於原課程中包含了實驗學時，導致理論教學學時減少。例如《工程熱力學》共計64學時，扣除8個理論學時後隻剩56學時，授課時間遠遠不足。導致（zhì）了課程教授內容有所縮減，講授速度快，對於學習能（néng）力（lì）較（jiào）差的學生，不能全（quán）部接受，容易（yì）導致學生的厭學心理。獨（dú）立（lì）設置（zhì）實（shí）驗課後（hòu），在（zài）一定程度（dù）上，能解決這（zhè）一問題。
4、綜合性、設計性實驗項目的開（kāi）發
為了實行多層次教學，發（fā）揮（huī）不同層次課程協同作用，實驗教學堅持提高綜合（hé）性、設計性實驗的比例，加強綜設實驗項目建設。專業基礎課程（chéng）實驗的主要目的是通過教學實驗鞏固充實基本理論內容，專業課（kè）程實（shí）驗強調（diào）在實驗教學過程增加綜合性、設計（jì）性的實驗內容，注重工程訓練，培養學生獨立個性和創新能力。學生對專業知識的學習，是經（jīng）過理論到實踐、單一到（dào）綜合、基礎到應用，最後進行（háng）實驗訓練的（de）過程。
4.1設置柔性的實驗項目供（gòng）學生選擇
由於存在個體差異，學生的基礎理論（lùn）知識水平（píng）不一致，因此實驗（yàn）教（jiāo）學對於所有學生的要求有所區別，既要（yào）加強共（gòng）性化實驗教學（xué）體係建（jiàn）設（shè），也注重個性化實驗教學體係建設。學生可根據自身的興趣和水平選擇實驗（yàn）項目，隻需完成規定的學時即可。根據學生的反饋，可對實驗項目進行難度係數進行量化，基礎（chǔ）理論（lùn）知識紮實的學生可以選擇高（gāo）難度、綜合性更強（qiáng）的實（shí）驗項目，充分發揮其理論知識；而基礎薄弱的學生可選擇難度相對較低（dī）的實驗項目，以加強（qiáng）學生的實驗（yàn）積極（jí）性。
4.2打破傳統的教學模式，培養創新意識
專業課程實驗作為理論學習和創造性研（yán）究、開發、設計的結合點，應該重視其教學模式。對於能源動力類專業，需打破原（yuán）有“手把手”的教學模式，采用學生自主預習綜（zōng）合性（xìng）實驗、提前計劃設計性實驗（yàn）的模式。綜合性（xìng）、設計性（xìng）實驗的作用不隻是（shì）簡（jiǎn）單地（dì）驗證理論的正確性。這種模式充分發揮學生的主觀能動性（xìng），從提高學生的參與度，培養探索性和創新性。
4.3加強實（shí）驗環節（jiē）的考核，評（píng）價實驗效果
實（shí）驗（yàn）報告是對實驗數據進行（háng）處理和總結，也是實驗內容的一部分。實驗報告的質量，可（kě）以檢驗學生對課堂理論知識的理（lǐ）解、對實（shí）踐操作的掌握程度、思考問題和解決問題的能力以及（jí）對待（dài）實踐的態度等。相對於驗證（zhèng）性（xìng）實驗，綜合性、設計性實驗的（de）難度更大，需要學（xué）生（shēng）做（zuò）好預習工作，完成預習（xí）報告。在實驗過程中，由於實驗沒有統一（yī）的步驟，需要學生在實踐中不斷去思考，在實驗計劃的基礎上不斷調整。實驗結束後，學生完成實驗報告。因此（cǐ），要加強對實驗前的預習報告、實（shí）驗（yàn）過程操（cāo）作情況（kuàng）、實驗後的報告的考核。不允許沒有預習報告的學生進行實驗；實驗過程中，指導老師要記（jì）錄每組操作情況，可在實（shí）驗（yàn）室大屏幕上將數據量（liàng）化；實驗完成後，檢查實驗數據以確保實驗的有效性，避免課後返工。特別對於設計性實驗（yàn），其實驗項（xiàng）目一般研究方向明（míng）確，具有可行性（xìng）基礎，但不一定有確定的實驗結果。因此，數據的檢查更（gèng）加重要。對於總抄襲實驗報告、投機取巧的學生要求其進行現場（chǎng）實驗考核。
4.4增加實驗室開發時間（jiān），加強學生個體間知識的流動
雖然很多高校在開放實（shí）驗（yàn）室模式進行（háng）積極有益的探（tàn）索，但對其重視（shì）程度仍然不夠，開放程度不（bú）夠。在新（xīn）工科建設和開放式（shì）創新的背景（jǐng）下，為了加強突出了學生在實驗教學過程中的主體地位，鼓勵學生進行（háng）實踐，實驗（yàn）室每周固定時間開發，可設置（zhì）3~4個半天的（de）時間，由學生提前預約時間和實驗（yàn）項目（mù）。對於實驗過（guò）程中（zhōng）出現的問題，指導教師首先（xiān）啟發、引（yǐn）導學生（shēng）自行處理，而不是學生一提出問題就立即回答。另外，也為學生提供創新（xīn）創業實驗場（chǎng）地，通過以比賽為導向進行創新和實驗，增強人才的工程實踐（jiàn）和集成創新能力培養，打造更加（jiā）符合拔尖創新（xīn）人才成長需要的實（shí）驗條件。
5、總結
針對新工科背景下如何培養具有（yǒu）實驗素養和創新意識的人才進行了實驗教學的改革（gé），提升了實驗教學理念，實現（xiàn）多層次實驗教（jiāo）學（xué）有效（xiào）協同。不（bú）管在科研崗位還是工程崗位（wèi）上，科學的實驗手段對能源動力類轉惡業的（de）人才都十分重（chóng）要。在能源動（dòng）力類專業的人才培養方麵，通過對能（néng）源專業實驗環節的獨立設課，有利於培養學生的工程（chéng）實踐能力和創新意識（shí），提高實（shí）踐教學環節的教學效果，開拓學生的專業視野。在開展實踐教學改革方麵，還（hái）要不斷提出新的設想，將其付諸實現。實驗教學改革（gé）永無（wú）止境，要不斷根（gēn）據技術的進步和社會需求不斷探索，加快推進能源專業的實驗教學（xué）改革進程，實現教學（xué）模式變革，激（jī）發（fā）學生的專業興趣和創新意識，在高素質創新型人才培養過程（chéng）中發揮了重要作用（yòng）。
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