翟 明， 何玉榮， 姜寶成， 黃怡珉， 張 玉

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001)

能源動力大類專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)

翟 明， 何玉榮， 姜寶成， 黃怡珉， 張 玉

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001)

實驗教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，在加強共性化實驗教學(xué)體系建設(shè)的同時，應(yīng)注重個性化實驗教學(xué)體系建設(shè)，增強人才的工程實踐和集成創(chuàng)新能力培養(yǎng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院依托學(xué)科知識體系構(gòu)建了能源動力大類專業(yè)實驗教學(xué)新體系，分為專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)體系、專業(yè)課實驗教學(xué)體系、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗教學(xué)體系3個子體系。具體實驗項目劃分為：基礎(chǔ)、綜合設(shè)計、工程應(yīng)用、科研創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)4個層次。學(xué)生在專業(yè)理論知識學(xué)習(xí)的同時，經(jīng)過理論到實踐、單一到綜合、基礎(chǔ)到應(yīng)用，最后進行科研創(chuàng)新實驗訓(xùn)練，保證學(xué)生知識學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)。新的實驗教學(xué)體系有利于學(xué)生開展創(chuàng)新實踐活動，滿足工程領(lǐng)軍人才與拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求。

能源動力； 大類專業(yè)； 實驗教學(xué)； 教學(xué)體系

0 引 言

實驗教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，是全面實施人才培養(yǎng)計劃，提高教學(xué)質(zhì)量的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[1-6]。實驗教學(xué)不僅要求學(xué)生學(xué)會如何運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論解決實際問題的能力，還要培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、開拓創(chuàng)造性思維，它是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識的基本途徑[7-11]。我校確定了精英教育的辦學(xué)指導(dǎo)思想和目標(biāo)定位，通過構(gòu)建通識教育與專業(yè)教育相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式，面向國家與社會需求，培養(yǎng)“研究型、個性化、精英式”具有國際競爭力的高素質(zhì)人才，教學(xué)過程形成了“厚基礎(chǔ)、強實踐、重能力、求創(chuàng)新”的辦學(xué)特色。秉承學(xué)校的教學(xué)理念和改革思路，堅持“規(guī)格嚴(yán)格，功夫到家”的辦學(xué)傳統(tǒng)，能源動力實驗教學(xué)中心本著“依托學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢，教學(xué)科研相融合，理論與實踐相結(jié)合”，突出以學(xué)生為本，以能力培養(yǎng)為核心，保證學(xué)生知識學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的全面提升[12]。在加強共性化實驗教學(xué)體系建設(shè)的同時，注重個性化實驗教學(xué)體系建設(shè)，增強人才的工程實踐和集成創(chuàng)新能力培養(yǎng)，打造更加符合拔尖創(chuàng)新人才成長需要的實驗教學(xué)體系[13-16]。能源學(xué)院對實驗教學(xué)體系進行了改革，體制上成立了院管實驗教學(xué)中心，實驗教學(xué)內(nèi)容安排上依托能源動力類大類專業(yè)知識體系，構(gòu)建資源優(yōu)化、高效運行的能源動力大類專業(yè)實驗教學(xué)體系，將實驗項目劃分為基礎(chǔ)、綜合設(shè)計、工程應(yīng)用、科研創(chuàng)新4種類型。同時，實物教學(xué)內(nèi)容與虛擬教學(xué)內(nèi)容有機結(jié)合，優(yōu)勢互補，學(xué)生必修實驗和自選實驗、課內(nèi)實驗與創(chuàng)新實驗結(jié)合，鼓勵學(xué)生參加科技創(chuàng)新實踐，讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實踐鍛煉，培養(yǎng)其自主性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的能力。

1 建設(shè)目標(biāo)和要求

實驗教學(xué)的目的是使學(xué)生通過逐次開設(shè)的基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計、工程應(yīng)用、科研創(chuàng)新等一系列實驗課的學(xué)習(xí)，打好知識基礎(chǔ)，掌握必要的專業(yè)知識，提高動手能力和實驗技能，養(yǎng)成良好的科學(xué)實驗習(xí)慣，并積極主動地開展科學(xué)探索和創(chuàng)新，最終達到創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。為了保障能源動力實驗教學(xué)質(zhì)量和本科生培養(yǎng)效果，建立全方位、多層次、科學(xué)有效、可操作的能源動力實驗教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在實驗教學(xué)計劃編制環(huán)節(jié)、實驗選課環(huán)節(jié)、實驗準(zhǔn)備與開設(shè)環(huán)節(jié)和實驗成績評定分析環(huán)節(jié)，提出明確的質(zhì)量要求，緊緊抓住實驗教學(xué)工作各環(huán)節(jié)，做到具體量化，嚴(yán)格管理。

2 建設(shè)內(nèi)容

能源動力實驗教學(xué)中心成立伊始就開始研究探索建立滿足能源動力類高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求的實驗教學(xué)體系，經(jīng)過多年改革實踐逐步建立了構(gòu)建了基于學(xué)科知識體系的能源動力類大類專業(yè)實驗教學(xué)體系(見圖1)。該體系分為3個子體系：專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)體系、專業(yè)課實驗教學(xué)體系、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗教學(xué)體系，實行多層次教學(xué)，各個層次課程定位不同，發(fā)揮不同層次課程協(xié)同作用。學(xué)生在專業(yè)理論知識學(xué)習(xí)的同時，經(jīng)過理論到實踐、單一到綜合、基礎(chǔ)到應(yīng)用，最后進行科研創(chuàng)新實驗訓(xùn)練。專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)與專業(yè)課實驗教學(xué)體系側(cè)重共性知識的學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗教學(xué)體系側(cè)重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神與個性能力的培養(yǎng)。

圖1 能源動力大類專業(yè)實驗教學(xué)體系

實驗教學(xué)體系中的具體實驗項目劃分為基礎(chǔ)、綜合設(shè)計、工程應(yīng)用、科研創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)等層次，同時根據(jù)開出實驗特點將所開實驗劃分為專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課及創(chuàng)新3個實物實驗教學(xué)平臺，1個虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，1個教學(xué)基地即工程與社會實踐教學(xué)基地。實物實驗平臺與虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的實驗統(tǒng)一劃分，安排到3個實驗子體系中開設(shè)實驗。新的教學(xué)體系改變實驗教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，使實驗教學(xué)成為一個相對獨立完整的教學(xué)體系。與理論教學(xué)既有機結(jié)合、相互促進與提高，又相對獨立，以保證能遵循實驗教學(xué)的認(rèn)知規(guī)律，完成實驗教學(xué)的各項內(nèi)容。

2.1 專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)體系

專業(yè)基礎(chǔ)課實驗系列課程兼顧專業(yè)基礎(chǔ)課程知識學(xué)習(xí)與學(xué)生能力培養(yǎng)，著重基本實驗技能與綜合實踐能力培養(yǎng)。專業(yè)基礎(chǔ)平臺課系列實驗包括7(13)門課程模塊，27項實驗，精選基礎(chǔ)理論經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容，主要為基礎(chǔ)與綜合設(shè)計類實驗，如“雷諾實驗”“圓柱繞流實驗”“氣流橫掠單管表面對流放熱實驗”等。能源動力類學(xué)生需要完成全部實驗內(nèi)容，其他專業(yè)學(xué)生選作部分內(nèi)容。專業(yè)基礎(chǔ)課平臺同時為校內(nèi)其他學(xué)院學(xué)生開設(shè)實驗：針對航空航天類專業(yè)學(xué)生，以工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)基本理論為主線，重點圍繞熱平衡與換熱基本定律、工質(zhì)的熱物質(zhì)、流動與換熱規(guī)律等展開實驗。針對機械類專業(yè)學(xué)生，以工程流體力學(xué)、傳熱學(xué)基本理論為主線，重點圍繞流體基本定律、工質(zhì)基本性質(zhì)、流體流動規(guī)律與換熱規(guī)律展開實驗。實驗中心開設(shè)的其它實驗內(nèi)容對航空航天類、機械類專業(yè)學(xué)生開放，供其課外選做。

2.2 專業(yè)課實驗教學(xué)體系

專業(yè)課程知識學(xué)習(xí)與專業(yè)工程能力培養(yǎng)兼顧。根據(jù)不同專業(yè)方向的教學(xué)計劃，包括24門專業(yè)課、45項實驗，主要為工程應(yīng)用類實驗，如“鍋爐熱平衡實驗”“泵與風(fēng)機性能實驗”“制冷機性能實驗”等，是結(jié)合專業(yè)知識背景，及學(xué)科科研實驗基礎(chǔ)開發(fā)建設(shè)的。能源動力類專業(yè)學(xué)生按照不同專業(yè)方向選作相關(guān)實驗內(nèi)容，其他專業(yè)學(xué)生選作部分內(nèi)容。

2.3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗教學(xué)體系

綜合運用所學(xué)知識解決實際問題能力，實施個性化教育，注重科研創(chuàng)新能力，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力。創(chuàng)新實驗教學(xué)平臺包括18門創(chuàng)新研修課，7門創(chuàng)新實驗課，以及基于科研項目的科技創(chuàng)新實踐活動，創(chuàng)業(yè)社會實踐等。相關(guān)教學(xué)內(nèi)容是開放的，與研究生共享實驗平臺，培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力。

(1) 科研實驗轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容。針對教師科研成果，研究提煉出能濃縮轉(zhuǎn)化為對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)有價值的實驗題目和實驗裝置，不斷更新、豐富實驗教學(xué)內(nèi)容；探索和研究將科研和教學(xué)相互滲透，科研成果轉(zhuǎn)化到教學(xué)方面來，既能使資源共享解決經(jīng)費短缺問題，又能使教師在教學(xué)過程中不斷發(fā)現(xiàn)新問題，反饋到科研中，促進科研水平的提高。

(2) 科研成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新研修課教學(xué)內(nèi)容。實施精英教育，增加高水平教師為本科生授課的機會，充分發(fā)揮學(xué)科科研優(yōu)勢對本科教學(xué)的促進作用，鼓勵教師為學(xué)有余力的本科生開設(shè)“創(chuàng)新研修課”，讓學(xué)生接觸、了解學(xué)科前沿問題，為學(xué)生獨立申請科技項目、參加科研創(chuàng)新實驗，及直接參加教師的科研工作打好基礎(chǔ)。

(3) 實行導(dǎo)師制，開展以項目為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)。針對低年級同學(xué)，根據(jù)學(xué)生業(yè)余愛好及興趣，鼓勵引導(dǎo)他們參加學(xué)校組織的科技制作立項，重點培養(yǎng)動手能力與創(chuàng)新精神。針對高年級學(xué)生，教師在自己科研項目中抽取和派生出的適合本科生完成的子課題。項目完成后組織其參加節(jié)能減排大賽等競賽。高校教師從事的科研活動是理論與實踐相結(jié)合的前沿，學(xué)生參與科研實踐是提高其實踐能力和創(chuàng)新能力的最有效辦法。同時將科研創(chuàng)新實驗與畢業(yè)設(shè)計結(jié)合，解決了一年制畢業(yè)設(shè)計難以真正實施的問題，保證了學(xué)生能得到真正的科研訓(xùn)練。

(4) 利用工程與社會實踐基地開展創(chuàng)業(yè)實踐。與能源動力企業(yè)共建工程與社會實踐基地，實行校企聯(lián)合，讓學(xué)生更多了解企業(yè)和社會，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力。與院學(xué)工辦共建能源動力大學(xué)生創(chuàng)業(yè)社會實踐基地，學(xué)生根據(jù)自己興趣、愛好及特長進行創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。

2.4 虛擬仿真實驗教學(xué)

虛擬仿真實驗有獨立的實驗教學(xué)內(nèi)容，但具體實驗項目開設(shè)納入到其他教學(xué)體系中。虛擬仿真實驗教學(xué)平臺依托核能系統(tǒng)仿真國際聯(lián)合研究中心、燃煤污染物減排國家工程實驗室、發(fā)動機氣體動力中心等開發(fā)了56項虛擬實驗，分為5個教學(xué)模塊(見圖2)。作為一種新形式的教學(xué)方式，虛擬仿真實驗對實物實驗是一種很好的替代和補充，某些實物實驗不能完成，或不易快速、多次重復(fù)進行的，通過虛擬仿真實驗可以起到良好的教學(xué)效果。

圖2 虛擬仿真實驗教學(xué)

3 質(zhì)量保證

3.1 教學(xué)大綱與教學(xué)計劃

根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、各專業(yè)(方向)學(xué)生的培養(yǎng)方案和課程的教學(xué)大綱編制實驗教學(xué)計劃。實驗教學(xué)計劃編制突出：①課程的定位和作用；②不同專業(yè)方向的具體培養(yǎng)目標(biāo)；③課程內(nèi)容的豐富性；④教學(xué)進度安排的合理性與靈活性；⑤不同專業(yè)方向之間的交融性；⑥課程內(nèi)容的可選擇性。凡列入教學(xué)計劃的實驗課程均制定實驗教學(xué)大綱，實驗教學(xué)大綱的修訂配合教學(xué)計劃及培養(yǎng)方案的修訂。

3.2 實驗選課與實驗室開放

按照學(xué)分制要求，學(xué)生的理論課程和實驗課程的選課應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)方案要求進行開放式選課。選課環(huán)節(jié)體現(xiàn)學(xué)生的自主性、靈活性，實驗室和教學(xué)工作的合理運行。備選實驗課程及實驗項目內(nèi)容合理搭配，確保實驗室的高效率運轉(zhuǎn)、設(shè)備的充分利用和實驗教學(xué)工作的順利開展。實驗室實現(xiàn)時間、空間和實驗項目等全方位開放。在開放內(nèi)容上，讓學(xué)生在完成基本實驗要求的同時，還能感觸到融合多門知識的綜合性實驗和研究型實驗，促使學(xué)生主動思考、自主學(xué)習(xí)、激發(fā)創(chuàng)新潛能。

3.3 實驗指導(dǎo)

指導(dǎo)教師由具有講師及其以上職稱或具有碩士及以上學(xué)位，通過崗前培訓(xùn)并取得合格的教師擔(dān)任。實驗指導(dǎo)人員由教師或?qū)Ｂ殞嶒灱夹g(shù)人員擔(dān)任，助教作為實驗輔助指導(dǎo)人員參加實驗指導(dǎo)工作。對指導(dǎo)教師所指導(dǎo)的學(xué)生數(shù)嚴(yán)格限制。

3.4 實驗成績評定分析

實驗課成績的評定按照累加式進行，包括實驗報告成績和考試成績兩部分。實驗課考試以筆試為主，試題涵蓋實驗課選題范圍內(nèi)的大多數(shù)實驗，考試成績按百分制進行計算。最后，將平時實驗報告成績和最終考試成績按照一定的權(quán)重比例進行累加計算，給出最終成績。

3.5 教學(xué)過程評教與督導(dǎo)

實行校院兩級督導(dǎo)管理體系，按照實驗教學(xué)課程表，現(xiàn)場檢查實驗教學(xué)情況，包括：實驗內(nèi)容、實驗教材(或指導(dǎo)書)、實驗準(zhǔn)備、教師輔導(dǎo)、每組實驗人數(shù)、學(xué)生操作和實驗報告批改情況等。建立學(xué)生對實驗的評價反饋機制，學(xué)生利用評教系統(tǒng)對實驗課程和實驗教師進行評教，教師根據(jù)反饋意見進行相應(yīng)改進。

4 建設(shè)成效

2011年以來，能源動力實驗教學(xué)中心教師承擔(dān)10余項省級教學(xué)改革項目，1項獲國家級教學(xué)成果獎，4項獲得省級教學(xué)成果二等獎，發(fā)表教學(xué)研究論文10篇，新開18門創(chuàng)新研修課，7門創(chuàng)新實驗課，以及基于科研項目的科技創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)社會實踐等。利用網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了30余項虛擬實驗，獲2014年黑龍江省能源動力虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心的稱號。

學(xué)生在創(chuàng)新實踐過程中創(chuàng)新精神與實踐能力得到明顯提升，一批學(xué)生取得了相關(guān)科研成果。近年來有500余名學(xué)生參加國家級、校級科技創(chuàng)新項目70余項。2011年以來，參加全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽獲獎50項，其中，特等獎2項，一等獎13項，二等獎18項，三等獎17項；參加科研工作發(fā)表論文10篇，參加科研工作獲得專利14個；校本科生科技創(chuàng)新獎多項。

5 結(jié) 語

能源動力實驗教學(xué)中心以培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才與工程領(lǐng)軍人才為培養(yǎng)目標(biāo)，融合各類實驗資源，構(gòu)建了能源動力大類專業(yè)一體化管理、多模塊、多層次教學(xué)內(nèi)容協(xié)同發(fā)揮作用的實驗教學(xué)體系，依托學(xué)科優(yōu)勢，將科研資源與成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容，促進教學(xué)實驗與科研的深度融合；自主開發(fā)虛擬仿真實驗，實驗教學(xué)過程中虛實結(jié)合、優(yōu)勢互補，實現(xiàn)教學(xué)手段和教學(xué)模式變革，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣和創(chuàng)新意識，在高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮了重要作用。

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ExperimentalTeachingSystemConstructionforEnergyandPowerCategorySpecialties

ZHAIMing,HEYurong,JIANGBaocheng,HUANGYimin,ZHANGYu

(School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Experimental teaching is an important part of teaching work in colleges and universities. While emphasizing the construction of common experimental teaching system, it should pay attention to personalized construction of experiment teaching system which strengthens the engineering practice and the integrated innovation ability for the talents. Relying on the knowledge system of the disciplines, School of Energy Science and Engineering at Harbin Institute of Technology has constructed a new experimental teaching system for energy and power category specialties. The new experimental teaching system is divided into three subsystems including the professional basic course experimental teaching subsystem, the professional course experimental teaching subsystem, and the innovation and entrepreneurship experimental teaching subsystem. The specific experimental projects are divided into 4 levels: foundation, integrated design, engineering application and scientific research innovation. The students study the professional theoretical knowledge from theory to practice, simple to comprehensive, fundamental to the application, and finally obtain research and innovation experimental training. It ensures them to be cultivated by knowledge learning and ability training. The new experimental teaching system contributes to the students to carry out the innovative practice activity, and to meet the cultivating requirement of engineering leading talents and the top-innovative talents.

energy and power; category specialties; experiment teaching; teaching system

G 642.0

A

1006-7167(2017)11-0202-04

2016-10-20

2016高等學(xué)校能源動力類專業(yè)教育學(xué)改革項目(NDJZW2016Y-16)，中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會課題(2015Y0804)

翟 明(1981-)，男，黑龍江哈爾濱人，博士，副教授，研究方向：教學(xué)改革、脈動燃燒技術(shù)、生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。

Tel.:18646218082；E-mail:zhaiming@hit.edu.cn