孫寬 周永利 曾理 陳珊珊 鄭玉杰

[摘 要] 當(dāng)前“一帶一路”倡議背景下，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展迫切需要新工科人才的支撐。針對(duì)能動(dòng)類專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)基于近年來在國際工程教育改革中興起的一種工程教育模式CDIO，探討了目前高校中實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，針對(duì)開放性實(shí)驗(yàn)課程體系構(gòu)建了“以學(xué)生為本，以學(xué)生學(xué)習(xí)為本”的基本教學(xué)思路，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力軸心訂制了一整套的實(shí)踐型課程體系的教學(xué)計(jì)劃，在實(shí)施過程中啟迪學(xué)生科學(xué)思維和思辨意識(shí)。

[關(guān)鍵詞] CDIO;能動(dòng)類;開放性實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2020年度重慶市研究生教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“強(qiáng)化能動(dòng)類研究生科研創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐”（yjg202003）;2020年度重慶市研究生教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“‘一帶一路倡議下能源動(dòng)力領(lǐng)域研究生培養(yǎng)國際化課程體系建設(shè)與改革研究”（cquyjg18202）;2020年度重慶英才計(jì)劃“青年拔尖人才項(xiàng)目”（CQYC2020058091）

[作者簡介] 孫 寬（1985—），男，四川德陽人，博士，重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院副院長，研究員，主要從事新能源科學(xué)與工程方向研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）18-0128-04? ? [收稿日期] 2021-01-10

2018年全國教育大會(huì)上論述新的教育理論，強(qiáng)調(diào)在黨的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，全面貫徹黨的教育方針，人才培養(yǎng)應(yīng)遵循教育規(guī)律，堅(jiān)持改革創(chuàng)新，以培養(yǎng)出德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人為目標(biāo);強(qiáng)調(diào)以新工科、新文科等學(xué)科建設(shè)構(gòu)建特色高水平本科教育體系，加強(qiáng)“雙一流”（一流大學(xué)，一流學(xué)科）建設(shè)。[1]當(dāng)前新時(shí)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展迫切需要新工科研究型人才的支撐。能動(dòng)類專業(yè)的相關(guān)理論和工程應(yīng)用技術(shù)業(yè)已成為各國近現(xiàn)代科技賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。長期以來，一些高校對(duì)開放性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過改革和探索[2]，也提出了一些實(shí)驗(yàn)室建設(shè)理念[3，4]，可是在一段時(shí)間內(nèi)，改革的力度都不深入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系仍然不能擺脫跟不上時(shí)代和方式方法傳統(tǒng)的局面，很大一部分學(xué)生仍對(duì)能動(dòng)類實(shí)驗(yàn)不感興趣，教學(xué)改革沒有真正落實(shí)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的實(shí)處。當(dāng)前“一帶一路”倡議背景下，隨著當(dāng)下科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和學(xué)科的交叉滲透，能動(dòng)類的專業(yè)覆蓋面與涉及面也越來越廣，開放性實(shí)驗(yàn)作為能動(dòng)類本科實(shí)踐教學(xué)中最重要的一環(huán)，通過搭建合理的實(shí)驗(yàn)課程體系，使得學(xué)生主動(dòng)的投身于開放性實(shí)驗(yàn)中，從而激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情，已成為現(xiàn)代實(shí)訓(xùn)課程體系的當(dāng)務(wù)之急[5]（P256）。而國際工程教育CDIO工程教育模式中的教育理念和人才培養(yǎng)模式注重學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)，再通過理論、實(shí)踐和創(chuàng)新相結(jié)合，能打造出社會(huì)和企業(yè)最需要的人才[6]。

一、開放性實(shí)驗(yàn)課程體系存在的問題及建設(shè)目標(biāo)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，老師作為知識(shí)載體的講授者，一味地將實(shí)驗(yàn)原理、儀器使用和操作步驟等灌輸給學(xué)生，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生只是按照老師的規(guī)定完成任務(wù)，探索科學(xué)的實(shí)驗(yàn)已然變成了一種掙學(xué)分成績的手段。傳統(tǒng)的教學(xué)體系中實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)常被看作理論教學(xué)的附屬，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)都不重視，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)本身的認(rèn)識(shí)不夠，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)重視程度不足，沒有真正建立起與培養(yǎng)創(chuàng)新性人才相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[7-10 ]。馬克思和恩格斯指出：“思想、觀念、意識(shí)的生產(chǎn)最初是直接與人們的物質(zhì)活動(dòng)，與人們的物質(zhì)交往，與現(xiàn)實(shí)生活的語言交織在一起的?！盵5] （P268）這說明獲得知識(shí)的前提是實(shí)踐，其主體是人，馬克思辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論的核心是“實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—實(shí)踐”的多次往復(fù)。在我們的實(shí)踐教學(xué)中尤其要遵從以人為本及唯物主義認(rèn)識(shí)論的基本原則，針對(duì)開放性實(shí)驗(yàn)課程體系的構(gòu)建尤其要“以學(xué)生為本，以學(xué)生學(xué)習(xí)為本”。根據(jù)CDIO工程教育基本原則[ 11 ]制定以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性為目標(biāo)，建設(shè)分階段、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、自主性、開放式的教學(xué)共享平臺(tái)，為學(xué)生提供一套強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)、構(gòu)建真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的CDIO工程教育模式，并為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力訂制了一整套的實(shí)踐型課程體系的教學(xué)計(jì)劃。

二、教學(xué)改革思路及實(shí)施辦法

（一）分布式能源項(xiàng)目的建設(shè)思路

分布式能源項(xiàng)目的建設(shè)是以多能互補(bǔ)分布式能源及微電網(wǎng)系統(tǒng)為對(duì)象，基于此構(gòu)建能動(dòng)類新工科系列實(shí)驗(yàn)課程體系，強(qiáng)調(diào)新工科實(shí)踐課程的交叉融合性、綜合研究性、跨界開放性和學(xué)術(shù)創(chuàng)新性。對(duì)此我們通過以分布式能源熱、電、冷三聯(lián)供系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行模塊化系統(tǒng)搭建，產(chǎn)生電、熱、冷等能源供給，同時(shí)輔以生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能、蓄冷蓄熱等多種節(jié)能減排手段，力圖打造低碳綠色、低碳、節(jié)能的CDIO工程教育實(shí)驗(yàn)體系。

（二）階段性教學(xué)思路

第1階段：理論課與實(shí)踐課對(duì)接階段。增加豐富的實(shí)踐項(xiàng)目并輔以工程實(shí)習(xí)，利用課堂和現(xiàn)代學(xué)習(xí)場(chǎng)所及實(shí)驗(yàn)室使教學(xué)具有開放的、實(shí)踐的、團(tuán)隊(duì)的特色。該階段主要針對(duì)初學(xué)的學(xué)生，這是最為基礎(chǔ)也是重要的階段，涉及理論基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)落實(shí)到實(shí)踐課中，通過理論課與實(shí)踐課的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情。通過實(shí)驗(yàn)課驗(yàn)證理論課的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生一方面要求熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作技能，掌握基本原理，另一方面能夠?qū)τ^察現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理分析。

第2階段：系統(tǒng)綜合應(yīng)用階段。該階段主要針對(duì)有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，這個(gè)階段是學(xué)生實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐的階段，涉及各個(gè)理論課的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)涵和外延，以及各科間的交叉融合，加深他們對(duì)基礎(chǔ)理論和基本規(guī)律的理解，找到一些各科間的融合點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)，CDIO教育模式不僅注重專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，它還對(duì)學(xué)生解決問題的能力、系統(tǒng)思維有所提高。

第3階段：探索創(chuàng)新階段。CDIO模式給學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生提供一個(gè)自我提升的平臺(tái)，該階段的主要針對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，這個(gè)階段主要是提高學(xué)生思辨創(chuàng)新的能力，學(xué)生根據(jù)自己的個(gè)人興趣，根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可自主選題，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，進(jìn)行一些探索性的研究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（三）模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

模塊化教學(xué)已在我院推廣多年，早在“211工程”建設(shè)期間，已實(shí)施模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，分為專業(yè)系列實(shí)驗(yàn)、研究實(shí)驗(yàn)和科研項(xiàng)目支持實(shí)驗(yàn)三大模塊，經(jīng)過十多年的發(fā)展，現(xiàn)在我院已經(jīng)構(gòu)建基于分布式能源的立體型實(shí)踐知識(shí)教學(xué)體系，在學(xué)科的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化，增設(shè)全新的跨專業(yè)實(shí)驗(yàn)課、畢業(yè)設(shè)計(jì)、校內(nèi)工程、科研訓(xùn)練等實(shí)踐項(xiàng)目，既重視專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)性，又注重學(xué)科之間和專業(yè)之間知識(shí)的相互融合交叉，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)能最大限度地挖掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及創(chuàng)造性思維，提高其綜合素質(zhì)?；诜植际侥茉吹膶?shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)架圖如圖1所示。

分為四大實(shí)驗(yàn)體系，四個(gè)實(shí)驗(yàn)體系，層次分明，逐級(jí)遞增。其中基于此體系實(shí)施的基本實(shí)踐課程是基礎(chǔ)，通過該課程的學(xué)習(xí)實(shí)踐，可將教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科研試驗(yàn)及工程訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，利用最新科研成果和工程應(yīng)用新技術(shù)，不斷融合更新能動(dòng)及電氣類教學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程訓(xùn)練實(shí)踐內(nèi)容及教材，將前沿的科學(xué)技術(shù)及工程應(yīng)用技術(shù)傳授給學(xué)生，讓學(xué)生熟悉現(xiàn)代工程技術(shù)，提升工程訓(xùn)練水平。同時(shí)將CDIO模式融合到實(shí)踐體系中，畢業(yè)設(shè)計(jì)、校內(nèi)工程、科研訓(xùn)練等產(chǎn)品項(xiàng)目都進(jìn)行CDIO模式教學(xué)，以培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)為目標(biāo)。

（四）網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為了進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的自主性和開放性，為此建立了能源與動(dòng)力電氣網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，如圖2所示。平臺(tái)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)K對(duì)全校開放，便于相關(guān)或相近專業(yè)的學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)思路是把實(shí)驗(yàn)?zāi)K分別錄入數(shù)據(jù)庫，建立實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間的邏輯關(guān)系，如“生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換與利用實(shí)驗(yàn)”必須與“熱工量測(cè)與熱物性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)”“熱工自動(dòng)控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”以及“工程傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)”等相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K對(duì)應(yīng)。即學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中心的網(wǎng)頁上若選擇了“生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換與利用實(shí)驗(yàn)”，那么相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K也是必須選擇的，這樣學(xué)生在做這種綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)無所適從，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程中會(huì)有很強(qiáng)的延續(xù)性，從而提升學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。同時(shí)網(wǎng)頁上還列出了各種實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)?zāi)K項(xiàng)目的說明介紹，針對(duì)有需要或自主性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)接受第一階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生自主性實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有利于啟迪學(xué)生科學(xué)思維。除此以外，在平臺(tái)的基礎(chǔ)上搭建了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，如圖3所示。資源庫包含教學(xué)資源，教學(xué)設(shè)備，教學(xué)成果等資料。該資源庫對(duì)課件的制作與發(fā)布、教學(xué)的組織、教學(xué)交互、學(xué)習(xí)支持及教學(xué)評(píng)價(jià)等過程進(jìn)行全面的支持，構(gòu)建了一個(gè)比較完整的網(wǎng)上教學(xué)支撐環(huán)境。

（五）CDIO模式下開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

學(xué)生的自主性來自對(duì)知識(shí)的興趣和學(xué)習(xí)的欲望，在這個(gè)階段我們讓學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的內(nèi)容選自己感興趣的問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，自己對(duì)自己提問并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)尋求解答，以達(dá)到對(duì)比課本知識(shí)更滲透的理解。而開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要針對(duì)一些學(xué)生敢想的問題在有實(shí)施價(jià)值的情況下，提供必要的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)及實(shí)驗(yàn)器材讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在CDIO模式下自主開放實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程中，學(xué)生在選題立題、文獻(xiàn)調(diào)研、方案制定、可行性評(píng)價(jià)、自主實(shí)施、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理、論文撰寫、總結(jié)報(bào)告等多個(gè)環(huán)節(jié)中培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力，CDIO的內(nèi)核是對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，我們實(shí)際課程體系中的畢業(yè)設(shè)計(jì)、校內(nèi)工程、科研訓(xùn)練等產(chǎn)品項(xiàng)目都進(jìn)行CDIO模式教學(xué)，讓學(xué)生以積極主動(dòng)的方式學(xué)習(xí)產(chǎn)品開發(fā)及工程運(yùn)作方式，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和教師的主導(dǎo)作用。隨著我國教育事業(yè)的發(fā)展，全面實(shí)施自主開放性教學(xué)是高校課程教學(xué)改革的必然趨勢(shì)，它順應(yīng)了時(shí)代對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求，和未來工程人才的發(fā)展方向。

三、結(jié)語

CDIO工程教育模式為我們提供了一種新的教育方法和思路，幫助我們解決目前國內(nèi)工程教育中普遍存在的問題，以滿足社會(huì)對(duì)工程人才的需求，目前，我院開放性實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作仍在完善階段，力求通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)提升學(xué)生實(shí)踐能力。實(shí)踐表明，自平臺(tái)建成的2年來，除服務(wù)于正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)外，承擔(dān)國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃30項(xiàng)、校級(jí)SRTP項(xiàng)目50余項(xiàng)，根據(jù)近2年的統(tǒng)計(jì)，學(xué)生成功申請(qǐng)了發(fā)明專利30余項(xiàng)，發(fā)表論文10余篇。平臺(tái)服務(wù)于大學(xué)生工程訓(xùn)練、自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練、大學(xué)生社會(huì)實(shí)踐等，在全國大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽中，獲得特等獎(jiǎng)2項(xiàng)。學(xué)生通過能動(dòng)類綜合性實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、不拘束于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案，能有計(jì)劃的完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)訓(xùn)的目的;同時(shí)學(xué)生充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的潛能，充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，全面地提高學(xué)生的實(shí)踐綜合素質(zhì)。我們相信根據(jù)學(xué)校和專業(yè)的特色以及學(xué)生的不同情況將該工程模式與專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際情況相結(jié)合，就可以培養(yǎng)出真正的適應(yīng)社會(huì)需求的具有構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作能力的人才。

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Exploration on the? Experiment Curriculum System of Energy and Power Engineering under the International Engineering Education Model

SUN Kuan， ZHOU Yong-li， ZENG Li， CHEN Shan-shan， ZHENG Yu-jie

（Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems， Ministry of Education， School of Energy and Power Engineering， Chongqing University， Chongqing 400044， China）

Abstract： Under the background of the Belt and Road Initiative， the rapid development of economy needs the support of new engineering talents. Aiming at the teaching characteristics of the energy and power engineering major， and based on an engineering education model of CDIO emerging in the reform of international engineering education in recent years， this paper discusses the existing problems of the experiment teaching in colleges and universities. The teaching idea of “student-oriented and students learning-oriented” is constructed in view of the open experiment curriculum system， and a set of teaching plan of practice curriculum system is established to cultivate students innovative thinking ability， which enlightens students scientific thinking and speculative consciousness in the implementation process of the plan.

Key words： CDIO; energy and power engineering; open experiment; teaching reform