陳玉民 史承靜 崔鑫 任燕燕 周懷春

摘? 要：綜合能源時(shí)代動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)的重大特征是多元化、智能化和低碳化，人才培養(yǎng)需求強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉融合和工程實(shí)踐導(dǎo)向。圍繞當(dāng)前動(dòng)力機(jī)械原理課程的知識(shí)體系滯后于實(shí)際需求、工程實(shí)踐教育內(nèi)涵與實(shí)踐不突出、產(chǎn)教研協(xié)同育人融合途徑缺乏等問(wèn)題，該文結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒國(guó)內(nèi)外同領(lǐng)域高等院校先進(jìn)措施，探討面向綜合能源時(shí)代的動(dòng)力機(jī)械原理課程與實(shí)踐改革方案。通過(guò)課程內(nèi)容重構(gòu)和教學(xué)方法融合、基于數(shù)字孿生的綜合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)、產(chǎn)業(yè)專家進(jìn)課堂深度廣度拓展等協(xié)同，打造適應(yīng)綜合能源時(shí)代需求的新型精品工程教育課程，拓寬學(xué)生知識(shí)體系，提高工程實(shí)踐素養(yǎng)，培養(yǎng)繼續(xù)學(xué)習(xí)能力，支撐能源動(dòng)力機(jī)械行業(yè)的人才培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力機(jī)械原理;綜合能源;專業(yè)課程建設(shè);工程實(shí)踐;人才培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）23-0001-05

Abstract： Diversification， intelligence and low-carbon were the major features of power devices in the comprehensive energy era， which draw more emphasis of interdisciplinary integration and engineering practice orientation on the professional education. Concerning the problems facing by Principles of Power Machinery course， including the lagging of course knowledge behind industrial demands， the targets of engineering practice education is not outstanding， and praxis of industry-education-research collaboration is absent， this paper investigate and discuss the strategy to rebuild the knowledge system and practice scheme of the power device source. Through coordination of methods including the reconstruction of course content and the integration of teaching methods， the construction of comprehensive training platform based on digital twin methods， invitation of industrial experts into the classroom， a new high-quality engineering education course that fulfill development of power device in the comprehensive energy era would be constructed. The improvement in the power device course aims to broaden the knowledge system of students， improve the engineering practice capacity， and cultivate continue-learning ability， so talent demand from the power devices industry would be responded satisfactorily.

Keywords： Principles of Power Machinery; comprehensive energy; professional curriculum construction; engineering practice; talent cultivation

多能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)已成為現(xiàn)代能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。綜合能源系統(tǒng)作為分布式電源、儲(chǔ)能、氫能等的復(fù)合載體，能滿足多能源、多行業(yè)的需求，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵支撐?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確了綜合智慧能源系統(tǒng)的構(gòu)建，能源動(dòng)力類(lèi)專業(yè)響應(yīng)綜合智慧能源發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)展專業(yè)課程改革勢(shì)在必行[1]。動(dòng)力機(jī)械原理課程作為能動(dòng)類(lèi)起重要支撐作用的專業(yè)基礎(chǔ)課程，承擔(dān)了面向綜合能源時(shí)代培養(yǎng)創(chuàng)新性、復(fù)合型卓越工程人才的重要任務(wù)[2-3]，是能源動(dòng)力類(lèi)專業(yè)改革的重要內(nèi)容。

一綜合能源時(shí)代動(dòng)力機(jī)械原理課程改革需求

（一）綜合能源時(shí)代動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

以燃燒為能量來(lái)源的內(nèi)燃機(jī)等燃燒動(dòng)力裝置未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將仍然是交通、物流、電力行業(yè)的主流動(dòng)力系統(tǒng)。同時(shí)，在國(guó)家“雙碳”政策引導(dǎo)下和新能源技術(shù)刺激下，綜合能源系統(tǒng)中可再生電力、氫能等融合比例穩(wěn)步提升，以動(dòng)力電池和燃料電池為能量來(lái)源的電驅(qū)動(dòng)力設(shè)備在交通領(lǐng)域的應(yīng)用比例越來(lái)越高。以汽車(chē)行業(yè)為例，2012—2021年，國(guó)內(nèi)汽車(chē)保有量從0.93億輛增加至3.021億輛，增幅超過(guò)300%;新能源汽車(chē)從1.25萬(wàn)輛增加至784萬(wàn)輛，增幅更是超過(guò)700%[4]，如圖1所示。據(jù)公安部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年6月底，全國(guó)汽車(chē)保有量為3.10億輛，新能源汽車(chē)達(dá)到1 001萬(wàn)輛，占汽車(chē)總量的3.23%。其中純電動(dòng)汽車(chē)保有量為810.4萬(wàn)輛，占新能源汽車(chē)總量的80.93%[4-5]。可見(jiàn)，以汽車(chē)產(chǎn)業(yè)為背景的動(dòng)力機(jī)械行業(yè)，其發(fā)展趨勢(shì)具有以下特點(diǎn)：①內(nèi)燃機(jī)等燃燒動(dòng)力系統(tǒng)需求保持基本主導(dǎo)地位，但是增長(zhǎng)速度逐步放緩;②電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)需求增長(zhǎng)旺盛，且暫時(shí)以純電動(dòng)系統(tǒng)為帶動(dòng)龍頭。因此，綜合能源時(shí)代，動(dòng)力機(jī)械向電動(dòng)化、多元化發(fā)展是必然趨勢(shì)。

（二）面向綜合能源的動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)業(yè)人才需求

技術(shù)發(fā)展和社會(huì)需求帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的變革，進(jìn)一步推動(dòng)人才需求導(dǎo)向的變化。國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》明確指出：堅(jiān)持電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化發(fā)展方向，推動(dòng)我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)每年從事新能源汽車(chē)相關(guān)的企業(yè)注冊(cè)數(shù)從2012年的0.32萬(wàn)家迅速增加到2021年的16.70萬(wàn)家，同比增長(zhǎng)51.2倍，如圖2所示。以電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)為核心的新能源汽車(chē)行業(yè)人才吸納能力將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

內(nèi)燃機(jī)將在長(zhǎng)途、重型商用車(chē)領(lǐng)域繼續(xù)保持穩(wěn)定發(fā)展勢(shì)頭，未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展方向也很明確：①電氣化，通過(guò)先進(jìn)控制技術(shù)提高熱效率和環(huán)保性;②新能源，采用氫、氨、生物燃油等低碳能源以降低碳排放。2019年，上汽集團(tuán)和博世集團(tuán)分別發(fā)布了2.0 T的缸內(nèi)直噴增壓氫內(nèi)燃機(jī);2021年，豐田汽車(chē)公司的氫內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)在日本富士賽道進(jìn)行了24 h拉力賽;國(guó)內(nèi)的中國(guó)一汽、廣汽集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車(chē)等公司也分別推出不同型號(hào)的缸內(nèi)直噴增壓氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)樣品[6]。內(nèi)燃機(jī)行業(yè)需要掌握信息控制、先進(jìn)材料、智能制造等交叉鄰域知識(shí)的復(fù)合型人才，以支撐產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

同時(shí)，隨著新能源技術(shù)、信息控制技術(shù)的迭代更新，動(dòng)力機(jī)械與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的深度融合，對(duì)人才素質(zhì)、能力、可塑性及交叉性等要求也愈來(lái)愈高。動(dòng)力機(jī)械專業(yè)領(lǐng)域?qū)W生不宜再局限于對(duì)單一動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)知識(shí)的了解與學(xué)習(xí)，還要對(duì)耦合動(dòng)力系統(tǒng)，和支撐不同動(dòng)力裝置的能源互聯(lián)網(wǎng)，以及綜合動(dòng)力裝置動(dòng)力系統(tǒng)衍生的交通物聯(lián)網(wǎng)有全面認(rèn)知。如何培養(yǎng)符合綜合能源時(shí)代需求，能夠適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、協(xié)調(diào)整合知識(shí)的新型動(dòng)力機(jī)械專業(yè)人才刻不容緩。

（三）? 動(dòng)力機(jī)械原理課程內(nèi)涵與教學(xué)改革需求

動(dòng)力機(jī)械原理是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的核心專業(yè)課[7]。但是，綜合能源時(shí)代，原有的動(dòng)力機(jī)械原理課程內(nèi)容難以支撐社會(huì)、產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，造成了教學(xué)內(nèi)容、方式與社會(huì)、產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求的嚴(yán)重割裂。由于新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展革新，不斷有理論、工程難題被攻克和出現(xiàn)，課程知識(shí)尤其是實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)迭代速度快[8]。目前存在的以下主要問(wèn)題。

1? 課程知識(shí)體系滯后于實(shí)際需求

目前的動(dòng)力機(jī)械原理課程大多還以內(nèi)燃機(jī)等燃燒動(dòng)力裝置為單一核心內(nèi)容，從系統(tǒng)部件、熱力循環(huán)、性能指標(biāo)、工作過(guò)程、污染物控制及運(yùn)行特性等方面設(shè)置教學(xué)內(nèi)容;而面向電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)的內(nèi)容嚴(yán)重缺乏，知識(shí)體系不完善。

2? 工程實(shí)踐教育內(nèi)涵與實(shí)踐不突出

動(dòng)力機(jī)械專業(yè)涉及機(jī)械工程、燃燒學(xué)、工程熱力學(xué)和材料學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，現(xiàn)在進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息控制技術(shù)、環(huán)境科學(xué)技術(shù)等專業(yè)領(lǐng)域交叉融合，是一門(mén)典型的綜合性、前沿性和應(yīng)用型的工程專業(yè)課程。隨著新能源技術(shù)的迅猛發(fā)展，動(dòng)力機(jī)械進(jìn)一步與清潔能源、人工智能、綜合能源系統(tǒng)深度交叉。

3? 產(chǎn)教研協(xié)同育人融合途徑缺乏

校企協(xié)同育人，僅僅注重了對(duì)學(xué)校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，而忽略了對(duì)企業(yè)的科技創(chuàng)新提升和人才培育的反哺功能[9];校企協(xié)同育人，真正參與高校工程教育過(guò)程的高級(jí)研發(fā)人員、高級(jí)工程師不足，導(dǎo)致工程教育人才培養(yǎng)體系和方案建設(shè)、教學(xué)體系不夠健全。校企協(xié)同育人，高校層面的教師教學(xué)評(píng)價(jià)制度有待改革，教師層面缺乏有效激勵(lì)。

綜上所述，基于燃燒驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展的趨勢(shì)，需要根據(jù)社會(huì)產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)家政策定位，對(duì)動(dòng)力機(jī)械原理課程體系進(jìn)行符合變革需求的完善和重構(gòu)，并通過(guò)有效的實(shí)踐課程開(kāi)發(fā)，推動(dòng)符合綜合能源時(shí)代需求的人才培養(yǎng)。因此，開(kāi)展動(dòng)力機(jī)械原理課程內(nèi)涵與教學(xué)改革需求迫切。

二? 動(dòng)力機(jī)械原理課程改革途徑

（一）? 動(dòng)力機(jī)械原理課程內(nèi)容重構(gòu)

1? 線下線上混合教學(xué)

結(jié)合信息化技術(shù)，在多學(xué)科交叉、復(fù)合知識(shí)融合背景和有限課時(shí)條件下，采用多元教學(xué)方式，合理實(shí)現(xiàn)教學(xué)課堂學(xué)時(shí)分配，實(shí)現(xiàn)教（教師教學(xué)）學(xué)（學(xué)生學(xué)習(xí)）進(jìn)度的協(xié)同。充分利用“慕課”“微課”“雨課堂”等線上教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)[10]，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、線上拆裝等方式，開(kāi)展內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)方面知識(shí)的學(xué)習(xí)與教授，包括內(nèi)燃機(jī)整體結(jié)構(gòu)、機(jī)體組與曲柄連桿機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑與冷卻系統(tǒng)和起動(dòng)與點(diǎn)火系統(tǒng)等。

2? 課程內(nèi)容專寬并重

內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)原理涵蓋的課程內(nèi)容包括：內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程、內(nèi)燃機(jī)工作指標(biāo)與影響因素、內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)與能量平衡、內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程與進(jìn)氣充量、內(nèi)燃機(jī)混合氣形成與燃燒過(guò)程分析、內(nèi)燃機(jī)排放特性與控制技術(shù)及內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行特性與工況匹配等。

電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)原理涵蓋的課程內(nèi)容包括：電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作原理、動(dòng)力電池工作系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)工作原理和混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理。將最新科研成果，通過(guò)課堂講授、實(shí)際操作等方式反哺動(dòng)力機(jī)械原理課程的教授與學(xué)習(xí)，促使學(xué)生掌握新能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的前沿成果，加深對(duì)課堂教學(xué)知識(shí)的理解與進(jìn)一步拓展升華。

3? 教學(xué)方法突出融合

課程教授整體框架設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)燃燒動(dòng)力系統(tǒng)與電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)比分析的主線，促進(jìn)學(xué)生對(duì)綜合能源時(shí)代不同動(dòng)力機(jī)械結(jié)構(gòu)特性、工作原理、運(yùn)行特性、應(yīng)用范圍等知識(shí)的掌握和應(yīng)用。充分融合自動(dòng)控制原理、熱工過(guò)程控制、動(dòng)力電池?zé)峁芾?、?jié)能原理和燃燒污染物控制等課程原理性知識(shí)，為分析動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨問(wèn)題提供方法參考。

4? 教學(xué)團(tuán)隊(duì)復(fù)合交叉

課程教學(xué)科研隊(duì)伍構(gòu)建中，突破以往相同學(xué)科或?qū)I(yè)老師組建單一教研室或教學(xué)團(tuán)隊(duì)的方法，突出強(qiáng)化面向綜合能源時(shí)代的動(dòng)力機(jī)械原理課程是一門(mén)綜合性、多學(xué)科課程的新內(nèi)涵，聚集機(jī)械、電控、電池和化學(xué)等領(lǐng)域?qū)W科專家教師，打造多學(xué)科交叉融合的新工科教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)以適應(yīng)綜合能源時(shí)代發(fā)展需求。

（二）? 動(dòng)力機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)建設(shè)

動(dòng)力機(jī)械原理是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其首要導(dǎo)向?yàn)槊嫦蚬こ探逃?，以提升學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題為主要目的。因此，實(shí)踐教學(xué)是強(qiáng)化動(dòng)力機(jī)械原理課程教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)的重要保障。然而，由于受場(chǎng)地、資源、設(shè)備、人員和課時(shí)等多因素限制，以往的試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)已經(jīng)滯后于理論教學(xué)環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約了高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。綜合能源時(shí)代，動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)呈現(xiàn)燃燒動(dòng)力裝置、電驅(qū)動(dòng)力裝置并行的發(fā)展態(tài)勢(shì)，而且動(dòng)力系統(tǒng)與信息技術(shù)、智能控制的集成程度更高，對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容完整性、方法先進(jìn)性、平臺(tái)集約性、維護(hù)簡(jiǎn)便性、用戶交互性等提出了更高的要求[11]。因此，為了與課程教學(xué)內(nèi)容協(xié)同，適應(yīng)綜合能源時(shí)代的動(dòng)力機(jī)械人才培養(yǎng)需求，加強(qiáng)動(dòng)力機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新和升級(jí)迫在眉睫。突出強(qiáng)調(diào)工程教育導(dǎo)向，緊扣動(dòng)力機(jī)械行業(yè)背景，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)交互、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進(jìn)技術(shù)手段，從構(gòu)建基于數(shù)字孿生的開(kāi)放性虛擬仿真總成動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)、教學(xué)-訓(xùn)練-實(shí)踐-研發(fā)貫通融合的實(shí)踐教學(xué)體制兩方面著手，建設(shè)了面向綜合能源時(shí)代的動(dòng)力機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和方法。

1? 基于數(shù)字孿生的綜合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

建設(shè)融合多個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的綜合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室耗資巨大，且牽涉設(shè)備繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)難度大，造成綜合實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展困難[12-13]。結(jié)合數(shù)字孿生方法、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和開(kāi)放交互式遠(yuǎn)程實(shí)踐教學(xué)，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程能夠有效降低實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)成本，且可將實(shí)踐生產(chǎn)過(guò)程以數(shù)據(jù)為紐帶引入實(shí)踐教學(xué)中、通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)交互方式增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的直觀理解、通過(guò)開(kāi)放式接口和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提高學(xué)生的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力?；谙冗M(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字孿生平臺(tái)，建設(shè)“綜合動(dòng)力系統(tǒng)虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)”包含以下三大模塊。

1）燃燒動(dòng)力虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?；谶h(yuǎn)程虛擬實(shí)踐方法和線上教學(xué)資源、開(kāi)發(fā)內(nèi)燃機(jī)虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生對(duì)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造和工作原理的直觀認(rèn)知。利用Ansys Fluent、CAE、Simulink等仿真計(jì)算平臺(tái)，開(kāi)展內(nèi)燃機(jī)燃燒、噴油與物化、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和污染物脫除的仿真訓(xùn)練課程，加深對(duì)內(nèi)燃機(jī)供油、換氣、燃燒、污染物生成與控制技術(shù)等知識(shí)的認(rèn)知。結(jié)合數(shù)字孿生平臺(tái)，建設(shè)內(nèi)燃機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，開(kāi)展以下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)：內(nèi)燃機(jī)性能測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒光學(xué)在線測(cè)試與分析、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試、內(nèi)燃機(jī)供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)高壓噴霧過(guò)程模擬，以促進(jìn)課堂理論知識(shí)的融合與實(shí)踐應(yīng)用。通過(guò)信息技術(shù)和教育教學(xué)推進(jìn)更深層教學(xué)融合，對(duì)在線開(kāi)放課程進(jìn)行建設(shè)和推廣應(yīng)用，已經(jīng)成為智能時(shí)代的必要實(shí)踐教學(xué)手段。

2）電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)虛擬綜合仿真實(shí)踐平臺(tái)。為了滿足電驅(qū)動(dòng)力裝置（動(dòng)力電池+驅(qū)動(dòng)/能量回收電機(jī)+雙離合動(dòng)力耦合裝置+主減差速器）及其智能控制系統(tǒng)的教學(xué)和研發(fā)需求，建設(shè)電驅(qū)動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)綜合仿真試驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)實(shí)時(shí)映射和交互結(jié)合CAE技術(shù)，設(shè)計(jì)三維虛擬組態(tài)化方法，將主流配置的電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)映射到虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)，以其為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)搭建一個(gè)完整的車(chē)用電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。系統(tǒng)可以模塊化組裝，且能夠進(jìn)行360°VR展示，以達(dá)到直觀演示和講解電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)主要涵蓋：①直觀展示動(dòng)力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成，演示動(dòng)力電池系統(tǒng)工作過(guò)程;②通過(guò)上位機(jī)演示動(dòng)力電池狀態(tài)監(jiān)控，電池系統(tǒng)控制指令發(fā)送、執(zhí)行;③將Matlab與數(shù)值計(jì)算分析、機(jī)械控制理論融合，使理論學(xué)習(xí)實(shí)踐、軟件編程算法與實(shí)物驅(qū)動(dòng)三者有機(jī)結(jié)合。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)控制算法、提升電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)多應(yīng)用場(chǎng)景體驗(yàn)、加強(qiáng)對(duì)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)展望應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)面向新工科需求的實(shí)踐應(yīng)用能力提升。

3）運(yùn)行大數(shù)據(jù)挖掘與分析實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)。面向綜合能源時(shí)代的動(dòng)力機(jī)械涵括關(guān)聯(lián)多個(gè)生產(chǎn)行業(yè)，海量實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)行數(shù)據(jù)未被挖掘利用。虛擬教學(xué)平臺(tái)可以將復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)體化展現(xiàn)、把復(fù)雜過(guò)程原理細(xì)節(jié)化演示，有助于強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用。利用實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，以自動(dòng)控制、優(yōu)化決策、知識(shí)融合為特征，構(gòu)建工業(yè)軟測(cè)量建模、數(shù)據(jù)可視化、過(guò)程控制、企業(yè)優(yōu)化調(diào)度、生產(chǎn)管理及故障診斷為一體的多層次課程體系。探索如何強(qiáng)化學(xué)生對(duì)數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)和能源工程工藝的認(rèn)識(shí)、促進(jìn)對(duì)實(shí)踐存在問(wèn)題及解決方法的理解、提高智慧能源算法運(yùn)用、以討論答辯+報(bào)告撰寫(xiě)的形式培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，及時(shí)對(duì)學(xué)生的各實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生自主探索學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新理論的求知欲，培養(yǎng)其樹(shù)立自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)的價(jià)值觀。

2以學(xué)生為中心的試驗(yàn)-實(shí)踐-研究貫通制實(shí)踐教學(xué)方法

工程實(shí)踐教育從傳統(tǒng)的教師單向傳授、示范、指導(dǎo)的被動(dòng)式學(xué)習(xí)，向以學(xué)生為中心、強(qiáng)調(diào)自主探索、突出多樣性和創(chuàng)新性的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為被廣泛認(rèn)可的教學(xué)理念[9]。但是，受限于課時(shí)、人員和空間，一直難以大規(guī)模推廣。通過(guò)所構(gòu)建的綜合虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)，可以將學(xué)生的實(shí)踐訓(xùn)練時(shí)間從課堂時(shí)間拓展至課外，提高實(shí)踐教學(xué)的覆蓋度和操作靈活性;把同步教學(xué)單元從班級(jí)精確至小組甚至個(gè)人，而同時(shí)在線教學(xué)規(guī)?？赏卣怪炼鄠€(gè)班級(jí)甚至全年級(jí)，提高實(shí)踐教學(xué)覆蓋規(guī)模;給予學(xué)生圍繞實(shí)踐目的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法方案的自由發(fā)揮空間，突出個(gè)人差異性和過(guò)程考核。

從教學(xué)單位做好頂層設(shè)計(jì)，開(kāi)展有組織的階梯式、融合式實(shí)踐教學(xué)，促進(jìn)試驗(yàn)-訓(xùn)練-實(shí)踐-研究緊密結(jié)合。針對(duì)綜合能源背景下動(dòng)力機(jī)械學(xué)科的交叉融合特征，促進(jìn)學(xué)生與專業(yè)老師科研工作的深度融合;建設(shè)以項(xiàng)目制為內(nèi)核，充分發(fā)掘先進(jìn)科研實(shí)驗(yàn)設(shè)備和平臺(tái)在本科生、研究生試驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用潛力;通過(guò)專業(yè)和科研訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)力機(jī)械關(guān)聯(lián)的專業(yè)基礎(chǔ)和工程應(yīng)用知識(shí)，加深對(duì)難點(diǎn)、重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的理解。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將燃燒可視化診斷試驗(yàn)、等離子體助燃試驗(yàn)等科研探索結(jié)合到動(dòng)力機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)課程中，學(xué)生對(duì)于柴油機(jī)、汽油機(jī)混合氣形成，燃燒過(guò)程，單階段、多階段著火方式等課程教學(xué)重點(diǎn)，有了更清晰和形象的理解;通過(guò)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)性能測(cè)試、燃料電池封裝、電極制備等科研訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)、工作原理有了更直觀的了解。針對(duì)動(dòng)力機(jī)械原理課程的工程教育背景和動(dòng)力機(jī)械應(yīng)用特征，通過(guò)參與節(jié)能減排、挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，和國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)的創(chuàng)新訓(xùn)練[14]，激發(fā)學(xué)生將課程知識(shí)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合，把抽象的知識(shí)原理轉(zhuǎn)換為實(shí)際可行的產(chǎn)品，進(jìn)一步促進(jìn)試驗(yàn)-實(shí)踐-研發(fā)的有序融合;同時(shí)提高學(xué)生溝通協(xié)作、宣傳講解、設(shè)計(jì)分析能力，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)達(dá)到面向綜合能源時(shí)代的多維度育人目標(biāo)。

可見(jiàn)，通過(guò)以學(xué)生為中心的試驗(yàn)-訓(xùn)練-實(shí)踐-研究貫通制實(shí)踐教學(xué)，能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)動(dòng)力機(jī)械原理知識(shí)的理解和掌握，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和差異化發(fā)展，提升解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索、繼續(xù)學(xué)習(xí)興趣。為學(xué)生以后從事動(dòng)力機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和研究等方面的工作奠定必要的基礎(chǔ)。

（三）產(chǎn)教研融合協(xié)同育人模式拓展

產(chǎn)教融合、科教融合、協(xié)同育人是推進(jìn)教育綜合改革、加強(qiáng)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)、提升國(guó)家戰(zhàn)略的重要舉措[15]。推動(dòng)產(chǎn)-教-研融合，形成“技、創(chuàng)、工、學(xué)、輔”五位一體育人模式，是培養(yǎng)面向綜合能源時(shí)代、滿足動(dòng)力機(jī)械行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和多維素質(zhì)需求人才的重要途徑。

科學(xué)研究與課程教學(xué)結(jié)合遵循了知識(shí)演變的科學(xué)途徑[16]。實(shí)踐問(wèn)題是知識(shí)產(chǎn)生的源頭，而科學(xué)研究正是通過(guò)探索、分析、解決實(shí)踐問(wèn)題，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)、總結(jié)、提升問(wèn)題背后科學(xué)知識(shí)的工具。因此，沒(méi)有科學(xué)研究的進(jìn)步，就沒(méi)有知識(shí)體系的更新;如果課程不和科研結(jié)合，課程知識(shí)就會(huì)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展割裂。科學(xué)研究與課堂教學(xué)結(jié)合，促進(jìn)了知識(shí)轉(zhuǎn)化和能力提升。通過(guò)參與導(dǎo)師科研項(xiàng)目或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科技活動(dòng)，能夠有效促進(jìn)學(xué)生將眼光從課堂拓展至社會(huì)，從教材拓展到未來(lái)，強(qiáng)化運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和自主思考的能動(dòng)性，符合問(wèn)題認(rèn)知-能力訓(xùn)練-知識(shí)應(yīng)用-科學(xué)創(chuàng)新的成長(zhǎng)邏輯。

1強(qiáng)調(diào)動(dòng)力機(jī)械原理課程和關(guān)聯(lián)課程與產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系，進(jìn)一步推進(jìn)“產(chǎn)業(yè)專家進(jìn)課堂”產(chǎn)-教融合模式的融合深度和廣度

一方面，邀請(qǐng)動(dòng)力機(jī)械行業(yè)及與之密切關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)（如綜合能源系統(tǒng)、智能控制、物流網(wǎng)等）具有豐富生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的一線專家以遠(yuǎn)程或課堂教學(xué)的方式，每學(xué)期按規(guī)定課時(shí)為學(xué)生授課，促進(jìn)動(dòng)力機(jī)械原理課程內(nèi)容的豐富。另一方面，學(xué)?；蛘呓虒W(xué)單位向企業(yè)開(kāi)放課程內(nèi)容設(shè)置方案的咨詢渠道，鼓勵(lì)行業(yè)龍頭企業(yè)通過(guò)捐贈(zèng)、基金、項(xiàng)目等形式，把企業(yè)相關(guān)研發(fā)或者人才培養(yǎng)需求體現(xiàn)在動(dòng)力機(jī)械原理課程體系中，進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，促進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新和交叉融合。麻省理工學(xué)院在開(kāi)展新工程教育轉(zhuǎn)型中采用此課程體系內(nèi)容該方法，有效突出了學(xué)生學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐的緊密聯(lián)系[9]。

2教學(xué)組織頂層設(shè)計(jì)方面，通過(guò)教學(xué)工作量、教學(xué)績(jī)效考評(píng)、職稱評(píng)定條件等多渠道激勵(lì)教師參與產(chǎn)教研融合育人模式的推廣

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)低碳能源與動(dòng)力工程學(xué)院在實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)于邀請(qǐng)產(chǎn)業(yè)專家進(jìn)課堂教學(xué)的課程教師，在課程額定學(xué)時(shí)外再核實(shí)增加規(guī)定課時(shí)量;同時(shí)對(duì)于聘請(qǐng)產(chǎn)業(yè)專家也落實(shí)了課程內(nèi)容審核，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐性、科學(xué)性的有效協(xié)同。教師團(tuán)隊(duì)組建方面，由于面向綜合能源的動(dòng)力機(jī)械原理課程涉及機(jī)械、燃燒、控制、電機(jī)、電池、化學(xué)和管理等多學(xué)科領(lǐng)域，必須進(jìn)一步打破以往以研究方向、教學(xué)經(jīng)歷、專業(yè)領(lǐng)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)組建模式，由不同專業(yè)背景教師切實(shí)協(xié)作，結(jié)合產(chǎn)業(yè)教師的聘任，才能將課程打造為適應(yīng)綜合能源時(shí)代需求的新型精品工程教育課程。

三結(jié)束語(yǔ)

綜合智慧能源時(shí)代，動(dòng)力機(jī)械原理課程與燃燒理論、機(jī)械原理、智能控制、動(dòng)力電池、電機(jī)拖動(dòng)和能源管理等多學(xué)科知識(shí)交叉融合，成為能動(dòng)專業(yè)理論性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)和工程性強(qiáng)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是能動(dòng)類(lèi)專業(yè)面向智慧化、低碳化、智能化發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)展課程改革的重要著力點(diǎn)。課程內(nèi)容構(gòu)建中，要注重基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)際發(fā)展結(jié)合緊密，堅(jiān)持傳統(tǒng)能源與新能源的協(xié)同，更強(qiáng)調(diào)與多專業(yè)、多學(xué)科創(chuàng)新融合，突出教師隊(duì)伍的交叉復(fù)合性;實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，注重與數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析、虛擬現(xiàn)實(shí)交互等技術(shù)的結(jié)合，推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)放性、包容性和可交互性;人才培養(yǎng)過(guò)程中，從產(chǎn)教研結(jié)合方式創(chuàng)新、教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方案改進(jìn)、教學(xué)組織頂層設(shè)計(jì)改革，推動(dòng)注重產(chǎn)教研的深度融合。未來(lái)在教學(xué)工作中需不斷開(kāi)拓探索和積累總結(jié)，真正使動(dòng)力機(jī)械課程成為面向綜合能源時(shí)代培養(yǎng)從事動(dòng)力機(jī)械生產(chǎn)、運(yùn)行或科學(xué)研究高端人才的基石。

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基金項(xiàng)目：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“教-學(xué)-用融合的《內(nèi)燃機(jī)原理》創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用”（2020YB69）;國(guó)家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目“燃燒火焰自由基、顆粒物、主要?dú)鈶B(tài)產(chǎn)物光譜/成像檢測(cè)系統(tǒng)”（51827808）;江蘇省高等學(xué)校教育技術(shù)研究會(huì)2019年高校教育信息化研究課題“基于超星系統(tǒng)的線上線下混合式信息化教學(xué)改革與實(shí)踐”（2019JSETKT074）

第一作者簡(jiǎn)介：陳玉民（1986-），男，漢族，湖南衡陽(yáng)人，工學(xué)博士，副教授。研究方向?yàn)闅淠?，智慧能源?/p>

*通信作者：周懷春（1965-），男，漢族，湖北仙桃人，工學(xué)博士，教授。研究方向?yàn)橹腔勰茉?，熱輻射分析及燃燒監(jiān)控。