王計敏，鄭志敏，劉典福

（安徽工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，安徽馬鞍山 243002）

目前，我國的工程教育面臨著培養(yǎng)新型工程人才和與國際接軌的雙重挑戰(zhàn)。這意味著我國高校的工程教育不僅需要提高學(xué)生應(yīng)用計算機技術(shù)解決專業(yè)問題的能力，而且需要培養(yǎng)具有全球視野和創(chuàng)新意識、具備團隊合作觀念和跨界創(chuàng)新能力等特質(zhì)的學(xué)生。這對高校工科專業(yè)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)有教學(xué)模式提出了新的挑戰(zhàn)。因此，我們需要根據(jù)新工科人才的能力要求來構(gòu)建和優(yōu)化人才培養(yǎng)體系，推動計算機實踐系列課程的實施，促進人文科學(xué)與工科教育更好地融合。這既有助于實現(xiàn)高校思政教育，又有助于提升工程類專業(yè)人才的創(chuàng)新綜合能力，以滿足現(xiàn)代社會對新型工程人才的需求[1-2]。

安徽工業(yè)大學(xué)的能源動力專業(yè)立足于華東地區(qū)，并輻射周邊省份，具有一定的冶金特色。因此，在能源動力專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂過程中，結(jié)合該專業(yè)的特色優(yōu)勢，我們進行了基于冶金熱能特色實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。我們特別強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生解決冶金熱工問題的計算機實踐能力。在傳授知識的基礎(chǔ)上，我們將思政和育人兩大目標(biāo)與實踐過程有機融合，以實現(xiàn)正向協(xié)同效應(yīng)。要充分實現(xiàn)這些目標(biāo)，就需要教師充分挖掘思政教育與計算機實踐課程教育之間的結(jié)合點，將愛國主義、個人道德修養(yǎng)以及職業(yè)生涯規(guī)劃等有效融入計算機實踐系列課程的教學(xué)工作中。此外，學(xué)生通過參與鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實踐，提高知識轉(zhuǎn)化能力、計算機應(yīng)用能力和創(chuàng)新水平。通過這一過程，我們形成了一種具有冶金特色的新模式，滿足了新工科背景下能源動力類專業(yè)計算機實踐系列課程的教學(xué)需求。通過這種模式培養(yǎng)出來的畢業(yè)生，不僅具備扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的專業(yè)技術(shù)知識，在能源、環(huán)境保護等領(lǐng)域從事設(shè)計、研發(fā)、制造和安裝等工作，而且能夠勝任相關(guān)行業(yè)的管理、教學(xué)和科研等任務(wù)，成為新時代中國特色社會主義所需、滿足新工科人才要求的、具有冶金特色的動力工程師。

一、計算機實踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題

安徽工業(yè)大學(xué)的能源動力專業(yè)開設(shè)了熱力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、流體力學(xué)、火焰爐熱工、鍋爐原理等傳統(tǒng)課程。然而，這些課程主要側(cè)重于理論知識的傳授，缺乏實際工程實踐操作，也沒有引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。這導(dǎo)致了課堂教學(xué)的單調(diào)和枯燥，降低了教學(xué)質(zhì)量，未能為學(xué)科的進一步發(fā)展提供有效的支持。同時，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性較低，他們?nèi)狈γ鞔_的學(xué)習(xí)目標(biāo)和動力，通常處于無所作為的狀態(tài)，導(dǎo)致出勤率下降?，F(xiàn)有的教學(xué)模式未能構(gòu)建出完善的課程體系，以滿足工程實踐和工程師基本培訓(xùn)的需求。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的效果也不盡如人意，存在一些問題，例如過于注重基礎(chǔ)知識而忽視實際技術(shù)應(yīng)用，更注重驗證而忽視創(chuàng)新。同時，當(dāng)前的教學(xué)課程體系未能及時引入能夠反映“新工科”發(fā)展趨勢的跨學(xué)科專業(yè)課程，比如CFD技術(shù)等。這些課程應(yīng)該隨著學(xué)生知識的積累而逐漸深入，卻未被納入教學(xué)計劃。此外，學(xué)生缺乏計算機技術(shù)在該專業(yè)的應(yīng)用實踐，也限制了學(xué)生的技術(shù)水平和知識更新速度，使他們無法成為具備跨學(xué)科綜合素質(zhì)的新工科人才?，F(xiàn)有的計算機實踐系列課程的總體設(shè)計沒有充分體現(xiàn)出安徽工業(yè)大學(xué)能源動力專業(yè)的冶金特色，也未能發(fā)揮出思政資源與計算機實踐系列課程內(nèi)容之間的互動融合效應(yīng)。

二、計算機實踐系列課程體系的構(gòu)建

能源動力類專業(yè)的計算機實踐系列課程體系以冶金行業(yè)特色為支撐，強化了計算機技術(shù)在新工科人才培養(yǎng)中的作用。因此，為了發(fā)揮本專業(yè)在冶金行業(yè)的優(yōu)勢，我們開設(shè)了冶金工業(yè)概論課程，旨在為學(xué)生將來成為能源動力專業(yè)的高級人才開啟通向冶金領(lǐng)域的第一扇大門，讓能源動力專業(yè)的學(xué)生盡早接觸冶金知識和文化，以切實提高他們分析解決冶金中的能源與環(huán)境問題的能力，為專業(yè)啟蒙教學(xué)做好準(zhǔn)備。

“新工科”的建設(shè)對能源動力專業(yè)的計算機實踐教學(xué)效果的要求越來越高，這也是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑之一。因此，教師將熱工學(xué)和其他專業(yè)知識綜合運用，并結(jié)合編程語言Visual Basic/C/Fortran進行計算機編程實踐，從而有效提升學(xué)生運用計算機技術(shù)解決本專業(yè)實際問題的綜合能力。結(jié)合專業(yè)冶金特色，我們?nèi)嬲归_了熱工問題的計算機分析與設(shè)計，包括熱工數(shù)值計算理論、熱工基礎(chǔ)算例和工程應(yīng)用案例分析、熱工軟件開發(fā)等層次。熱工計算機編程實踐課程是工科學(xué)生將理論與實踐聯(lián)系起來的紐帶，也是學(xué)生從學(xué)校順利走向社會的橋梁。

此外，CFD技術(shù)在科學(xué)研究、產(chǎn)品設(shè)計和課堂教學(xué)等方面發(fā)揮著重要的作用。因此，以新工科發(fā)展為導(dǎo)向的跨學(xué)科能源動力專業(yè)通過引入CFD等技術(shù)，讓學(xué)生熟悉常見CFD軟件的基本操作方法。在此基礎(chǔ)上，借助該類課程的開設(shè)，教師幫助學(xué)生掌握流動及傳熱問題數(shù)值模擬的基本理論和建模思路，學(xué)生能夠利用計算流體力學(xué)相關(guān)知識解決專業(yè)問題。教師將CFD理論方法與軟件實訓(xùn)結(jié)合起來介紹，以便學(xué)生能夠掌握CFD技術(shù)原理和CFD軟件的使用方法，注重理論、實訓(xùn)和應(yīng)用的綜合提高，并精心編選涉及能源動力類專業(yè)熱工問題的CFD應(yīng)用實例。

為了充分挖掘計算機實踐系列課程的思政資源，使之與本系列課程內(nèi)容有效融合，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，教師應(yīng)結(jié)合能源動力專業(yè)課程體系的特點，針對冶金行業(yè)特色，構(gòu)建基于新工科的計算機實踐系列課程教學(xué)模式。這意味著以“立德”為根本教育任務(wù)，教師通過全新的“三全”育人形式（全程、全員、全課程），在傳授知識這一基礎(chǔ)目標(biāo)的同時，實現(xiàn)計算機實踐系列課程與思政內(nèi)容相結(jié)合的德融教學(xué)，形成互利共生的關(guān)系。

三、計算機實踐系列課程體系的實施

（一）教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

冶金工業(yè)概論課程的重點是結(jié)合鋼鐵冶煉過程中的設(shè)備和工藝，講解控制整個冶金過程和“三傳一反”傳輸現(xiàn)象（包括質(zhì)量傳輸、熱量傳輸、動量傳輸和化學(xué)反應(yīng)）。這有助于學(xué)生理解熱工學(xué)知識如何在鋼鐵生產(chǎn)實踐中體現(xiàn)。同時，這也為教師后續(xù)開展計算機實踐系列課程教學(xué)提供了冶金特色的背景。只有通過這種方式，我們才能充分發(fā)揮能源動力專業(yè)的優(yōu)勢，基于機理采取必要措施來進行工藝優(yōu)化，改進設(shè)備以提高冶金過程的效率、提高化學(xué)反應(yīng)速率。這也滿足了科學(xué)研究不斷深入的需求。冶金工業(yè)概論課程立足于專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，強調(diào)以學(xué)生為中心的教學(xué)實施過程，突出實踐性和創(chuàng)新性培養(yǎng)，同時突顯了教師身為榜樣的示范引領(lǐng)作用。我們采用多元化的思政育人形式，實現(xiàn)德育，促進學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和道德素質(zhì)的提升，涵蓋人生觀、價值觀、職業(yè)道德、科學(xué)精神等多個方面的德育。

教師以冶金工業(yè)概論課程的教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)要求，運用計算機技術(shù)，對冶金行業(yè)中的熱工問題進行編程實踐和CFD軟件仿真實訓(xùn)。熱工編程實踐作為專業(yè)實踐課程，內(nèi)容繁雜，教學(xué)難度較大。為提高實踐教學(xué)效果，我們使用Microsoft Visual Basic/C/Fortran等工具，結(jié)合傳熱學(xué)、熱力學(xué)、換熱器原理與設(shè)計、流體力學(xué)、燃料及燃燒等相關(guān)知識，分別以傳熱學(xué)算例、工程熱力學(xué)算例、工程流體力學(xué)算例、燃料與燃燒算例為基礎(chǔ)案例，結(jié)合專業(yè)特色工程案例，將熱工學(xué)等專業(yè)知識綜合應(yīng)用，并以此為基礎(chǔ)進行計算機編程實踐。針對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，我們以高爐熱風(fēng)爐節(jié)能模擬系統(tǒng)、管狀換熱器計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)為軟件開發(fā)實例，展現(xiàn)了軟件分析與設(shè)計過程。普通工程類專業(yè)本科生最關(guān)心如何用CFD手段解決本領(lǐng)域的工程實際問題，學(xué)生只需熟練掌握并應(yīng)用CFD軟件解決本專業(yè)的工程實踐問題，只需對計算流體力學(xué)相關(guān)理論進行宏觀了解。然而，學(xué)生對于CFD相關(guān)的數(shù)值計算理論等內(nèi)容必須深刻領(lǐng)會，以便逐漸學(xué)會如何自己編寫CFD程序。因此，教師需要從編程實踐的一些真實現(xiàn)象入手（如數(shù)值耗散、計算不收斂等），形象講解計算穩(wěn)定性和收斂性、計算格式等原理和要點，并引導(dǎo)學(xué)生從圖表結(jié)果中提取數(shù)據(jù)、擬合經(jīng)驗方程、分析規(guī)律等。教師通過以鋼包中心底吹氬多相流動問題為例，進行CFD技術(shù)原理的綜合分析和編程實訓(xùn)，讓學(xué)生能夠掌握相關(guān)數(shù)值計算方法并熟練應(yīng)用計算機技術(shù)。在此過程中，教師培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木衿焚|(zhì)。

常見的CFD軟件雖然種類繁多，但界面都比較友好，使用較為方便。然而，如果使用者沒有扎實的理論基礎(chǔ)作為支撐而盲目使用，可能會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果。因此，熟練掌握流體力學(xué)及其計算方法仍然是CFD使用的基礎(chǔ)。CFD課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括以下方面：CFD的基礎(chǔ)理論構(gòu)建（包括流體力學(xué)、數(shù)值計算方法等多學(xué)科基礎(chǔ)知識；數(shù)學(xué)模型，尤其是偏微分方程的離散和求解方法、各種模型的物理意義和適用范圍等），為后續(xù)的CFD軟件應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。CFD軟件的介紹和使用包括軟件界面設(shè)置和菜單構(gòu)成的介紹、課堂演示和上機實踐相結(jié)合等，使學(xué)生能夠快速了解CFD軟件及其框架結(jié)構(gòu)。我們應(yīng)開發(fā)創(chuàng)新實踐平臺，實現(xiàn)課堂教學(xué)內(nèi)容的同步語音、案例庫視頻演示等功能，完成課程教學(xué)案例庫的建設(shè)。案例庫視頻演示應(yīng)包括求解器FLUENT的數(shù)值計算案例、前處理軟件DesignModeler和SpaceClaim的模型創(chuàng)建案例、GA M BIT和ICEM的網(wǎng)格劃分案例、處理軟件TECPLOT和CFD-Post的展示案例。此外，我們結(jié)合工程應(yīng)用的需要，結(jié)合安徽工業(yè)大學(xué)能源與動力專業(yè)的冶金熱能特色，建立CFD軟件應(yīng)用實例實訓(xùn)庫，開展CFD商用軟件的仿真實訓(xùn)。在實訓(xùn)案例中涉及的理論模型和關(guān)鍵環(huán)節(jié)都應(yīng)進行上機推演。同時，教師在授課過程中，可以借助工程實例向?qū)W生講述CFD領(lǐng)域科學(xué)家的先進事跡，激發(fā)學(xué)生的家國情懷，還應(yīng)引入行為規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生的奮斗精神。

（二）教學(xué)方法探索

理論教學(xué)：教師應(yīng)貫穿“工程應(yīng)用”這一指導(dǎo)思想，側(cè)重講解理論公式的應(yīng)用條件和注意事項，同時減少對理論推導(dǎo)過程的詳細闡述。尤其在熱工編程和CFD軟件實訓(xùn)過程中，教師更適合采用工程案例進行啟發(fā)式教學(xué)。教師應(yīng)重點介紹CFD軟件（例如FLUENT）的基本原理和操作方法，為學(xué)生提供上機實訓(xùn)時間和機會，同時適度減少計算理論的授課。教師應(yīng)結(jié)合計算機實踐系列課程所蘊含的唯物主義哲學(xué)思想，通過精心設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容將思政元素融入理論教學(xué)中，以引導(dǎo)學(xué)生更深入地理解科學(xué)精神。教學(xué)形式可以多樣化，包括在線學(xué)習(xí)、課堂討論、案例分析、任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)、評價等。教師根據(jù)課程大綱、教學(xué)目標(biāo)和評估方式，鼓勵學(xué)生自發(fā)培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

上機教學(xué)：教師應(yīng)將學(xué)生分成若干個小組，采用項目驅(qū)動式的方法進行教學(xué)，并為每個小組分配與冶熱能相關(guān)的熱工計算機編程案例或CFD軟件實訓(xùn)案例。各小組的學(xué)生應(yīng)在組內(nèi)分工合作，結(jié)合示例和文獻，深入研究并理解文獻內(nèi)容，進行組內(nèi)討論。隨后，各小組應(yīng)確定各自案例的具體研究方向，相互協(xié)作深入研究。最后，各小組應(yīng)選出組長，并分批次在課堂上匯報，內(nèi)容包括案例描述、建模設(shè)置、求解方法和結(jié)果分析等。根據(jù)工科專業(yè)的課程設(shè)置要求和教學(xué)目標(biāo)，熱工編程實踐應(yīng)以基礎(chǔ)類項目為訓(xùn)練對象，而CFD軟件實訓(xùn)則應(yīng)在此基礎(chǔ)上進行真實工程項目的軟件操作。通過逐漸增加難度的實踐，學(xué)生不僅深化了對熱工基本理論的理解，提高了對計算方法、各種數(shù)學(xué)模型和離散格式的掌握程度，而且有助于他們熟悉和應(yīng)用CFD技術(shù)解決工程項目的設(shè)計問題，為學(xué)生未來的畢業(yè)設(shè)計或研究工作打下堅實基礎(chǔ)。這種將實踐性任務(wù)模式與課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識、思辨能力、信息檢索和應(yīng)用技能。

考核體系：高校改變傳統(tǒng)的“一張試卷決定成績”的考核模式，建立科學(xué)有效的新型考核體系，以最大限度地體現(xiàn)學(xué)生的真實水平。這樣能夠全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強他們進行科學(xué)探索的主觀積極性。具體措施如下：

1.基礎(chǔ)理論考試主要測試熱工相關(guān)理論知識。這部分考核注重考查學(xué)生的問題分析和解決能力，通常在第一學(xué)習(xí)階段結(jié)束后進行。

2.上機考試要求學(xué)生完成教師規(guī)定的熱工編程案例。這部分考核要求學(xué)生當(dāng)堂完成計算分析并提交報告，避免學(xué)生之間的抄襲行為。

3.實訓(xùn)報告答辯，涉及自主探索模式下的CFD軟件仿真實訓(xùn)。學(xué)生應(yīng)分成小組，每組隨機分配一個CFD問題，通過開放式討論、練習(xí)和編程作業(yè)等步驟，強化學(xué)生對熱工相關(guān)知識的掌握和應(yīng)用。最后，學(xué)生需要提交研究報告并進行PPT展示。在匯報過程中，教師通過提問和報告評價等方式對各組的表現(xiàn)進行評估總結(jié)，同時結(jié)合各組成員的平時表現(xiàn)，形成學(xué)生的總評成績。

這種考核方式不僅能夠讓學(xué)生以組為單位，自由平等地表達各組的想法，而且有助于各組之間就有爭議的問題進行合理討論和解決。這充分體現(xiàn)了教學(xué)考核目標(biāo)中的思政元素，包括“工匠精神”的不斷完善、“創(chuàng)新意識”和“團隊協(xié)作意識”的培養(yǎng)。

網(wǎng)絡(luò)平臺：傳統(tǒng)課堂教學(xué)所提供的信息已不足以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，因此，學(xué)校應(yīng)積極提供多樣化的教學(xué)環(huán)境和教育資源。計算機實踐系列課程應(yīng)建立在課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的基礎(chǔ)上，旨在搭建一個包括教學(xué)輔助軟件、多媒體課件、視頻資料的綜合教學(xué)平臺。該平臺還可以提供在線學(xué)習(xí)、案例模擬、遠程測試、網(wǎng)絡(luò)論壇等服務(wù)，學(xué)生可以通過這些服務(wù)進行合作互動和交流討論。此外，學(xué)生還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺與教師實時交流，拓展師生之間互動的廣度和深度，使交流更加開放和自由，不再受到地域和時空的限制。這種網(wǎng)絡(luò)平臺的建立將徹底改變傳統(tǒng)課堂授課方式的局限性，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)活動的主體，激發(fā)他們的動手能力和思考能力，提高其參與教學(xué)活動的積極性。

四、計算機實踐系列課程體系的應(yīng)用

根據(jù)計算機實踐系列課程的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)校逐步建立了實踐人才能力培養(yǎng)體系，其中包括編寫相關(guān)課程教學(xué)大綱和教學(xué)要求。此外，學(xué)校還出版了具有特色的教材，如《CFD基礎(chǔ)及其軟件實訓(xùn)》和《熱工計算理論與實務(wù)》。同時，學(xué)校還開發(fā)了相關(guān)教學(xué)輔助軟件，如冶金工業(yè)概論多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)和熱工過程數(shù)值模擬教學(xué)助手。學(xué)校還提供了可操作的計算機實踐系列課程實施方案、編程基礎(chǔ)實踐案例和工程應(yīng)用案例、軟件仿真實訓(xùn)庫以及課程思政教學(xué)資料庫等。教師通過德融教學(xué)，使學(xué)生更深入地了解所學(xué)專業(yè)的特點，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，并獲得更大的學(xué)習(xí)動力。與往屆學(xué)生相比，學(xué)生的出勤率和關(guān)注度都有所提高，學(xué)習(xí)效果也更加理想。在課上課下，學(xué)生的參與度明顯提高，他們更積極地提問、參與討論，與老師互動更頻繁。他們不僅與老師討論學(xué)業(yè)上的問題，而且咨詢與個人情感和人生規(guī)劃相關(guān)的問題。學(xué)生的作業(yè)態(tài)度認真，任務(wù)完成度較高，積極參與實踐活動。學(xué)校組織的學(xué)生評教結(jié)果顯示，學(xué)生高度認可這門課程和授課教師。學(xué)校和學(xué)院的督導(dǎo)專家聽課后也高度評價了該課程的德融教學(xué)效果。

五、結(jié)束語

綜上所述，安徽工業(yè)大學(xué)結(jié)合能源動力專業(yè)的冶金行業(yè)特色優(yōu)勢，按照新工科背景下能源動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，融合思政育人元素，通過不斷重構(gòu)和探索計算機實踐系列課程的教學(xué)內(nèi)容和方法，充分挖掘和發(fā)揮該系列課程的德育功能，提煉出該系列課程中蘊含的中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和價值觀元素，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中潛移默化地接受正確的精神引導(dǎo)和社會主義核心價值觀塑造。