深化專業基礎課在創新型人才培養中的作用

[摘 要] 以熱能動力工程專業為研究對象，通過研究專業基礎課在創新型人才培養中的作用，探討了教學各環節的地位和內在潛力。通過多項教學改革措施的實施，有效提高了教學效果和人才培養質量，促進了學生創新意識和創新能力的培養。

[關鍵詞] 專業基礎課；創新型人才；教學方法；實驗教學；考試改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634(2011)06-0074-03

根據“厚基礎、重實踐、強能力”的人才培養戰略，華北電力大學制訂了熱能動力工程專業2008版本科專業人才培養方案，確定了“培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高，具有一定創新能力、較強實踐能力和良好發展潛力的高級專門人才”的培養目標。教學計劃中突出了創新型人才的培養，要求明確各課程及其教學環節在人才培養中的地位，進一步發揮其培養創新型人才的作用。

專業基礎課程作為提高人才培養質量和培養創新型人才的基礎環節，起著舉足輕重的地位[1]。其教學目的是要求學生掌握課程的基本理論、基本方法和基本實驗技能，培養學生分析和解決實際問題的能力，通過知識的不斷積累和融合，為后續課程的學習打下扎實的基礎。教學過程涉及教學目的、教學內容、教學方法、實驗教學和考試方法等多個環節。目前，各教學環節均存在可深層次挖掘的潛力，尚未充分發揮在人才培養、尤其是創新型人才培養中的作用。這表現在教學方法上仍為“師授生錄”的傳統模式、學生主體作用不突出；教學內容上為重理論、輕實踐的“一手硬、一手軟”現象；實驗內容多為驗證性實驗，深層次和邊緣性的實驗現象未被重視和挖掘；考試方法多為理論內容，忽視實驗教學內容等諸多方面。教學實踐中，如能對上述各環節進行深入研究和探討，充分挖掘其深層次內涵，并在實踐中加以實施，必能有效提高人才培養質量。

本文以華北電力大學熱能動力工程專業的專業基礎課工程熱力學、流體力學和傳熱學為研究對象，旨在通過深入研究各教學環節在人才培養，尤其是創新型人才培養中的地位和作用，達到全面提高教學效果的目的，將培養目標真正落到實處。

1 明確教學目的

教學目的是培養創新型人才的指南和方向。熱能動力工程專業設置有電廠熱能動力工程、電廠集控運行、制冷與空調工程等三個專業方向。三個方向雖有不同，但其專業基礎課均為工程熱力學、流體力學和傳熱學，是學習各后續專業課的前提和基礎。這三門課程既相互獨立，又相互銜接，如流體力學的學習需要工程熱力學的知識，傳熱學的學習又以工程熱力學和流體力學的內容為基礎，因此開課順序依次為工程熱力學、流體力學和傳熱學。

三門專業基礎課程教學目的又各具特色。工程熱力學的教學目的是通過學習工程熱力學的基本理論和基本知識，重點掌握熱力學基本概念，熱力學第一、第二定律，水和水蒸氣性質，動力裝置循環和制冷循環等。流體力學要求學生掌握流體力學基本概念和基本理論，重點掌握流體的平衡和運動規律、勢流理論、邊界層理論、相似原理和氣體動力學基礎等。傳熱學的目的是使學生掌握有關熱量傳遞的基本理論知識（熱傳導、對流換熱、輻射換熱和換熱器），具備分析和計算傳熱學問題的能力。同時，各專業基礎課均要求掌握一定的實驗技術和實驗操作技能。

熱能動力工程專業中的諸多實際現象或科學問題，可能需要其中一門或多門課程的知識，或者可以從不同方向進行分析，進而達到全面認識的目的。因此，上述三門課程的學習不可偏廢，而且只有明確了各專業基礎的教學目的和要求，才能達到人才培養的基本要求。

2 優化教學內容

教學內容是培養創新型人才的核心。教師應根據課程教學大綱的要求，明確教學內容中的基本要求和核心要求。在此基礎上，適當拓寬、拓展教學內容，同時密切關注、跟蹤本專業不斷涌現的新的發展方向，不斷將與課程相關的新問題、新現象和新理論補充進來，通過豐富和優化教學內容，從而激發學生的學習興趣和動力。

如工程熱力學中，對于復雜動力裝置的分析以往多從熱I律（焓）角度進行研究，而目前文獻多從熱II律（焓和熵）角度出發，以找到節能降耗的薄弱環節和實現能量的梯級利用；又如流體力學和傳熱學近年來涌現了大量新問題，如微納尺度內流體的流動與傳熱，活性劑溶液鋪展過程的指進現象，負壓狀態下液滴的霧化過程等，以及新技術的應用，如高速攝像技術、PIV測速技術等等。在這些方面，教師可結合相關領域的研究和應用現狀，或自身的科研進展和興趣，將新的科學現象、科研成果融入本科教學，在拓寬知識面和提高學生科研興趣時，逐漸培養和發現創新型人才，并使部分有想法的同學提前進入預研狀態。

3 改進教學方法

教學方法是培養創新人才的關鍵環節，教學方法不同其教學效果也會有所不同。對于專業基礎課，教學內容多為經典的理論內容或方程推導，并由此展開實際應用的討論，目前這類課程多采用以教師為主的講授式方法。授課中，以教師為主體，學生基本處于被動位置，學生在課堂上很少主動提問或敢于就不同見解與教師商榷[2，3]。實踐表明，這種傳統的教學模式不僅不能發揮學生的主動性，也不利于創新型人才的培養。因此，轉變教學觀念、改進教學方法，逐步形成研究型教學的現代教育理念就成為培養創新型人才的迫切需要。當然，不同的教學內容應選擇恰當的教學模式，切不可盲目“一刀切”。對于基礎性和原理性的內容，仍以教師講授為主；在此前提下，針對課程有關內容（如持不同觀點），通過合理運用啟發式教學、討論式教學、準研討式教學[4]等形式，鼓勵學生廣開思路，敢于“于不疑處有疑”，在積極主動的教學活動中促進學生創新意識的培養。

發揮學生主體作用是培養創新人才的催化劑。為此，教師應逐步樹立教師主導、學生主體的教學理念[5]。教學中，積極創造良好的課堂氛圍，充分調動學生的主觀能動性，激發其學習動機和興趣，使其逐步成為教學活動的主角，從而將知識轉化為能力、將興趣轉化為動力、將質疑和問題轉化為研究課題。例如流體力學中，機翼理論中關于機翼升力的形成過程，又如關于邊界層分離現象中的分離位置，這些內容在不同教材有著不同的觀點，同學可自行查閱書籍和文獻，進而展開討論；傳熱學中，如何正確理解外掠圓管換熱局部換熱系數在不同雷諾數下的回升現象與邊界層發展和分離的關系，以及各種新型高效換熱器的型式和機理，而且同學均充分發揮想象力，從理論上提出新型換熱器。另外，有些拓展性內容也可讓學生講解，如流體力學講到超聲速流動及其現象時，對于音障現象及其對飛機的影響，可由1名同學來講，既拓展了知識面，又激發了學習興趣。

教學之外，針對學生對知識的求知欲、對新問題和未知現象的探索精神，充分發揮其主觀能動性和獨立思考的能力，鼓勵學生敢于想象，大膽提出自己的設想和觀點，逐步達到學以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前，部分學生在專業教師指導下，利用動力系實驗基地，積極參與全國和學校大學生創新計劃、數學建模比賽、大學生挑戰杯和大學生節能大賽等科技活動，以及教師的一些縱、橫向科研項目中。通過主持或參與具體的科研項目，不斷發現和解決新問題，逐步提高了自身的創新能力，同時也鍛煉了組織能力，培養了團隊精神，綜合能力得到明顯提升。通過上述實踐活動，目前已涌現出一些具有一定創新意識和創新能力的學生，或發表了學術論文，或授權了實用新型專利。而且也作為保送研究生的優選條件之一，也進一步促進了學生的參與熱情和科研積極性。

4 挖掘實驗教學內容

實驗教學是培養創新人才的有力手段。實驗教學不僅是對理論內容的實際驗證，更重要的是培養學生實驗技能和分析能力的重要措施[6]，也是發揮學生主體作用的最有效的實踐環節之一。專業基礎課實驗分為驗證性和綜合性實驗，驗證性實驗側重對基本原理的驗證和再現，綜合性實驗則側重于較復雜現象的分析，二者側重點各有不同。實驗中，若能充分發揮學生的主體作用和探究精神，通過深挖實驗教學內容的內涵，鼓勵對有關邊緣性現象的觀察和深層次問題的探索，勢必能在很大程度上提高培養學生的創新意識和能力。因此，實驗中，強調學生親自動手操作實驗、主動分析實驗現象、獨立思考問題和解釋問題。

驗證性實驗也能在很大程度上提高學習效果。如流動演示實驗中，在突然擴大的流動通道內，可清晰地觀察到突擴前的截面上其流線為接近于平行直線，這也是為何在理論分析中可以把該截面近似作為緩變流截面的原因所在，若不通過實驗現象，僅靠想象既不直觀又缺乏說服力，而且可通過改變流速，進一步驗證這一假設是否始終成立。又如流體力學中的伯努利方程實驗，該實驗再現了各測點處的總水頭和靜水頭在不同流量下沿流動方向的變化規律，若脫離實驗過程，也可以從能量守恒和能量轉換的角度得出上述規律，這當然需要扎實的理論基礎和分析能力，但理論和實驗教學的有機結合，可起到事半功倍的效果。

綜合實驗更能全面考察學生的學習效果和運用知識的能力。如換熱器綜合實驗中，為何對于相同的換熱器結構，逆流情形下的傳熱系數要小于順流情形；并聯管路特性及流量分配實驗中，為何具有相同結構的各并聯管道其流量不同，壓力損失也不同；離心泵并聯及工況調節實驗中，在不同負荷下，采用共用閥和非共用閥進行調節其經濟性為何不同；邊緣性現象，如泵性能實驗中的汽蝕特征及噪聲特性也值得進一步研究。

另外，對于實驗數據的處理，坐標系選用線性坐標還是對數坐標，參數是以有量綱還是無量綱形式進行整理，實驗數據壞點的正確剔除和有效數據的保留等，都有充分發揮的余地，也是培養學生科學思考問題和獲得正確結果的關鍵之處。

5 改革考試方法和內容

考試作為教學活動的最后一環，是教學成效和學習效果的綜合反映，教學過程的各個環節，尤其是薄弱環節都可以從成績分布上反映出來。因此，考試方法和內容是否能夠有效地反映了教和學的全過程，將在一定程度上影響創新型人才的培養。為此，筆者一改過去單純采用閉卷考試的方法，從內容到形式上進行了多方面嘗試，探討了多種教學環節有機結合的考試方法，力求實現對教學效果的全過程評價。

目前，在考試內容方面，一是在符合教學大綱要求的前提下，將實驗教學內容納入考核范圍，分值為150%，內容包括實驗現象和參數變化的分析、儀器的測量原理和用途等。實踐表明，此項措施的實施在很大程度促進了對實驗教學全過程的重視，取得了預期的效果。二是增加了理論聯系實際較強的題目，或綜合性題目或拓展性題目，分值為10%，進一步提高提煉科學問題或全面綜合運用知識的能力，也有助于發現創新型的學生。在考試方法方面，采取了包括開卷考試、期中+期末考試、實驗成績+期末考試、平時測評+期末考試等在內的多種方式。無論是開卷還是閉卷，均將復雜必要的公式附在試卷上或給出相關提示，將考核重點放在知識的應用能力和分析能力上面。期中+期末和平時+期末這兩種方式通過強調平時的知識積累和復習，做到及時發現問題、及時解決問題。

總之，以專業基礎課為載體，通過深挖和細化教學活動各環節的深層次潛力，將創新型人才的培養貫穿于教學的全過程，可促進教學效果和人才質量的全面提高。

參考文獻

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[3]王志英，寧洪，戴葵，等.綜合性人才創新能力與素質培養[J].高等教育研究學報，2005，28(1):80-82.

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