能源與動力工程專業教學模式的探索與實踐

鄧帥+安青松+趙軍+謝輝+汪健生

[摘 要]面對國內外能源與動力工業快速發展的新形勢，能源與動力工程專業在教學改革與創新人才培養方面存在著新的挑戰與機遇。近年來，能源與動力工程專業教學團隊沿襲天津大學傳統的“百年樹人”教學模式，以恬靜、平等和近人的教學風格展開研究生教學；同時，以“熔煉互激”的本科教學模式，輔之“即用漸體”的學術素養培訓，使學生旺盛的求知欲在正確的學術培訓體系內得到生長，滿足個性化需求。

[關鍵詞]能源與動力工程；教學模式；工程熱力學；傳熱學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0052-03

伴隨著人類社會對可持續發展日益加強的關注，能源與環境的矛盾成為每個國家的核心關注點，其迫切要求中國的能源動力工程高等教育建立與國家經濟發展相適應的工程教育體系與結構，提高能源動力工程技術人才的培養質量。

中國能源動力類專業形成于20世紀50年代，初期為滿足動力、發電應用等國民生計的迫切需求，而成立了鍋爐、汽輪機、內燃機等專業，后續隨國家需求而成立了制冷、核電等專業。國內高校設立工程熱物理專業的高峰期為20世紀七八十年代，其后專業發展迅速。2012年，教育部頒布實施了《普通高等學校本科專業目錄（第四版）》，能源動力類二級學科門類下列的專業僅為能源與動力工程專業，使得本專業本科成為一個“大能源”范疇內的專業。這種專業上的調整體現了一種需求的調整，在面向全球化的能源發展與挑戰時，具備更加廣闊視野、全面知識體系的人才更加符合社會需求。邱潔對這種調整對能源與動力工程專業課程體系的影響進行了簡要論述，并總結了相關挑戰與機遇。

一、專業現狀概述

（一）專業內涵的拓展

原有的熱能與動力工程專業關注熱能與動力的轉化及效率問題，核心關注熱量這種能源形式。隨著可再生能源及新的能源利用形式的迅猛發展，專業內涵愈發深厚。各種能源形式彼此的轉換及過程中伴生的能質交換規律等都成為本專業覆蓋范圍，這對于原有的學科體系產生了一定的影響。故專業內涵的拓展迫切要求學科進行相應的調整，在培養計劃方面進行適當更新。

（二）培養目標的調整

近年來，隨著可再生能源、能源與環境等主題的發展，對相關新興領域人才的需求日益加大。社會作為人才的接收市場，對急需人才的類型釋放了大量信號。然而，作為人才輸送主力的高校，往往并沒有及時對培養方案做出適當調整，課程更新方面也相對較慢。事實上，在課程數和學時有限的條件下，在各高校學科內特色研究方向和優勢方向沿襲下，相關調整的余地很小。

（三）差異化需求的影響

傳統教學模式在面對日漸差異化的學生需求時，不能“豐盈”學生的個性化發展。事實上，隨著高等教育進程的不斷推進，個性化教育的呼聲漸起。重視人才發展的差異性，探索個性化教育理論與實踐，在很多高校的人才培養模式改革文件中有所體現。具體到能源與動力工程這個“大能源”專業，有些學生傾向于傳統專業好就業，有些學生傾向于新型產業想創業，有些學生格外看重前沿科研想出國、考研，這一方面來源于個人認識和喜好，另一方面也來源于自身經濟等不同方面的壓力。這種差異化的需求在現階段傳統培養模式下，很難被滿足。這不僅是課程設置方面存在局限，在課堂教學、實驗和實踐等方面也同樣存在很多局限。

二、本專業學生存在的問題

（一） 本科生對本專業背景了解不深

其表現為學生不知道專業與國計民生有何關系，故無法在其中定位自己。沒有定位，便沒有思想原點，不知從何出發開展職業規劃、人生規劃，故往往感到茫然，無所適從。

（二） 本科生對個人發展路徑了解不深

其表現為學生不知道本科所學有什么具體應用，個體的學習如何與群體、行業、社會和國家的發展相關聯，想認真發力卻不知道如何操作、朝哪里發力，缺乏方法的引導。在被動學習模式下積累的經驗，在本科主動學習的情境下不能很好適應，往往造成心理困境。

（三） 本科生對國內外科技發展態勢了解不深

其表現為學生無法將自己對未知的探索與國內外快速發展的科技態勢相關聯。在面對能源與動力工程這種涵蓋學科多、支撐面廣、國內外發展快速的專業時，一方面渴望求知，另一方面又被繁雜的關系牽扯，造成精力分散，無法突破。

（四） 本科生參與競爭的意愿不大、程度不深

盡管目前在能源領域，國內外針對本科生的科研競賽紛紛設立及開展，但仍無法發動所有學生參與，造成部分積極的學生參與多個項目，而大多數學生只局限于自己生活的小圈子，缺乏參與競爭的意愿和動力。

三、教學模式的創新實踐

（一）“熔煉互激”教學模式

針對上述問題，近年來，天津大學能源與動力工程專業教學團隊通過反復實踐與研討總結，以激發學生學習與創新熱情為出發點，提出了“熔煉互激”這一新的教育模式。

所謂“熔煉互激”，是指在課程、實習和實踐教育環節， 組建由國內外教授、講師、研究生、學生和工程師等多層次人員構成的多元互動式教育場景（稱為“熔爐”）。例如傳熱學課程的“技術競標團隊”，方程式車隊的“虛擬設計公司”，科研實習和產業實習的“項目研發小組”。通過多形式、多階段的考核評估以及營造群體競爭氛圍等措施，推動師生共同面對實際問題的挑戰； 全體參與者相互學習、撞擊、 錘煉與激勵，最大限度地獲得教育和成長，達到“互激”狀態。

配合這一針對本專業本科生的新教學理念，學科教學團隊設計了“三五三”教育體系：學科教育委員會協調國家和教育部重點實驗室的科研資源、內燃機和太陽能光熱、地熱等產學研聯盟的產業資源和內燃動力引智基地的國際資源，組織為三大教育資源。構建項目制課程、科研實習、企業實習、國際視野拓展、群體創新實踐等五大教育板塊，協力培養“國際視野、高素質、創新”等三大能力素質。重點實施項目制課程、群體創新實踐和國際視野拓展等改革，推動三大教育資源匯集于五大教育板塊，為人才培養目標提供多方位、多層次支撐。建立課程改革、教育質量反饋等21項制度以及學生實踐教學管理信息平臺，從人員落實、資源到位、過程規范、效果評價等角度，保障教育體系的可持續運行和不斷完善。本成果實施4年以來，學生受益明顯，輻射作用顯著，應屆畢業生受到用人單位好評。

教學團隊以工程熱力學和傳熱學等為內容，以創新教學模式為特征的教學成果，獲得了2013年天津市教學成果一等獎。2014年3月8日至9日在天津舉行的成果鑒定會上，來自能源與動力工程專業教學指導委員會的領導專家對這項教學成果給予了高度評價，該成果還獲得了2014年國家級教學成果二等獎。

（二）“百年樹人”教學模式

除了上文提到的、近年來在本科生教學領域的創新實踐，天津大學能源與動力工程專業在研究生教學方面也擁有自身特色。天津大學熱工教研室于1953年成立，1981年招收第一屆工程熱物理專業本科生，1984年工程熱物理學科獲得博士點，在本科生和研究生教學方面積累了較多的經驗。范正釗等老一輩教育工作者除了注重課堂授課等常規授課模式外，也非常注重結合中國傳統師徒傳授的特色，開展面對面傳授，注重基礎，因材施教，不求速成，從而凝練成“百年樹人”的“慢教學”特色。這種教學模式來源于中國傳統文化土壤，具有較好的源生適應性，在招生數量較少的時期，充分體現了優勢，形成了一批有時代特色的優秀研究成果。

近年來，中國社會發展節奏發生了較大變化，受工業標準化和分工深化等社會發展特征影響，“快教學”成了工學研究生培養的一種標準模式。直博研究生從本科畢業開始，需要在5年內達到各高校所設立的畢業要求。而優秀研究成果的產出需要掌握并熟練操練科研所需的諸多技巧。隨著我國科研水平的提升和科研生態的成熟，國家對研究生研究成果的前沿性和創新性愈發關注，而這些離不開一個完備的科研素養土壤，但這些是目前“快教學”模式無法提供的，也無力關注的。因此，為達到畢業相關要求，研究生往往在一條教育培養的快速流水線上“野蠻”生長，更多的素養培訓依靠自身的誤打誤撞和課外自學，最終拿出一些并不精彩的科研成果來完成學業，過程中極少關注自身學術素養的提升與個性化發展。

這種“工業化”的研究生培養模式，在我國教育水平與發達國家存在較大差距時，具有明顯的提拉作用，可以使不規范的教學形式向標準化統一。在某一時期，其正面效應大于負面效應。但“工業化”教學模式并不利于個性發展。此外，高質量的科研，特別是沖擊國際領先研究領域內的難點問題，有賴于學術素養的充實與積淀，無法套用大規模標準化產品制作的模式，而更不能向“商業化”教學的方向扭曲式發展。

綜合以上可以看出，在“農業化”與“工業化”教學模式之間，是否存在一種適合本學科的教學模式？在“熔煉互激”與“百年樹人”兩種方案之間，為了提升科研素養，是否可以設立一種新的教學階段并展開實踐，成了教學團隊近年來主要思考的問題。

事實上，現階段我國大部分工學院校的本科教學仍較大程度地沿襲高中教學的模式，力求打牢學生基礎，教好教會，這是由基礎教育和高考模式帶來的巨大慣性所致。另一方面，隨著我國科研實力的穩步提升，高校對研究生專業技能和科研素養的要求也水漲船高，這種拉動作用也滲透到本科教學，很多本科生也加入到實驗室展開競賽和科研實踐。這就類似兩個巨大齒輪在各自運轉，都呈現日趨深化的趨勢，而學生作為兩個傳送齒輪之間的承載物，承受著較大的壓力。教學模式的創新并不在于替學生承載壓力，而是通過模式設計來達到個性化的培養，使學生獲得承載壓力的能力以及疏導壓力的方法。

四、具體實施內容與評估結果

針對以上問題，近年來教學團隊開發了一套以提升研究素養為主題的教學模式，稱為“即用漸體”，該套體系強調培養內容的層次化，具體內容如下：

第一個層次是指通過試點逐步擴大施教范圍。該教學模式對應的實施項目，最早有兩個來源，一個是面向進入畢設階段的本科生，一個是面向進入研究生階段的研一新生。前者主要為了提高本科畢設質量，使本科生“預熱”進入畢業設計的學習狀態；后者主要是面向研究生素養提升，希望通過統領性的授課，使研究生新生帶著思考在第一年課程學習的同時，按照短期班上的布置展開素養資源的自學。兩者均是從有意愿的個別導師課題組小范圍展開試講，并逐步摸索擴大講座范圍的，并在逐步的摸索中反復調整，促進傳播效果。

第二個層次是教學內容中標準部分和個性化部分相結合。標準部分主要包含學術素養的培訓，比如其中一個單元內容，包含畢業論文的格式模板、以前學長提供的經驗分享、書籍推薦。而個性化部分有兩個板塊，一個是學科背景主題，關注大的學科命題和意義，邀請學生對應的導師推薦中英文經典教材，貫穿至培訓的上下兩個階段內，并配套有推薦原因；另一個是科研與工程實踐板塊，邀請學生擬進入實驗室的高年級博士生，提供具體的學習素材。個性化部分，針對不同實驗室和不同研究方法，有多種排列組合，學生可以挑選自己感興趣的進行實踐。

第三個層次是線上線下相結合。“即用漸體”教學模式的雛形，來自十周預熱計劃。線下的短期課參考國外short course的安排一般為兩天；線上安排為十周，即通過半學期的時間，使學員針對十周授課大綱內三個板塊每周的實踐要求，首先達到即學即用的入門要求，如果自身對其中某些內容有興趣，十周大綱內會提供部分慕課和公開課的鏈接、推薦的書籍序列和論文檢索關鍵詞等。學生可繼續選擇線上跟進，充分滿足個性探知的需求。

對采用“即用漸體”教學模式進行科研素養培訓的兩個本科生班級，共計63人展開了授課問卷調查及回收，評價結果表如表1所示，可以看出，90%以上的學生對課程持積極意見。這超過教學團隊在課程設計和研討時設定的80%的預期目標。部分志向不在科研的學生對本課程也持有肯定的意見，主要是課程中安排的針對聽說讀寫進行強化的學習內容，同樣適合于有志職場的學生提升其自身的素養。

五、總結

能源與動力工程專業教學模式的創新，是一個需要持續付出的實踐工作，近幾年在創新教學模式下，本科生教學取得了一定的成績，但仍然存在著學生反饋無法適應的一些問題，需要我們在今后的教學實踐中加以認真對待。而研究生教學雖然繼承了老一輩教育工作者的深厚積淀，但近年來面對新形勢，仍需繼續提煉與創新。通過近年來的教學實踐，本項目教學團隊沿襲天津大學傳統的“百年樹人”教學模式，以恬靜、平等和近人的教學風格展開研究生教學；同時，以“熔煉互激”的本科教學模式，輔之“即用漸體”的學術素養培訓，使學生旺盛的求知欲在正確的學術培訓體系內得到生長，滿足個性化需求。通過實踐，我們形成了一套較完整的教學模式及實施方法，為今后的教學打下了一定的基礎。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 朱高峰.工程教育的幾個問題探討[J].中國高等教育，2010.

[2] 張莉，胡丹梅，姜未汀.電力行業背景的能源與動力工程專業建設探索[J].中國電力教育，2014.

[3] 邱潔.關于能源與動力工程專業課程體系改革的思考[J].課程教育研究，2013.

[4] 謝浩，侯小剛，盧平.“熱力發電廠”課程研究性教學探索與實踐[J].中國電力教育，2013.

[5] 熊怡.天津大學：協同多元化教育資源培養能源動力類國際化高素質創新型人才的熔煉模式[J].中國電力教育， 2014.

[責任編輯：劉鳳華]