能源動力大類專業實驗教學體系建設

翟 明， 何玉榮， 姜寶成， 黃怡珉， 張 玉

(哈爾濱工業大學 能源科學與工程學院，哈爾濱 150001)

能源動力大類專業實驗教學體系建設

翟 明， 何玉榮， 姜寶成， 黃怡珉， 張 玉

(哈爾濱工業大學 能源科學與工程學院，哈爾濱 150001)

實驗教學是高校教學工作的重要組成部分，在加強共性化實驗教學體系建設的同時，應注重個性化實驗教學體系建設，增強人才的工程實踐和集成創新能力培養。哈爾濱工業大學能源科學與工程學院依托學科知識體系構建了能源動力大類專業實驗教學新體系，分為專業基礎課實驗教學體系、專業課實驗教學體系、創新創業實驗教學體系3個子體系。具體實驗項目劃分為：基礎、綜合設計、工程應用、科研創新與創業4個層次。學生在專業理論知識學習的同時，經過理論到實踐、單一到綜合、基礎到應用，最后進行科研創新實驗訓練，保證學生知識學習與能力培養。新的實驗教學體系有利于學生開展創新實踐活動，滿足工程領軍人才與拔尖創新人才的培養要求。

能源動力； 大類專業； 實驗教學； 教學體系

0 引 言

實驗教學是高校教學工作的重要組成部分，是全面實施人才培養計劃，提高教學質量的重要教學環節[1-6]。實驗教學不僅要求學生學會如何運用所學的基礎理論解決實際問題的能力，還要培養學生獨立思考問題、開拓創造性思維，它是培養學生動手能力、創新能力、創新意識的基本途徑[7-11]。我校確定了精英教育的辦學指導思想和目標定位，通過構建通識教育與專業教育相結合的人才培養模式，面向國家與社會需求，培養“研究型、個性化、精英式”具有國際競爭力的高素質人才，教學過程形成了“厚基礎、強實踐、重能力、求創新”的辦學特色。秉承學校的教學理念和改革思路，堅持“規格嚴格，功夫到家”的辦學傳統，能源動力實驗教學中心本著“依托學科專業優勢，教學科研相融合，理論與實踐相結合”，突出以學生為本，以能力培養為核心，保證學生知識學習、能力培養、素質協調發展的全面提升[12]。在加強共性化實驗教學體系建設的同時，注重個性化實驗教學體系建設，增強人才的工程實踐和集成創新能力培養，打造更加符合拔尖創新人才成長需要的實驗教學體系[13-16]。能源學院對實驗教學體系進行了改革，體制上成立了院管實驗教學中心，實驗教學內容安排上依托能源動力類大類專業知識體系，構建資源優化、高效運行的能源動力大類專業實驗教學體系，將實驗項目劃分為基礎、綜合設計、工程應用、科研創新4種類型。同時，實物教學內容與虛擬教學內容有機結合，優勢互補，學生必修實驗和自選實驗、課內實驗與創新實驗結合，鼓勵學生參加科技創新實踐，讓學生通過課程學習和創新實踐鍛煉，培養其自主性學習、探索性學習和研究性學習的能力。

1 建設目標和要求

實驗教學的目的是使學生通過逐次開設的基礎實驗、綜合設計、工程應用、科研創新等一系列實驗課的學習，打好知識基礎，掌握必要的專業知識，提高動手能力和實驗技能，養成良好的科學實驗習慣，并積極主動地開展科學探索和創新，最終達到創新型人才培養目標。為了保障能源動力實驗教學質量和本科生培養效果，建立全方位、多層次、科學有效、可操作的能源動力實驗教學質量標準，在實驗教學計劃編制環節、實驗選課環節、實驗準備與開設環節和實驗成績評定分析環節，提出明確的質量要求，緊緊抓住實驗教學工作各環節，做到具體量化，嚴格管理。

2 建設內容

能源動力實驗教學中心成立伊始就開始研究探索建立滿足能源動力類高素質創新型人才培養要求的實驗教學體系，經過多年改革實踐逐步建立了構建了基于學科知識體系的能源動力類大類專業實驗教學體系(見圖1)。該體系分為3個子體系：專業基礎課實驗教學體系、專業課實驗教學體系、創新創業實驗教學體系，實行多層次教學，各個層次課程定位不同，發揮不同層次課程協同作用。學生在專業理論知識學習的同時，經過理論到實踐、單一到綜合、基礎到應用，最后進行科研創新實驗訓練。專業基礎課實驗教學與專業課實驗教學體系側重共性知識的學習與能力培養，創新創業實驗教學體系側重創新創業精神與個性能力的培養。

圖1 能源動力大類專業實驗教學體系

實驗教學體系中的具體實驗項目劃分為基礎、綜合設計、工程應用、科研創新與創業等層次，同時根據開出實驗特點將所開實驗劃分為專業基礎課、專業課及創新3個實物實驗教學平臺，1個虛擬仿真實驗教學平臺，1個教學基地即工程與社會實踐教學基地。實物實驗平臺與虛擬仿真實驗教學平臺的實驗統一劃分，安排到3個實驗子體系中開設實驗。新的教學體系改變實驗教學依附于理論教學的傳統觀念，使實驗教學成為一個相對獨立完整的教學體系。與理論教學既有機結合、相互促進與提高，又相對獨立，以保證能遵循實驗教學的認知規律，完成實驗教學的各項內容。

2.1 專業基礎課實驗教學體系

專業基礎課實驗系列課程兼顧專業基礎課程知識學習與學生能力培養，著重基本實驗技能與綜合實踐能力培養。專業基礎平臺課系列實驗包括7(13)門課程模塊，27項實驗，精選基礎理論經典教學內容，主要為基礎與綜合設計類實驗，如“雷諾實驗”“圓柱繞流實驗”“氣流橫掠單管表面對流放熱實驗”等。能源動力類學生需要完成全部實驗內容，其他專業學生選作部分內容。專業基礎課平臺同時為校內其他學院學生開設實驗：針對航空航天類專業學生，以工程熱力學、傳熱學基本理論為主線，重點圍繞熱平衡與換熱基本定律、工質的熱物質、流動與換熱規律等展開實驗。針對機械類專業學生，以工程流體力學、傳熱學基本理論為主線，重點圍繞流體基本定律、工質基本性質、流體流動規律與換熱規律展開實驗。實驗中心開設的其它實驗內容對航空航天類、機械類專業學生開放，供其課外選做。

2.2 專業課實驗教學體系

專業課程知識學習與專業工程能力培養兼顧。根據不同專業方向的教學計劃，包括24門專業課、45項實驗，主要為工程應用類實驗，如“鍋爐熱平衡實驗”“泵與風機性能實驗”“制冷機性能實驗”等，是結合專業知識背景，及學科科研實驗基礎開發建設的。能源動力類專業學生按照不同專業方向選作相關實驗內容，其他專業學生選作部分內容。

2.3 創新創業實驗教學體系

綜合運用所學知識解決實際問題能力，實施個性化教育，注重科研創新能力，創新創業實踐能力。創新實驗教學平臺包括18門創新研修課，7門創新實驗課，以及基于科研項目的科技創新實踐活動，創業社會實踐等。相關教學內容是開放的，與研究生共享實驗平臺，培養學生科研創新能力。

(1) 科研實驗轉化為創新實驗教學內容。針對教師科研成果，研究提煉出能濃縮轉化為對培養學生科學素質有價值的實驗題目和實驗裝置，不斷更新、豐富實驗教學內容；探索和研究將科研和教學相互滲透，科研成果轉化到教學方面來，既能使資源共享解決經費短缺問題，又能使教師在教學過程中不斷發現新問題，反饋到科研中，促進科研水平的提高。

(2) 科研成果轉化為創新研修課教學內容。實施精英教育，增加高水平教師為本科生授課的機會，充分發揮學科科研優勢對本科教學的促進作用，鼓勵教師為學有余力的本科生開設“創新研修課”，讓學生接觸、了解學科前沿問題，為學生獨立申請科技項目、參加科研創新實驗，及直接參加教師的科研工作打好基礎。

(3) 實行導師制，開展以項目為導向的學習。針對低年級同學，根據學生業余愛好及興趣，鼓勵引導他們參加學校組織的科技制作立項，重點培養動手能力與創新精神。針對高年級學生，教師在自己科研項目中抽取和派生出的適合本科生完成的子課題。項目完成后組織其參加節能減排大賽等競賽。高校教師從事的科研活動是理論與實踐相結合的前沿，學生參與科研實踐是提高其實踐能力和創新能力的最有效辦法。同時將科研創新實驗與畢業設計結合，解決了一年制畢業設計難以真正實施的問題，保證了學生能得到真正的科研訓練。

(4) 利用工程與社會實踐基地開展創業實踐。與能源動力企業共建工程與社會實踐基地，實行校企聯合，讓學生更多了解企業和社會，培養學生工程實踐能力。與院學工辦共建能源動力大學生創業社會實踐基地，學生根據自己興趣、愛好及特長進行創業訓練。

2.4 虛擬仿真實驗教學

虛擬仿真實驗有獨立的實驗教學內容，但具體實驗項目開設納入到其他教學體系中。虛擬仿真實驗教學平臺依托核能系統仿真國際聯合研究中心、燃煤污染物減排國家工程實驗室、發動機氣體動力中心等開發了56項虛擬實驗，分為5個教學模塊(見圖2)。作為一種新形式的教學方式，虛擬仿真實驗對實物實驗是一種很好的替代和補充，某些實物實驗不能完成，或不易快速、多次重復進行的，通過虛擬仿真實驗可以起到良好的教學效果。

圖2 虛擬仿真實驗教學

3 質量保證

3.1 教學大綱與教學計劃

根據學生培養目標、各專業(方向)學生的培養方案和課程的教學大綱編制實驗教學計劃。實驗教學計劃編制突出：①課程的定位和作用；②不同專業方向的具體培養目標；③課程內容的豐富性；④教學進度安排的合理性與靈活性；⑤不同專業方向之間的交融性；⑥課程內容的可選擇性。凡列入教學計劃的實驗課程均制定實驗教學大綱，實驗教學大綱的修訂配合教學計劃及培養方案的修訂。

3.2 實驗選課與實驗室開放

按照學分制要求，學生的理論課程和實驗課程的選課應根據培養方案要求進行開放式選課。選課環節體現學生的自主性、靈活性，實驗室和教學工作的合理運行。備選實驗課程及實驗項目內容合理搭配，確保實驗室的高效率運轉、設備的充分利用和實驗教學工作的順利開展。實驗室實現時間、空間和實驗項目等全方位開放。在開放內容上，讓學生在完成基本實驗要求的同時，還能感觸到融合多門知識的綜合性實驗和研究型實驗，促使學生主動思考、自主學習、激發創新潛能。

3.3 實驗指導

指導教師由具有講師及其以上職稱或具有碩士及以上學位，通過崗前培訓并取得合格的教師擔任。實驗指導人員由教師或專職實驗技術人員擔任，助教作為實驗輔助指導人員參加實驗指導工作。對指導教師所指導的學生數嚴格限制。

3.4 實驗成績評定分析

實驗課成績的評定按照累加式進行，包括實驗報告成績和考試成績兩部分。實驗課考試以筆試為主，試題涵蓋實驗課選題范圍內的大多數實驗，考試成績按百分制進行計算。最后，將平時實驗報告成績和最終考試成績按照一定的權重比例進行累加計算，給出最終成績。

3.5 教學過程評教與督導

實行校院兩級督導管理體系，按照實驗教學課程表，現場檢查實驗教學情況，包括：實驗內容、實驗教材(或指導書)、實驗準備、教師輔導、每組實驗人數、學生操作和實驗報告批改情況等。建立學生對實驗的評價反饋機制，學生利用評教系統對實驗課程和實驗教師進行評教，教師根據反饋意見進行相應改進。

4 建設成效

2011年以來，能源動力實驗教學中心教師承擔10余項省級教學改革項目，1項獲國家級教學成果獎，4項獲得省級教學成果二等獎，發表教學研究論文10篇，新開18門創新研修課，7門創新實驗課，以及基于科研項目的科技創新、創業社會實踐等。利用網絡開發了30余項虛擬實驗，獲2014年黑龍江省能源動力虛擬仿真實驗教學示范中心的稱號。

學生在創新實踐過程中創新精神與實踐能力得到明顯提升，一批學生取得了相關科研成果。近年來有500余名學生參加國家級、校級科技創新項目70余項。2011年以來，參加全國大學生節能減排大賽獲獎50項，其中，特等獎2項，一等獎13項，二等獎18項，三等獎17項；參加科研工作發表論文10篇，參加科研工作獲得專利14個；校本科生科技創新獎多項。

5 結 語

能源動力實驗教學中心以培養拔尖創新人才與工程領軍人才為培養目標，融合各類實驗資源，構建了能源動力大類專業一體化管理、多模塊、多層次教學內容協同發揮作用的實驗教學體系，依托學科優勢，將科研資源與成果轉化為創新實驗教學內容，促進教學實驗與科研的深度融合；自主開發虛擬仿真實驗，實驗教學過程中虛實結合、優勢互補，實現教學手段和教學模式變革，激發學生的專業興趣和創新意識，在高素質創新型人才培養過程中發揮了重要作用。

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ExperimentalTeachingSystemConstructionforEnergyandPowerCategorySpecialties

ZHAIMing,HEYurong,JIANGBaocheng,HUANGYimin,ZHANGYu

(School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Experimental teaching is an important part of teaching work in colleges and universities. While emphasizing the construction of common experimental teaching system, it should pay attention to personalized construction of experiment teaching system which strengthens the engineering practice and the integrated innovation ability for the talents. Relying on the knowledge system of the disciplines, School of Energy Science and Engineering at Harbin Institute of Technology has constructed a new experimental teaching system for energy and power category specialties. The new experimental teaching system is divided into three subsystems including the professional basic course experimental teaching subsystem, the professional course experimental teaching subsystem, and the innovation and entrepreneurship experimental teaching subsystem. The specific experimental projects are divided into 4 levels: foundation, integrated design, engineering application and scientific research innovation. The students study the professional theoretical knowledge from theory to practice, simple to comprehensive, fundamental to the application, and finally obtain research and innovation experimental training. It ensures them to be cultivated by knowledge learning and ability training. The new experimental teaching system contributes to the students to carry out the innovative practice activity, and to meet the cultivating requirement of engineering leading talents and the top-innovative talents.

energy and power; category specialties; experiment teaching; teaching system

G 642.0

A

1006-7167(2017)11-0202-04

2016-10-20

2016高等學校能源動力類專業教育學改革項目(NDJZW2016Y-16)，中國學位與研究生教育學會課題(2015Y0804)

翟 明(1981-)，男，黑龍江哈爾濱人，博士，副教授，研究方向：教學改革、脈動燃燒技術、生物質熱化學轉化技術。

Tel.:18646218082；E-mail:zhaiming@hit.edu.cn