新工科背景下能源動力類專業(yè)實踐教學的復盤式教學法

陳家星，崔國民，張冠華，武衛(wèi)東，盛健

（上海理工大學能源與動力工程學院，上海 200093）

新工科建設是教育部為主動應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅動發(fā)展而提出的，新工科的內涵要求以立德樹人為引領，通過新的教育理念、新的教學內容、新的教學手段開展教學改革，支持創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，實現(xiàn)對國民經(jīng)濟社會發(fā)展的有力支撐[1]。因此，新工科建設要求全面落實以學生為中心的教育理念，改革教學方法和考核方式，形成以學習者為中心的工程教育模式[2]。

實驗教學作為能源動力類專業(yè)本科教學的重要環(huán)節(jié)，對于深化理論知識、提升學習興趣、培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力和探索精神具有重要的意義[3]。新工科建設為能源動力類人才培養(yǎng)提供了新的機遇和挑戰(zhàn)，以新工科建設理念為指引，以中國工程教育認證要求為標準，開展課程內容和教學手段的改革探索，提升學生學習興趣和學習成效，對“雙碳”目標下相關專業(yè)人才的培養(yǎng)具有戰(zhàn)略支撐作用和重要的現(xiàn)實意義。

1 能源動力類專業(yè)傳統(tǒng)教學模式與新工科建設要求的差距

1.1 能源動力類專業(yè)的特點

能源動力類專業(yè)致力于培養(yǎng)航空、 航天、 石油化工、 制冷低溫等領域的專業(yè)人才，包含能源與動力工程、能源與環(huán)境系統(tǒng)工程、新能源科學與工程、儲能科學與工程等專業(yè)。其所涉及的能源、冶金和化工等行業(yè)對整個社會經(jīng)濟和工程技術發(fā)展起著支撐與驅動作用，是工學門類中具有重要地位的傳統(tǒng)專業(yè)。

1.2 能源動力類專業(yè)基礎實驗實踐教學現(xiàn)狀

能源動力類[3]專業(yè)歷經(jīng)了數(shù)十年的發(fā)展，為我國國民經(jīng)濟社會的發(fā)展提供了能源和動力支撐，目前我國已有130 余所高校開設了該類專業(yè)。新工科建設前，各高校現(xiàn)有實踐教學體系普遍存在實踐內容與工程應用結合程度不足、各實踐環(huán)節(jié)相互關聯(lián)性較差、工程職業(yè)思想意識教育欠缺、 合作培養(yǎng)企業(yè)缺乏積極性等共性問題，無法適應卓越工程人才培養(yǎng)的要求[4]。

1.3 能源動力類工程教育與新工科建設要求的差距分析

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國能源動力類工程教育有了長足的進步，但仍存在一些不足，實踐教育環(huán)節(jié)的不足主要包括以下幾個方面。

1.3.1 對實踐教學重視程度不夠，工程訓練不足

一直以來，工程訓練都是高等教育中重要而又關鍵的環(huán)節(jié)。但是由于各方面的原因，國內高校的評價長期更重視知識層面的考核，不同程度地弱化了學生的實踐教學環(huán)節(jié)，使得學生的工程訓練沒有達到預期目標，并且由于該過程缺少有效的考核方式，使得高等教育的質量受到影響。

在部分高校，實踐教學的不足不僅體現(xiàn)在實踐環(huán)節(jié)課程占比的下降，還體現(xiàn)在課程內容方面，以能源動力類課程為例，基礎實驗課程通常采用集成的試驗臺，開展溫度、壓力、流量等的測量和計算，驗證相關理論，由于實驗設備陳舊，以觀察和驗證性實驗為主，學生在實驗課上親自動手操作的機會較少。

1.3.2 實踐條件較差，自主設計、設計性實驗難以落實

改革開放以來我國高等教育對人才的培養(yǎng)取得了巨大的成就，對專業(yè)知識的學習建立了明確的考核目標，各高校的人才培養(yǎng)目標對此均有明確的表述。 但是，相比對知識的培養(yǎng)和考核，對能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)和考核的標準較為模糊和抽象，缺乏有效的考核措施，在具體實施中不同的學校差異較大，難以在實施中準確把握。以能源動力類專業(yè)為例，對學生工程設計能力的培養(yǎng)，沒有明確地落實到對于具體工程問題的系統(tǒng)表述、模型建立、分析求解和溝通論證等方面，加之青年教師的工程實踐創(chuàng)新能力欠缺，使得多年來倡導的自主性、設計性實驗難以落實。

我國大學的人才培養(yǎng)目標對專業(yè)知識學習的培養(yǎng)和考核都有明確且具體的表述，而對能力提高的表述則模糊而抽象，科學有效的考核措施更是缺乏，而且在實施中不易掌握，特別是對工程的“設計能力”，即對于具體工程問題進行系統(tǒng)表達、建立模型、分析求解和論證的能力要求不具體、不明確。

1.3.3 實踐教學缺少業(yè)界參與，缺少工程經(jīng)驗豐富的“雙師型”指導教師

工程技術人才的培養(yǎng)離不開產(chǎn)業(yè)的需求信息和技術支持，這對學校科研的促進和人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、教師工程實踐能力的提升都有著十分重要的意義。 但是，許多學校的青年教師均是剛畢業(yè)的博士，缺少相關的企業(yè)和行業(yè)經(jīng)驗，青年教師的實踐環(huán)節(jié)由于科研考核的壓力也被不同程度地弱化，而企業(yè)的參與積極性也不夠高，缺乏校企協(xié)作的利益共同點，該方面還需繼續(xù)探索。學校和企業(yè)密切合作，才能培養(yǎng)出優(yōu)秀的工程人才。

2 復盤式教學法的提出及教學設計

2.1 什么是“復盤式教學法”

“復盤”是在棋藝中出現(xiàn)的一個詞，是指棋手下完棋后重新擺一遍下棋的過程，以探討得失，總結當時有無更好的應對招數(shù)。 “復盤”已經(jīng)在越來越多的企業(yè)得到推廣和應用，如豐田、聯(lián)想、華為等企業(yè)。 在聯(lián)想公司，復盤是從企業(yè)實踐總結出的重要方法論；華為將復盤引入，開展自我批判，實現(xiàn)組織能力提升。 在豐田公司，復盤則是更為系統(tǒng)化的精益工作方法。

在教育領域，江蘇師范大學魏本亞教授提出了“復盤式評課”[5]，以復盤的方式，回顧、認定教學事實，追溯、反思教學理念，以期獲得教學啟發(fā)。 2019年，筆者在分析能源動力類教學實踐存在的不足的基礎上，引入復盤方式開展教學實踐探索，總結凝練了一套實驗課程“三段式”教學法[6]，將實驗教學分為實驗準備、實踐探索、復盤分享等教學環(huán)節(jié)。 近年來，更多的學者將復盤式教學法引入教學。如楊聞等[7]介紹了復盤教學方式在華中科技大學臨床基本技能教學中的應用效果，張博[8]開展了復盤思維下高職教學質量提升途徑研究。

2.2 復盤式教學設計案例

以能源動力類基礎課程《工程熱力學實驗》中“制冷循環(huán)性能系數(shù)測試實驗”為例，探索將復盤引入實踐教學，提升學生的學習興趣和學習成效。教學安排分為課前預習、實驗準備、實踐探索和復盤分享等環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 實驗教學安排

在學生上課前，提前引導學生進行預習，通過閱讀實驗指導書和觀看實驗引導視頻，可幫助學生提前了解實驗內容，提升教學效率，避免對理論知識的重復講解，影響部分已經(jīng)掌握相關知識學生的學習興趣。實驗準備環(huán)節(jié)幫助學生明確實驗任務和注意事項； 實踐探索環(huán)節(jié)約40 min，為學生自主實驗時間。復盤分享環(huán)節(jié)一般持續(xù)30 min，步驟包括回顧目標、評估結果、分析原因和總結經(jīng)驗四部分，如圖2所示。

圖2 復盤分享流程設計

在復盤中，組織兩個小組就實驗操作和結果開展交流，通過思維碰撞，形成新的思路。

回顧目標：各小組選派一名代表，回顧制冷循環(huán)性能系數(shù)測試實驗的目標，包含知識、能力和素養(yǎng)。 知識層面包含對層流、湍流流態(tài)的觀察，對相關實驗原理的熟悉程度；能力層面，測定臨界雷諾數(shù)，掌握圓管流態(tài)的判定準則；素養(yǎng)層面，包含基本實驗操作和設計方面應遵循的原則等。

評估結果：各小組選派代表，根據(jù)實驗情況，測定上臨界雷諾數(shù)和下臨界雷諾數(shù)，進行實驗結果的匯報，在該過程中，還應對小組的團隊協(xié)助情況進行評價和回顧，培養(yǎng)學生的批評意識。

分析原因： 針對實驗測定的結果和團隊的寫作情況，在該環(huán)節(jié)進行總結。 根據(jù)實際教學情況，在該部分學生分享描述實驗經(jīng)歷和感受較多，應對學生進行引導，總結和提煉表面現(xiàn)象下深層次的邏輯和原因，進行總結和歸納，培養(yǎng)學生的表述溝通能力。

總結經(jīng)驗： 在該環(huán)節(jié)，學生已經(jīng)回顧了實驗的目標、學會對自我結果進行對標認定，也總結了實驗的成功和不足之處。 而復盤的重要意義在于將經(jīng)驗轉化為能力，通過本實驗中學生的自我探索，在以任務式教學的形式加深學生印象的基礎上，通過經(jīng)驗總結，可啟發(fā)學生將復盤的思維方式應用在其他學習環(huán)節(jié)，實現(xiàn)經(jīng)驗向能力的轉化。

復盤式教學環(huán)節(jié)的設計，旨在對學生實現(xiàn)知識、能力和素養(yǎng)三個層面的提升，知識層面是基礎，能力包括溝通能力、表達能力，素養(yǎng)包括協(xié)作的素養(yǎng)，主動在團隊承擔相應的角色，提升對復雜工程問題的理解、分析和解決能力。

3 結語

新工科對教師和學生都提出了新的要求。 在高等工程教育認證產(chǎn)出目標導向下，每一門課程、每一個教學環(huán)節(jié)都應該明確其對教學產(chǎn)出的貢獻和對教學目標的支撐作用。 實踐教學環(huán)節(jié)對學生個性化培養(yǎng)具有天然的優(yōu)勢和條件，應該積極改進教學方法。本文通過復盤式教學改革，較好地提升了學生的學習主動性，實現(xiàn)了課程由教學向導學的轉變，實現(xiàn)了對本專業(yè)培養(yǎng)目標的有力支撐。