新工科視域下特種能源技術與工程專業教學模式探索與實踐

賈 瑛 呂曉猛 金國鋒 黃智勇 沈可可

火箭軍工程大學特種燃料化學與材料技術陜西省重點實驗室，陜西 西安 710025

隨著科學與技術的革命性創新，建設與發展新工科已經成為我國高等教育的迫切任務。新工科建設的核心任務是要把人才培養的新能力建設作為重點，把培養適應未來國家國防和經濟建設需要的高素質創新人才作為目標。特種能源技術與工程專業是隨著社會高速發展、科技水平持續進步，特別是在國防和軍工建設發展要求全方位提高的大背景下，為適應經濟社會、國防軍工科技發展需要而開設的新興專業，并隨著時代進步和武器裝備的發展不斷更新與變化，具有典型的跟隨時代變革而發展的開創性，對推動國防軍事和航空航天技術進步具有不可替代的作用。

特種能源技術與工程專業作為典型的新興的武器裝備類新工科專業，其專業課程主要學習和掌握特種能源技術與工程專業必需的含能材料（如火炸藥、火工品、推進劑等）的基礎理論、基本知識和實踐技能，具備在航空航天、裝備兵工、軍事武器和其他相關含能材料領域從事特種能源技術與工程生產設計、技術研發、性能測試和安全管理等工作崗位的創新與應用能力，具有多學科交叉性強、應用實踐多、動手能力要求高、創新驅動性顯著等新工科專業的主要特征。特種能源技術與工程專業課程涉“毒”涉“毒”，不安全因素多，危險性大。目前國內開設該專業的普通本科高等院校共有六所，以某地方高校為例，其特種能源技術與工程專業課程包括火炸藥理論、火工品原理與設計、火工品性能測試、炸藥合成、火炸藥應用技術等理論與實踐課程。炸藥、雷管、導火索等為爆炸危險品。該類專業因涉“毒”涉“毒”導致課程教學存在著不同程度“重理論、輕實踐”現象，實驗實踐在教學體系中分量不足。涉“毒”涉“爆”危險專業普遍缺乏實踐機會，學生深入接觸科研機會少，教學與科研缺乏深度融合等問題亟待解決。

我校是目前唯一開設特種能源技術與工程專業的高等軍事院校，專業課程設置以液體推進劑和固體推進劑等特種能源為背景，涵蓋特種能源生產、運輸、使用、貯存、污染和應急處置等全周期過程。本文以火箭工程大學（以下簡稱我校）特種能源技術與工程專業為例，結合“特種能源使用與安全”教學團隊建設，針對如何抓住大力發展新工科的歷史機遇，通過理論與實踐深度融合、教學與科研創新融合、知識與應用交叉融合等三個維度教學模式融合創新實踐，探索實現特種能源技術與工程專業教學模式創新發展的途徑。

一、深化專業實踐教學模式頂層設計，著力促進理論與實踐深度融合

我校特種能源技術與工程專業所涉及的特種能源具有特殊的物理性質和化學性質，其中的液體推進劑屬于易燃易爆劇毒化學品，在一定外界作用和環境條件下，能以物理化學方式釋放能量，著火爆炸危險性較大，如甲A 類易燃液體推進劑偏二甲肼，氧化性和腐蝕性極強的液體推進劑四氧化二氮、綠色四氧化二氮等。特種能源技術與工程專業課堂教學可以對特種能源的物理性質、化學性質、毒性和著火爆炸危險性等理論做深入闡述和講解，但其特殊屬性導致專業理論教學與具有一定危險性的實踐教學仍難以有效匹配，因而如何構建與理論教學緊密聯系、深度融合的專業實踐教學體系是解決該課程理論聯系實踐不夠、針對性不強的有效途徑。

（一）抓好專業實踐教學模式改革頂層設計

圍繞特種能源技術與工程專業特色，緊扣新工科時代特征這個關鍵，抓好專業實踐教學模式改革的頂層設計。一是內涵重塑。解放思想、更新觀念，利用辦學思想大討論以及教學改革的有利條件，就實踐實訓要求和人才培養短板弱項等開展深入調查研究，結合新工科的主要特征和專業的國防軍事特色，找差距，補弱項，通過創新設計專業實踐教學體系，增大實踐教學學時比重，增設與專業發展相關的新工科特色明顯的科研類、自主類和綜合類實踐，賦予特種能源技術與工程專業新工科的時代內涵。二是體系重構。著眼于由知識向能力尤其是創新實踐和實訓應用能力的轉化，構建能力提升階梯范式的專業實踐教學體系，設計了“實驗、實習、實踐、實訓”階梯式“四步法”專業實踐教學模式，增加綜合性、設計性、自主性實踐教學比重，引導學員結合工程應用和實訓要求開展實踐教學。三是應用賦能。對接崗位應用需求，豐富和完善實踐教學支撐體系設計，為第一崗位任職賦能，創新了實訓操作教學、原理示教教學和案例實裝教學等應用場景環節，實現了專業實踐教學體系與實訓應用操作的無縫對接，賦予實踐教學目標及效果更強的針對性和有效性。

（二）構建功能先進的實踐教學平臺硬件體系

在前期陜西省高等院校實驗教學示范中心建設基礎上，我校2018年又成功申報建設了陜西省特種燃料化學與材料技術重點實驗室，并以此為依托，針對專業理論教學向實踐操作轉換過程中存在的問題，如部分學生心理沖擊較大、畏懼情緒和抵觸心理明顯、實踐過程以模擬操作代替真品操作、學生實踐動手次數少等難點問題，秉承由易到難、由應用到綜合、由原理到創新、由個體操作到分組指揮配合的層級遞進原則，構建了特種能源技術與工程專業教學“三大實踐平臺”（基礎應用實踐平臺、專業綜合實踐平臺、在線開放實踐平臺）。同時，細分建設了“七個實踐模塊”（原理示教、性能分析、安全防護、預警監測、污染治理、應急處置、數據建模），向學生提供“認知—基礎—綜合—創新”功能先進、層次分明的實踐教學平臺硬件體系，開拓多樣化遞進化的實習實踐和真品操作途徑，解決了理論知識傳授、個體自主學習、動手實踐操作等三方面聯系不緊密，學生真品操作認知不夠，心理壓力大等問題，有效滿足了不同年級、不同層次學生特別是復合型和拔尖人才實踐與創新培養所需的硬件實踐平臺，順應了新工科對于學生培養應用實踐多、動手能力要求高的發展要求，為學生的實踐與創新能力培養提供了全過程教學條件保障。

（三）打造多層次一體化實踐教學模式

從“了解推進劑、走進推進劑、探索推進劑”三個實踐層次培養學生綜合能力，打造多層次一體化實踐教學模式。在學生畢業工作崗位、航天工業部門和國防軍工背景院校等單位建設實踐基地，從航天科技集團、兵器工業集團等航天軍工企業、高校和研究院所的參觀實踐，到推進劑相關應用裝備的現場實踐，再到實驗室進行綜合自主實驗實踐等系列實踐教學模式，形成感性認識、崗位認知、知識運用的一體化實踐能力教學培養模式；提升實踐教學占專業課程教學的比重，特種能源技術與工程專業實踐學時占總教學學時的比例已從2013版人才培養方案的18%大幅提升至2020 版人才培養方案的40.5%，特別是綜合性、自主性和創新性實踐在總實踐學時中的占比不低于70%；通過教師指導和學生自我調研選題相結合，實行“專題研討+預約實踐+結果評估”靈活教學機制，開展專業實踐課題的自主擬制，并合理評估自主實踐課題的創新度、可行性和應用性，在此過程中鍛煉學員發現問題、思考問題和獨立動手解決問題的能力，實現理論與實踐教學的有效匹配、緊密聯系和深度融合。

二、形成科研成果動態反哺教學機制，深入推動教學與科研創新融合

創新驅動是新工科視域下創新型人才培養的主要特征之一。教學是知識的傳承、科研是知識的創新，不斷用科研創新更新教學內容和教學方式，推動教學與科研的創新融合，是實現教學和科研協同育人、創新育才的關鍵所在。特種能源作為火箭和航空發動機的核心動力能源，是航空航天動力技術創新的基礎和源頭。如何在特種能源技術與工程專業教學中促進科研成果動態反哺教學，為學生提供更多創新實踐和自主科研的機會，是推動特種能源技術與工程專業教學和科研創新融合、培養符合新工科建設發展需要與國防科技創新需要的高素質創新型軍事人才的必由之路。

（一）不斷應用科研成果創新教學方法和教學內容

全面實時梳理特種能源專業領域相關科研成果的技術優勢和知識要點，不斷將本專業領域的科研成果轉化應用于創新教學內容改革，使轉化進入教材、進入課堂、進入實踐、進入應用（“四進入”），實現科研成果與理論教學、實踐教學的創新融合。近十年來，我校充分發揮教學和科研各自優勢、創新協同育人，先后將10 余項國家、軍隊和省（部）級獎勵成果的160 余個新知識點轉化進入教材、走進課堂；“納米二氧化鈦光催化劑處理推進劑污染”等20 余個創新性、綜合性實驗進入專業基礎課程實驗和專業應用實踐體系；根據科研成果創新設計的“設計問題驅動式”“科研成果融入式”“應用案例推廣式”等教學方法和與實訓同步的考核評價模式初見成效；結合科研成果開發原理示教系統樣機，能讓學生更加充分地了解特種能源教學中所蘊含的基礎原理和關鍵特性，提高學員對特種能源認知的深度。科研成果動態反哺教學的創新融合長效機制和育人良性互動環節形成閉環，較好地實現了以研促教、教研融合和教研相長。

（二）設立專項基金和實踐基地，鼓勵自主科技創新實踐

為滿足科技創新教學實踐活動和學科競賽需要，設立實驗室學生專項創新基金和高起點實踐基地，鼓勵學生開展自主科技創新的專業實踐。近5年我校先后資助了5批次共50個自主科技專業實踐項目，形成了學員參加自主創新活動的長效機制，激發學生形成可持續的創新能力；支持和鼓勵本科生參與本科導師的科研活動，早進課題、早進實驗室、早進團隊，理論和實踐教學內容不斷創新，難度不斷增加，學員知識視野和高級思維不斷拓展，較好地實現了從教學的知識傳承到科研創新的轉變；定期組織學員參加課外學科競賽，由學生基于實踐教學平臺中的預警監測模塊和應急處置模塊等自主構建的“智能森林—火災預警系統”等多個項目在校級和省級科技創新大賽中獲獎，學生在專業創新實踐中分析、解決實際問題的能力和可持續發展的綜合創新水平顯著提升，教學與科研創新融合、協同育人推動教學質量效益不斷提升的優勢作用發揮明顯。

三、持續推進教師能力建設與學生崗位需求同步，著力實現知識與能力交叉融合

教學的目的是傳承知識，教師的作用是在為學生傳承知識的同時，培養其應用知識解決問題的創新能力。要正確處理知識與能力的關系，培養學生樹立知識與能力并重、知識為能力服務的理念，教師必須不斷加強自身能力建設，及時了解并獲取學生崗位的知識和能力需求，將特種能源技術與工程專業知識教學轉化為學生崗位能力培養。

（一）注重教師隊伍教研綜合創新能力的建設培養

一是通過教學團隊集中理論學習、課程小組交流研討和集體備課、教學問題和成果定期梳理檢討式總結等方式加強相關領域特別是危險化學品領域的基礎理論和教學方法研究，建立以核心專業課為關鍵環節的體系化專業知識儲備，形成解決特種能源技術與工程專業教學中各種問題的能力。二是健全完善了名校進修、實訓實踐和科研跟蹤等機制。近幾年來我校先后有10 余人次赴清華大學、國防科技大學等一流名校訪學、進修、攻讀學位和參加專題培訓，以專業發展前沿、實訓實踐問題和教學科研難點等為牽引培育教研綜合創新能力，形成年齡、學歷、學緣和能力結構合理的師資隊伍。三是改革教師能力素質考核評估機制，破除以課堂理論教學質量為主的“一刀切”做法，注重知識與能力交叉融合，突出以專業理論授課為基礎的實踐實訓能力綜合評價，以培育和鍛煉教師隊伍運用知識解決特種能源技術與工程專業實際問題能力為導向，通過問題的完整還原與剖析，實踐問題發現、原因剖析、對策提出、問題解決、舉一反三的過程，促進教師教學能力和學生解決實際問題能力的同步提升。

（二）突出學生崗位應用需求的知識和能力交叉培養

特種能源技術與工程專業課程多，涉及推進劑種類多、環節多，知識體系較為復雜，對學生崗位能力要求較高。如液體推進劑分析課程因涉及液體推進劑種類多、分析項目多、過程復雜程度不一，工作中經常出現不符合技術規格標準要求的結果，如分析過程中空氣浮力影響分析結果、分析化驗結果質量百分含量超“百”等問題；推進劑污染治理課程涉及液體推進劑特別是肼類燃料在環境中的復雜遷移轉化規律、推進劑污染治理實踐及機理探討等問題。這些典型問題，要求教師在加強自身能力素質建設的同時，需不斷將學生工作知識和能力需求融入教學過程中，體現學生工作崗位能力對知識的需求，體現在科學知識基礎與崗位能力的交叉培養。特種能源技術與工程專業教學過程不僅要系統梳理學生工作崗位的知識需求，做好傳承，更要結合崗位能力素質培養，做到傳承上的融合創新。

四、結語

作為典型的武器裝備類新工科專業，特種能源技術與工程專業教學改革積極順應國家國防軍事領域大力發展和建設新工科的時代需求，圍繞新工科建設內涵和發展要求，針對專業教學涉“毒”涉“爆”特點，持續推進專業教學理論與實踐深度融合、教學與科研創新融合、知識與應用交叉融合的改革實踐，探索了新工科視域下特種能源技術與工程專業教學模式創新發展的途徑，為國防軍事相關領域專業教學質量提升和特色人才培養提供了有益借鑒。