能源專業研究生課程PBL模式改革

［摘 要］ 研究生的培養質量與國家的科技創新能力密切相關，構建高水平人才和拔尖創新人才培養體系，是全國研究生教育會議提出的研究生培養的重要目標。為提高新工科背景下研究生對基礎理論知識的理解能力和對復雜工程問題的分析解決能力，以PBL學習模式對東北大學動力工程及工程熱物理專業的研究生課程進行了改革。旨在解決東北大學能源專業研究生教學中的一些不足，以期為設立有相關專業研究生的院校課程教學改革提供參考和借鑒。

［關鍵詞］ 思政改革；新工科計劃；研究生教學

［基金項目］ 2021年度高等學校能源動力類教學研究與實踐項目（重點）“基于問題/項目學習法（PBL）在東北大學能源動力類專業教學中的應用研究”（NDJZW2021Z-29）；2022年度東北大學教學改革項目“基于問題/項目學習法（PBL）+OBE在能源專業中的應用研究”（PBL-JX2022yb021）

［作者簡介］ 董 輝（1969—），男，遼寧黑山人，博士，東北大學冶金學院教授，主要從事余熱資源回收利用、PBL教學方法研究；陳 進（1982—），男，遼寧沈陽人，博士，東北大學材料電磁過程研究教育部重點實驗室副教授，主要從事新能源利用及PBL教學方法研究；王 強（1971—），男，山東煙臺人，博士，東北大學材料電磁過程研究教育部重點實驗室教授，主要從事冶金與材料過程的外場控制及PBL教學方法研究。

［中圖分類號］ G643.2 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）07-0069-04 ［收稿日期］ 2023-11-01

引言

能源、信息、生物和材料被稱為現代科學技術和現代文明的四大支柱。每一種能源的發現與利用，都成為推動人類文明發展變遷的重要因素之一。人類的所有生活和生產活動都無法離開能源，并且對能源利用提出了越來越高的要求。隨著國際能源供需形式的重大變化以及我國“雙碳”目標的全面展開，提高傳統能源的利用效率與開發多種形式的新能源并推廣應用成為能源專業最迫切和重要的責任。因此，培養國家建設和能源發展所需的具有創新能力的高層次人才成為我國高校特別是能源專業的重要目標之一。

本文針對東北大學研究生傳統教學模式中存在的問題，通過以學生為中心、主動學習的方法進行改革實踐。傳統教學和人才培養模式以教師和教學為中心，更多關注現有專業框架內知識的講授，在知識廣度、問題分析、團隊合作等能力培養方面已經不能滿足當下國家、社會及行業日新月異的發展和需求。找到一種可以解決上述問題、持續發展的教學模式勢在必行。

一、研究生課程存在的問題

1.授課內容陳舊，教學模式僵化［1-2］。研究生的課程內容體系相對陳舊，具有一定的滯后性與重復性，與專業學術發展的前沿水平相對脫節，課程知識結構跟不上技術知識更新的速度。部分教師長期直接沿用之前的教案和教材，忽略了前沿知識和新理論的更新，固守成規，導致學生難以在課堂上了解學科研究進展，接觸不到國際領域的最新成果。

2.理論學習與工程實踐脫節，培養方法單一［2］。課程教學主要處在傳授理論基礎知識的層次上，導致學生在所掌握的基礎理論教學與現實工程實際運用過程中出現了一定的脫節現象。同時，傳統的教學方法難以將理論基礎知識與工程實踐知識系列化、理論化，因而把學到的基礎知識有效運用到工程實際中，減小二者差距是當前研究生教學改革的重點所在。

3.評估體系片面［1，3］。目前，部分高校的課程評估體系不完善，沒有全面考慮學生評教、教師評估和教學成果評價等對評價結果的綜合影響。學生難以有效地向教師反饋課程意見及建議，教師對學生上課過程中的真實需求不夠了解，導致教學水平停滯不前。課程評估結果不僅可以反映課程內在價值，還可以間接反映教學質量與研究生教育水平，建立健全課程評估體系是研究生教學改革的重要一環。

二、基于問題/項目學習

基于問題/項目學習（problem/project based learning， PBL）方法是一種以學習者為中心的學習，是基于建構主義、主動學習的學習理論。同時，問題或項目涉及的知識是多維度的、廣泛的，往往也是跨學科的，PBL的這個特點打破了傳統的學科界限。基于問題/項目學習方法始于20世紀60年代加拿大麥克馬斯特大學的醫學專業，新課程涵蓋了全面的人文觀和對傳統醫學專業的批評觀，倡導全局觀，整個學習過程有小組成員共同參與和完成，從而確立了PBL學習的重要特征。該學院PBL的典型特點是，整個學習過程由小組成員共同參與完成。20世紀60—70年代，在一場激烈的學生運動的影響下，丹麥成立了兩所大學，1972年成立的洛斯基爾德大學和1974年成立的奧爾堡大學。奧爾堡大學的成立是由于當時產業界對工程師能力提出了種種新要求，是PBL教學改革的另一典范，并且確立了“從行動中學”和“從經驗中學”的兩個原則。20世紀70年代，社會科學界較為關注項目工作是否會成為推動整個社會變革的要素之一。在丹麥、德國和荷蘭等國家，學習能力和新技能的獲取開始成為社會發展的突出優勢。綜述，基于問題/項目學習方法經歷了三次發展，成為世界范圍認可、以問題或項目導向為基礎的學習方法。學習者積極主動地以解決相關學科問題為目的進行學習，計劃、安排并管理自己的學習活動，并階段性地反思自己的學習成效，進行相應的評估。通過團隊合作的形式解決問題或完成項目的過程實現對學生的激勵，能力的培養包括高級思維以及團隊合作、溝通和項目管理等社會性能力。PBL是有潛力推動學科與行業精準對接，多學科的交叉融合的重要教學方法［4-5］，并且PBL教學法已經在東北大學等國內多所高校得到了推廣和應用［6-11］。

三、課程改革實踐

建立學科教學改革小組，作為學生與各研究團隊教學工作的橋梁和紐帶，改革小組與學生、教師的關系見圖1。改革小組對研究生導師及團隊的研究方向進行統計并分類，每年對各團隊、導師的研究方向進行確認，并每年對參與課程研究生的畢業課題進行統計，從而了解本專業學生需要學習的知識和技能，并將結果通報授課教師，有針對性地對課程內容進行調整，確保課程內容與學生需求保持一致，建立動態的課程體系。研究生課程在保持現有方法論相關核心課程主體的基礎上，參考丹麥奧爾堡大學博士課程的講座模式，對研究生必修課程“動力工程及工程熱物理研究方法”進行全面改革。具體方案如圖1所示。

由改革小組根據學生參與所在課題組題目和教育部一流學科建設評估政策指導意見，提出學科課程重點方向和內容，對提煉的方向和內容的研究前沿、發展現狀，以及主要研究方法和重要成果，選擇專業不同的團隊的多位教師以講座形式進行聯合教授。

同一主題講座可以由若干位教師共同完成，特別在案例分享，成果介紹部分，安排教師介紹本人或其熟悉的成果，為學生解析從成果立項選擇到完成的全過程。講座題目每年匯總后通告教師和學生。

授課/講座過程采用PBL模式，教師將課程內容提煉分解為多個關鍵問題，在課堂教學中提出問題，由學生進行分組討論。在講座基礎上增加實踐類課時，即增加分組完成項目的部分。分組原則，根據講座主題確定該主題項目參與的學生，學生可以根據感興趣的講座選擇分組實踐的主題，根據選擇相同主題的學生進行分組，并保證每組一般不超過5人，不少于2人，推薦3～4人每組，并由該主題講座的教師和所屬團隊教師作為指導教師。不同學生團隊根據主題自行定題，設計實驗/模擬方案，并在指導教師的協助下完成相關方案調整及實施，以團隊形式進行工作分配和安排，共同完成項目。由改革小組組織協調指導教師和學生的關系，并鼓勵、監督學生團隊完成分組實踐項目。

課程評價形式如圖2，對課堂表現采用過程評價，包括教師點評、組內互評和組間互評等。對分組實踐項目由改革小組組織指導教師及外聘專家對各組工作進行評審，評審模式參考節能減排大賽等，包括文本等函評（由任課教師完成）和最終答辯的現場評審（任課教師及外聘專家），由學生按組完成項目報告和答辯過程。指導教師還須根據平時團隊表現給出成績作為總成績的一部分，以及對作業和作品的總結性評價。對表現優秀的項目予以多種形式的資助，并擇優參與國家、國際級競賽，為學科評估儲備成果。

案例1：以“動力工程及工程熱物理研究方法”課程為例（32學時），上課學生人數44，目前課程由專業四個主要研究方向的學術帶頭人為主要講座組織者，每位組織者負責8學時的講座內容，介紹其研究方向的前沿技術和成果、主要的研究方法，并邀請企業專家進行相關行業發展和亟待解決的工程問題的介紹。同時邀請計算機方向的專家介紹互聯網相關技術在能源行業的應用情況。并對上課的同學進行分組（4人一組，共11組），以組為工作單元選擇任意研究方向作為小組項目/作業的主題，同時由該方向講座教師進行課題指導和評價如圖2所示。其中有關冶金燒結爐窯的發展和研究方法介紹，邀請了中冶南方的爐窯專家進行了行業主流技術和技術難題的介紹，其中3組選擇了爐窯方向，選擇爐窯的節能降耗、超低排放和自動控制三個主題，以小論文和課堂答辯的形式完成項目/作業。最終12名學生的成績中8人取得了優秀，4人良好，并且過程中有組員之間、師生之間的交流和溝通，學生在社會性能力上有了比較明顯的提高。

案例2：以能量系統熱力學分析方法為例（32學時），上課學生人數57。本課程主要以工程熱力學基本原理在工業實際過程中的應用為主體，由3位教師分別授課。首先，選擇熱力學基本概念中的焓熵?、熱力學第一定律、熱力學第二定律等易混淆、難理解的概念和原理，分解為“為什么放熱反應能釋放熱量？——焓變與化學反應的關系”“如何理解熵的宏觀和微觀定義？”“為什么?分析方法體現了熱力學第二定律”等問題，由學生自由分組討論，小組內達成統一認識后，分別匯報各小組的討論成果，由教師和其他同學點評，從而加深學生對熱力學基本概念的認識和理解。之后，針對鋼鐵制造流程能量分析方法及應用和電力系統能量分析方法及應用兩個專題，分別邀請不同領域的行業專家為學生拓寬視野，講授行業前沿問題，讓學生運用熱力學的基本原理系統分析工程中的實際問題。

參考文獻

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Teaching Reform of Postgraduate Courses in Energy Major Based on PBL Model

DONG Huia， CHEN Jinb，c， WANG Qiangb， ZHAO Lianga

（a. School of Metallurgy， b. Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials， Ministry of Education， c. PBL Teaching Innovation Research Center， Northeast University， Shenyang， Liaoning 110819， China）

Abstract： The quality of postgraduate training is closely related to the country’s scientific and technological innovation ability. Building a high-level talent and top-notch innovative talent training system is an important goal of postgraduate training proposed by the National Postgraduate Education Conference. In order to improve the ability of postgraduates to understand basic theoretical knowledge and analyze and solve complex engineering problems under the background of emerging engineering education， PBL learning mode is used to reform the postgraduate courses of power engineering and engineering thermophysics in Northeast University in this paper. The purpose of this paper is to deal with some shortcomings in the teaching of postgraduates majoring in energy in Northeast University， and provide reference for the reform of curriculum teaching in colleges and universities with relevant postgraduates.

Key words： ideology and political education reform; emerging engineering projects; postgraduate teaching