能源动力类专业实验教学模式改革的研究

（沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136）

为适应新一轮科技革命和产业变革的挑战，要求工科教育应树立主动服务国家战略要求、主动服务行业企业需求的观念，并树立全面发展和多样化的人才观念，培养造就多样化与创新型工程科技人才，支撑产业转型升级，因此，“回归工程实践”成为高校工程教育改革的基本要求，培养学生的实践与创新能力成为工程教育改革的核心理念［1］。

沈阳工程学院秉承“工程教育、职业取向”的办学理念，定位于应用型本科人才的培养，服务国家、地方、行业、企业需求。目前学校正处于转型阶段，更注重工程实践教育的改革，沈阳工程学院的工程实践教育主要存在以下问题：首先，缺乏“工程实践教育是培养体系的关键组成部分”的基本理念。重视科学与理论，轻视技术与实践，忽视技能和能力的培养，导致现有的实践教学体系普遍存在实践内容与工程应用结合程度不足、各实践环节相互关联较差、职业思想意识教育欠缺等共性问题［2］。其次，课内实验教学环节中的实验仪器设备本身数量少、故障发生率高，同时利用率也不高；印证性理论实验多，设计性综合实验少，学生实践能力得不到充分提高。最后，实验教育管理制度完备性欠缺，实验考核评价体系不健全。实验教学资源的整合和利用不够充分，实验教学质量评价体系和考核机制不完善，缺乏对实验教学的过程监督。

为解决以上问题，将对能源动力类实验教学模式进行改革研究，注重以行业和企业需求为导向，以厚基础、宽口径、强能力、求创新为原则，构建优良的实验教育体系与平台，培养学生的工程实践能力和创新能力［3］。

一、实验教学改革的目标

以能源动力类专业实验教学为例对传统的实验教学模式进行改革，拟探索开放式、阶梯式实验教学模式。在构建实验教学内容模块化、实验资源开放化、实验装置自主化、考评手段多样化等方面进行改革与探索，最终形成开放式、阶梯式实验教学新模式［4］，如图1所示。

图1 能源动力类开放式与阶梯式实验教学模式

1.教学模式阶梯式

能源动力类专业融合实践性、综合性与创新性等特点，在培养学生的实践与创新能力方面，实验教学发挥着重要的作用。本文将能源动力工程实验教学模块进行阶梯式设计，建立基础性实验平台、科学研究实验平台、科技创新实践平台。

基础性实验平台主要由基础实验教学和专业实验教学两个模块组成。其中基础实验教学模块主要针对专业基础课而设置，如流速、压力、温度、流量等基本量测试实验，以及传热学、热力学、流体力学、燃烧学等专业基础课程的实验。打造基础实验内容精炼、简洁；专业实验内容与行业发展接轨，相对前沿，并与企业合作系列实验联合课。通过该模块的训练可使学生具备基本的实验操作与测试技能，掌握相关实验原理与方法，端正科研态度，树立工程敬业精神，为培养学生创新能力打下牢固的基础［5］。

科学研究实验平台是能源与动力类阶梯式实验教学模式的核心环节。在经过基础性实验平台训练培养后，需要系统而综合的实验教学平台提升学生的科学研究素质，培养学生综合设计的实验能力，构建学生的科学研究和工程能力［6］。由专业特色实验、专业综合实验和专业设计实验三个实验模块共同组成的科学研究实验平台，通过三个模块中的验证性、综合性和设计性实验项目的不同层次的训练，使学生逐步具备相应的科学素质［7］。例如对流换热系数的测定实验，基础性实验条件为强迫对流换热圆管横向外掠，而科学研究性实验条件可灵活转变为自然对流、管束、翅片或平板、转动圆管等，也可自行设计实验装置与方案。通过该平台的训练后，学生具备了能源与动力领域相关的专业知识，并具备了从事基础科学研究和进一步科技创新的能力。

科技创新实践平台将大学生创新实践课题、毕业论文、实习实训等与科研立项和科技创新相结合，设置创新学分，鼓励学生参加科技创新。该模块将采用本科生导师制，结合导师的科研课题并利用导师的科研实验设备或在与企业联合的产学研基地完成。创新实践实验模块实施时可由导师、学生根据实际情况自由组合，可设立鼓励政策，如建立大学生创新实践基金、举办各类科技竞赛和创建相关创新协会等。经过创新实践平台训练后，进一步激发并提高了学生的创新能力。例如沈阳工程学院年均立项大创项目三百余项，参与学生近两千人，学生在这一阶段能具备以下科技创新能力，如承担教师科研项目部分工作，撰写与公开发表科研论文、申请专利、完成大学生创新创业实践项目，以及参加大学生各类科技竞赛项目等。

2.实验教学平台的开放

在“能源与动力工程”辽宁省实验教学示范中心平台上，以“能源动力虚拟仿真平台”建设为契机大胆探索开放实验教学模式。利用已建好的能源动力开放实验系统网络管理系统，依托已成立的实训拓展部学生团队，结合阶梯式实验教学模块及虚拟仿真平台，以及学生对不同实验项目的需求，实现开放实验平台时间和空间上充分利用，实验室、实验仪器与实验耗材管理的规范化、信息化；在实验教学模式的完善方面，重点进行管理体制的改革、运行机制的完善和实验教学开放模式的优化设置［8］，以达到保证时间上的开放。实验教学平台的开放设计，基本可实现教师与学生、虚拟与实践、学习与评价、人与设备等问题达到平衡，把培养创新人才与实验室管理协调起来。通过开放实验教学平台，校内各学科间交叉融合，校际同类专业间资源共享，也可向企业或各科研单位的人员提供实验室和实验仪器等的预约，既符合高校培养应用型人才的目标，也符合当前形势下实验室管理发展的趋势。

二、实验教学改革内容

1.教学内容模块化

目前中心已建立了基础实验，专业实验，系统仿真、创新实践实验等多个实验模块。但大部分实验教学模块的教学内容是根据理论教学授课内容进行开设的，部分实验模块过于集中在某一知识点上，实验模块涵盖的知识点内容分布不合理。为此将进一步细化实验教学内容，并形成六个实验教学模块。包括基础实验、专业实验、专业特色实验、专业综合实验、虚拟实验以及创新性实验教学模块，每一模块下有数个实验项目可供学生选择。

2.进一步完善实验网络系统，实现实验教学开放化

结合六个实验教学模块、三个层次的阶梯式实验平台，协调安排开放实验的时间、场地、自选实验项目设置；重点开展虚拟实验平台、基于能源动力开放实验室及多媒体演示平台的建设。在开放实验网络系统中上传实验教学模块对应的实验大纲、实验指导书、虚拟操作、仪器使用手册、安全事项、教学科研成果等资源。通过开放网络系统及时发布实验相关信息，以方便学生查阅各种实验课件、完成课前预习、进行实验总结、交流实验心得以及开展学术讨论等活动，将实验中心网站变成可为实验教学提供了高效优质的资源服务中心。在网站设立了学生入口和教师入口，提供了师生在线交流平台，并实现教学资源共享，为学生自主学习创造了良好条件。

3.实验教学方法的创新

结合能源与动力专业实验教学特点逐步建立具有特色的实验教学方法。为使每个学生都有独立操作实验机会，不再以班级为单位上课，将以2～4 人实验小组的形式设置实验课程表。学生通过开放网络系统，预约实验项目、试验台及时间，通过虚拟实验模块对实验项目进行预习和虚拟操作，再进入线下实验室进行实验操作和调整设计，形成开放性思维，主动思考实验条件和装置的变换，实现发挥教师主导作用，以学生为本、个性化发展的实验教学目的［9］。

4.开发创新型和研究型试验装置

结合大学生创新训练项目和大学生科技竞赛等，开发创新型和研究型试验装置，将创新意识转化为创新实践，同时锻炼科学研究能力。在培养学生的创新意识后，对于提出的较可行的创新观点，首先组织相关教师进行指导，再进行深入理论分析，确定创新型研究型试验装置的设计参数、预期功能、成果等，组织申报大学生创新训练项目，制作样机，试验研究，成果汇报与发表，参加大学生科技创新竞赛，作为实验课中创新教学的案例等。通过该环节可培养大学生的创新和研究能力，丰富课余科技实践内容，完整掌握设备加工、安装，测控仪器仪表的原理、使用、调试，数据采集与处理，专利和期刊论文的撰写、发表等。

5.实验教学考核方式变革

传统的实验考核方式多依据实验报告单一判定，这种实验考核方式较主观，部分学生对实验过程不重视不参与，在结果分析环节抄袭他人实验报告，导致教师无法准确把握实验过程评价。改革的实验考核方式将建立过程性的实验教学考核体系，体现重过程、重平时、重创新思维的指导思想［10］。不同实验模块采用不同考核方法，如基础性实验和综合性实验模块可采用试题库，实行笔试与实际操作、实验报告相结合的方式；考核采取比例模式，如实际操作成绩占50%，理论考试占40%，平时分占10%。对于创新性实验教学项目的考核，发挥教师的指导作用，提出实验目的和基本要求，以学生为主题，自主设计和调整实验具体方案，考核方式采取“设计方案+实验操作+总结分析”形式，其中设计方案所占比例较高，充分调动学生自主研发的积极性，逐步培养学生形成开放思维。对于虚拟实验模块考核，则可通过学生在虚拟端的操作由虚拟系统直接给出成绩。通过多样化的实验教学考核体系给出实验综合成绩，可实现对学生的学习态度、观察能力、动手能力、思维能力、综合分析能力等的全面考查。

三、结论

能源动力类阶梯式与开放式实验教学模式的改革，以社会和企业需求为导向，以培养学生的工程实践能力和创新能力为目标，遵循“先进性、实用性”的建设原则，以“基础知识—专业能力—综合素质”为贯穿主线，构建“三个层次、六个模块”为核心的工程实践教学体系，其中三个层次分别为基础性实验平台、科学研究实验平台、科技创新实践平台，三级实践教学层次之间逐层提高，各有不同的侧重点，其贯穿于专业实践教学的各个环节，形成特色突出、重视实践、强化能力、多元立体的能源动力类实验教学体系。