能源动力大类专业实验教学体系建设

2017-12-15何玉荣姜宝成黄怡珉

实验室研究与探索 2017年11期

关键词：能源动力实验教学体系

翟明，何玉荣，姜宝成，黄怡珉，张玉

(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨 150001)

能源动力大类专业实验教学体系建设

翟明，何玉荣，姜宝成，黄怡珉，张玉

(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨 150001)

实验教学是高校教学工作的重要组成部分，在加强共性化实验教学体系建设的同时，应注重个性化实验教学体系建设，增强人才的工程实践和集成创新能力培养。哈尔滨工业大学能源科学与工程学院依托学科知识体系构建了能源动力大类专业实验教学新体系，分为专业基础课实验教学体系、专业课实验教学体系、创新创业实验教学体系3个子体系。具体实验项目划分为：基础、综合设计、工程应用、科研创新与创业4个层次。学生在专业理论知识学习的同时，经过理论到实践、单一到综合、基础到应用，最后进行科研创新实验训练，保证学生知识学习与能力培养。新的实验教学体系有利于学生开展创新实践活动，满足工程领军人才与拔尖创新人才的培养要求。

能源动力；大类专业；实验教学；教学体系

0 引言

实验教学是高校教学工作的重要组成部分，是全面实施人才培养计划，提高教学质量的重要教学环节[1-6]。实验教学不仅要求学生学会如何运用所学的基础理论解决实际问题的能力，还要培养学生独立思考问题、开拓创造性思维，它是培养学生动手能力、创新能力、创新意识的基本途径[7-11]。我校确定了精英教育的办学指导思想和目标定位，通过构建通识教育与专业教育相结合的人才培养模式，面向国家与社会需求，培养“研究型、个性化、精英式”具有国际竞争力的高素质人才，教学过程形成了“厚基础、强实践、重能力、求创新”的办学特色。秉承学校的教学理念和改革思路，坚持“规格严格，功夫到家”的办学传统，能源动力实验教学中心本着“依托学科专业优势，教学科研相融合，理论与实践相结合”，突出以学生为本，以能力培养为核心，保证学生知识学习、能力培养、素质协调发展的全面提升[12]。在加强共性化实验教学体系建设的同时，注重个性化实验教学体系建设，增强人才的工程实践和集成创新能力培养，打造更加符合拔尖创新人才成长需要的实验教学体系[13-16]。能源学院对实验教学体系进行了改革，体制上成立了院管实验教学中心，实验教学内容安排上依托能源动力类大类专业知识体系，构建资源优化、高效运行的能源动力大类专业实验教学体系，将实验项目划分为基础、综合设计、工程应用、科研创新4种类型。同时，实物教学内容与虚拟教学内容有机结合，优势互补，学生必修实验和自选实验、课内实验与创新实验结合，鼓励学生参加科技创新实践，让学生通过课程学习和创新实践锻炼，培养其自主性学习、探索性学习和研究性学习的能力。

1 建设目标和要求

实验教学的目的是使学生通过逐次开设的基础实验、综合设计、工程应用、科研创新等一系列实验课的学习，打好知识基础，掌握必要的专业知识，提高动手能力和实验技能，养成良好的科学实验习惯，并积极主动地开展科学探索和创新，最终达到创新型人才培养目标。为了保障能源动力实验教学质量和本科生培养效果，建立全方位、多层次、科学有效、可操作的能源动力实验教学质量标准，在实验教学计划编制环节、实验选课环节、实验准备与开设环节和实验成绩评定分析环节，提出明确的质量要求，紧紧抓住实验教学工作各环节，做到具体量化，严格管理。

2 建设内容

能源动力实验教学中心成立伊始就开始研究探索建立满足能源动力类高素质创新型人才培养要求的实验教学体系，经过多年改革实践逐步建立了构建了基于学科知识体系的能源动力类大类专业实验教学体系(见图1)。该体系分为3个子体系：专业基础课实验教学体系、专业课实验教学体系、创新创业实验教学体系，实行多层次教学，各个层次课程定位不同，发挥不同层次课程协同作用。学生在专业理论知识学习的同时，经过理论到实践、单一到综合、基础到应用，最后进行科研创新实验训练。专业基础课实验教学与专业课实验教学体系侧重共性知识的学习与能力培养，创新创业实验教学体系侧重创新创业精神与个性能力的培养。

图1 能源动力大类专业实验教学体系

实验教学体系中的具体实验项目划分为基础、综合设计、工程应用、科研创新与创业等层次，同时根据开出实验特点将所开实验划分为专业基础课、专业课及创新3个实物实验教学平台，1个虚拟仿真实验教学平台，1个教学基地即工程与社会实践教学基地。实物实验平台与虚拟仿真实验教学平台的实验统一划分，安排到3个实验子体系中开设实验。新的教学体系改变实验教学依附于理论教学的传统观念，使实验教学成为一个相对独立完整的教学体系。与理论教学既有机结合、相互促进与提高，又相对独立，以保证能遵循实验教学的认知规律，完成实验教学的各项内容。

2.1 专业基础课实验教学体系

专业基础课实验系列课程兼顾专业基础课程知识学习与学生能力培养，着重基本实验技能与综合实践能力培养。专业基础平台课系列实验包括7(13)门课程模块，27项实验，精选基础理论经典教学内容，主要为基础与综合设计类实验，如“雷诺实验”“圆柱绕流实验”“气流横掠单管表面对流放热实验”等。能源动力类学生需要完成全部实验内容，其他专业学生选作部分内容。专业基础课平台同时为校内其他学院学生开设实验：针对航空航天类专业学生，以工程热力学、传热学基本理论为主线，重点围绕热平衡与换热基本定律、工质的热物质、流动与换热规律等展开实验。针对机械类专业学生，以工程流体力学、传热学基本理论为主线，重点围绕流体基本定律、工质基本性质、流体流动规律与换热规律展开实验。实验中心开设的其它实验内容对航空航天类、机械类专业学生开放，供其课外选做。

2.2 专业课实验教学体系

专业课程知识学习与专业工程能力培养兼顾。根据不同专业方向的教学计划，包括24门专业课、45项实验，主要为工程应用类实验，如“锅炉热平衡实验”“泵与风机性能实验”“制冷机性能实验”等，是结合专业知识背景，及学科科研实验基础开发建设的。能源动力类专业学生按照不同专业方向选作相关实验内容，其他专业学生选作部分内容。

2.3 创新创业实验教学体系

综合运用所学知识解决实际问题能力，实施个性化教育，注重科研创新能力，创新创业实践能力。创新实验教学平台包括18门创新研修课，7门创新实验课，以及基于科研项目的科技创新实践活动，创业社会实践等。相关教学内容是开放的，与研究生共享实验平台，培养学生科研创新能力。

(1) 科研实验转化为创新实验教学内容。针对教师科研成果，研究提炼出能浓缩转化为对培养学生科学素质有价值的实验题目和实验装置，不断更新、丰富实验教学内容；探索和研究将科研和教学相互渗透，科研成果转化到教学方面来，既能使资源共享解决经费短缺问题，又能使教师在教学过程中不断发现新问题，反馈到科研中，促进科研水平的提高。

(2) 科研成果转化为创新研修课教学内容。实施精英教育，增加高水平教师为本科生授课的机会，充分发挥学科科研优势对本科教学的促进作用，鼓励教师为学有余力的本科生开设“创新研修课”，让学生接触、了解学科前沿问题，为学生独立申请科技项目、参加科研创新实验，及直接参加教师的科研工作打好基础。

(3) 实行导师制，开展以项目为导向的学习。针对低年级同学，根据学生业余爱好及兴趣，鼓励引导他们参加学校组织的科技制作立项，重点培养动手能力与创新精神。针对高年级学生，教师在自己科研项目中抽取和派生出的适合本科生完成的子课题。项目完成后组织其参加节能减排大赛等竞赛。高校教师从事的科研活动是理论与实践相结合的前沿，学生参与科研实践是提高其实践能力和创新能力的最有效办法。同时将科研创新实验与毕业设计结合，解决了一年制毕业设计难以真正实施的问题，保证了学生能得到真正的科研训练。

(4) 利用工程与社会实践基地开展创业实践。与能源动力企业共建工程与社会实践基地，实行校企联合，让学生更多了解企业和社会，培养学生工程实践能力。与院学工办共建能源动力大学生创业社会实践基地，学生根据自己兴趣、爱好及特长进行创业训练。

2.4 虚拟仿真实验教学

虚拟仿真实验有独立的实验教学内容，但具体实验项目开设纳入到其他教学体系中。虚拟仿真实验教学平台依托核能系统仿真国际联合研究中心、燃煤污染物减排国家工程实验室、发动机气体动力中心等开发了56项虚拟实验，分为5个教学模块(见图2)。作为一种新形式的教学方式，虚拟仿真实验对实物实验是一种很好的替代和补充，某些实物实验不能完成，或不易快速、多次重复进行的，通过虚拟仿真实验可以起到良好的教学效果。

图2 虚拟仿真实验教学

3 质量保证

3.1 教学大纲与教学计划

根据学生培养目标、各专业(方向)学生的培养方案和课程的教学大纲编制实验教学计划。实验教学计划编制突出：①课程的定位和作用；②不同专业方向的具体培养目标；③课程内容的丰富性；④教学进度安排的合理性与灵活性；⑤不同专业方向之间的交融性；⑥课程内容的可选择性。凡列入教学计划的实验课程均制定实验教学大纲，实验教学大纲的修订配合教学计划及培养方案的修订。

3.2 实验选课与实验室开放

按照学分制要求，学生的理论课程和实验课程的选课应根据培养方案要求进行开放式选课。选课环节体现学生的自主性、灵活性，实验室和教学工作的合理运行。备选实验课程及实验项目内容合理搭配，确保实验室的高效率运转、设备的充分利用和实验教学工作的顺利开展。实验室实现时间、空间和实验项目等全方位开放。在开放内容上，让学生在完成基本实验要求的同时，还能感触到融合多门知识的综合性实验和研究型实验，促使学生主动思考、自主学习、激发创新潜能。

3.3 实验指导

指导教师由具有讲师及其以上职称或具有硕士及以上学位，通过岗前培训并取得合格的教师担任。实验指导人员由教师或专职实验技术人员担任，助教作为实验辅助指导人员参加实验指导工作。对指导教师所指导的学生数严格限制。

3.4 实验成绩评定分析

实验课成绩的评定按照累加式进行，包括实验报告成绩和考试成绩两部分。实验课考试以笔试为主，试题涵盖实验课选题范围内的大多数实验，考试成绩按百分制进行计算。最后，将平时实验报告成绩和最终考试成绩按照一定的权重比例进行累加计算，给出最终成绩。

3.5 教学过程评教与督导

实行校院两级督导管理体系，按照实验教学课程表，现场检查实验教学情况，包括：实验内容、实验教材(或指导书)、实验准备、教师辅导、每组实验人数、学生操作和实验报告批改情况等。建立学生对实验的评价反馈机制，学生利用评教系统对实验课程和实验教师进行评教，教师根据反馈意见进行相应改进。

4 建设成效

2011年以来，能源动力实验教学中心教师承担10余项省级教学改革项目，1项获国家级教学成果奖，4项获得省级教学成果二等奖，发表教学研究论文10篇，新开18门创新研修课，7门创新实验课，以及基于科研项目的科技创新、创业社会实践等。利用网络开发了30余项虚拟实验，获2014年黑龙江省能源动力虚拟仿真实验教学示范中心的称号。

学生在创新实践过程中创新精神与实践能力得到明显提升，一批学生取得了相关科研成果。近年来有500余名学生参加国家级、校级科技创新项目70余项。2011年以来，参加全国大学生节能减排大赛获奖50项，其中，特等奖2项，一等奖13项，二等奖18项，三等奖17项；参加科研工作发表论文10篇，参加科研工作获得专利14个；校本科生科技创新奖多项。

5 结语

能源动力实验教学中心以培养拔尖创新人才与工程领军人才为培养目标，融合各类实验资源，构建了能源动力大类专业一体化管理、多模块、多层次教学内容协同发挥作用的实验教学体系，依托学科优势，将科研资源与成果转化为创新实验教学内容，促进教学实验与科研的深度融合；自主开发虚拟仿真实验，实验教学过程中虚实结合、优势互补，实现教学手段和教学模式变革，激发学生的专业兴趣和创新意识，在高素质创新型人才培养过程中发挥了重要作用。

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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