新工科视域下特种能源技术与工程专业教学模式探索与实践

贾 瑛 吕晓猛 金国锋 黄智勇 沈可可

火箭军工程大学特种燃料化学与材料技术陕西省重点实验室，陕西 西安 710025

随着科学与技术的革命性创新，建设与发展新工科已经成为我国高等教育的迫切任务。新工科建设的核心任务是要把人才培养的新能力建设作为重点，把培养适应未来国家国防和经济建设需要的高素质创新人才作为目标。特种能源技术与工程专业是随着社会高速发展、科技水平持续进步，特别是在国防和军工建设发展要求全方位提高的大背景下，为适应经济社会、国防军工科技发展需要而开设的新兴专业，并随着时代进步和武器装备的发展不断更新与变化，具有典型的跟随时代变革而发展的开创性，对推动国防军事和航空航天技术进步具有不可替代的作用。

特种能源技术与工程专业作为典型的新兴的武器装备类新工科专业，其专业课程主要学习和掌握特种能源技术与工程专业必需的含能材料（如火炸药、火工品、推进剂等）的基础理论、基本知识和实践技能，具备在航空航天、装备兵工、军事武器和其他相关含能材料领域从事特种能源技术与工程生产设计、技术研发、性能测试和安全管理等工作岗位的创新与应用能力，具有多学科交叉性强、应用实践多、动手能力要求高、创新驱动性显著等新工科专业的主要特征。特种能源技术与工程专业课程涉“毒”涉“毒”，不安全因素多，危险性大。目前国内开设该专业的普通本科高等院校共有六所，以某地方高校为例，其特种能源技术与工程专业课程包括火炸药理论、火工品原理与设计、火工品性能测试、炸药合成、火炸药应用技术等理论与实践课程。炸药、雷管、导火索等为爆炸危险品。该类专业因涉“毒”涉“毒”导致课程教学存在着不同程度“重理论、轻实践”现象，实验实践在教学体系中分量不足。涉“毒”涉“爆”危险专业普遍缺乏实践机会，学生深入接触科研机会少，教学与科研缺乏深度融合等问题亟待解决。

我校是目前唯一开设特种能源技术与工程专业的高等军事院校，专业课程设置以液体推进剂和固体推进剂等特种能源为背景，涵盖特种能源生产、运输、使用、贮存、污染和应急处置等全周期过程。本文以火箭工程大学（以下简称我校）特种能源技术与工程专业为例，结合“特种能源使用与安全”教学团队建设，针对如何抓住大力发展新工科的历史机遇，通过理论与实践深度融合、教学与科研创新融合、知识与应用交叉融合等三个维度教学模式融合创新实践，探索实现特种能源技术与工程专业教学模式创新发展的途径。

一、深化专业实践教学模式顶层设计，着力促进理论与实践深度融合

我校特种能源技术与工程专业所涉及的特种能源具有特殊的物理性质和化学性质，其中的液体推进剂属于易燃易爆剧毒化学品，在一定外界作用和环境条件下，能以物理化学方式释放能量，着火爆炸危险性较大，如甲A 类易燃液体推进剂偏二甲肼，氧化性和腐蚀性极强的液体推进剂四氧化二氮、绿色四氧化二氮等。特种能源技术与工程专业课堂教学可以对特种能源的物理性质、化学性质、毒性和着火爆炸危险性等理论做深入阐述和讲解，但其特殊属性导致专业理论教学与具有一定危险性的实践教学仍难以有效匹配，因而如何构建与理论教学紧密联系、深度融合的专业实践教学体系是解决该课程理论联系实践不够、针对性不强的有效途径。

（一）抓好专业实践教学模式改革顶层设计

围绕特种能源技术与工程专业特色，紧扣新工科时代特征这个关键，抓好专业实践教学模式改革的顶层设计。一是内涵重塑。解放思想、更新观念，利用办学思想大讨论以及教学改革的有利条件，就实践实训要求和人才培养短板弱项等开展深入调查研究，结合新工科的主要特征和专业的国防军事特色，找差距，补弱项，通过创新设计专业实践教学体系，增大实践教学学时比重，增设与专业发展相关的新工科特色明显的科研类、自主类和综合类实践，赋予特种能源技术与工程专业新工科的时代内涵。二是体系重构。着眼于由知识向能力尤其是创新实践和实训应用能力的转化，构建能力提升阶梯范式的专业实践教学体系，设计了“实验、实习、实践、实训”阶梯式“四步法”专业实践教学模式，增加综合性、设计性、自主性实践教学比重，引导学员结合工程应用和实训要求开展实践教学。三是应用赋能。对接岗位应用需求，丰富和完善实践教学支撑体系设计，为第一岗位任职赋能，创新了实训操作教学、原理示教教学和案例实装教学等应用场景环节，实现了专业实践教学体系与实训应用操作的无缝对接，赋予实践教学目标及效果更强的针对性和有效性。

（二）构建功能先进的实践教学平台硬件体系

在前期陕西省高等院校实验教学示范中心建设基础上，我校2018年又成功申报建设了陕西省特种燃料化学与材料技术重点实验室，并以此为依托，针对专业理论教学向实践操作转换过程中存在的问题，如部分学生心理冲击较大、畏惧情绪和抵触心理明显、实践过程以模拟操作代替真品操作、学生实践动手次数少等难点问题，秉承由易到难、由应用到综合、由原理到创新、由个体操作到分组指挥配合的层级递进原则，构建了特种能源技术与工程专业教学“三大实践平台”（基础应用实践平台、专业综合实践平台、在线开放实践平台）。同时，细分建设了“七个实践模块”（原理示教、性能分析、安全防护、预警监测、污染治理、应急处置、数据建模），向学生提供“认知—基础—综合—创新”功能先进、层次分明的实践教学平台硬件体系，开拓多样化递进化的实习实践和真品操作途径，解决了理论知识传授、个体自主学习、动手实践操作等三方面联系不紧密，学生真品操作认知不够，心理压力大等问题，有效满足了不同年级、不同层次学生特别是复合型和拔尖人才实践与创新培养所需的硬件实践平台，顺应了新工科对于学生培养应用实践多、动手能力要求高的发展要求，为学生的实践与创新能力培养提供了全过程教学条件保障。

（三）打造多层次一体化实践教学模式

从“了解推进剂、走进推进剂、探索推进剂”三个实践层次培养学生综合能力，打造多层次一体化实践教学模式。在学生毕业工作岗位、航天工业部门和国防军工背景院校等单位建设实践基地，从航天科技集团、兵器工业集团等航天军工企业、高校和研究院所的参观实践，到推进剂相关应用装备的现场实践，再到实验室进行综合自主实验实践等系列实践教学模式，形成感性认识、岗位认知、知识运用的一体化实践能力教学培养模式；提升实践教学占专业课程教学的比重，特种能源技术与工程专业实践学时占总教学学时的比例已从2013版人才培养方案的18%大幅提升至2020 版人才培养方案的40.5%，特别是综合性、自主性和创新性实践在总实践学时中的占比不低于70%；通过教师指导和学生自我调研选题相结合，实行“专题研讨+预约实践+结果评估”灵活教学机制，开展专业实践课题的自主拟制，并合理评估自主实践课题的创新度、可行性和应用性，在此过程中锻炼学员发现问题、思考问题和独立动手解决问题的能力，实现理论与实践教学的有效匹配、紧密联系和深度融合。

二、形成科研成果动态反哺教学机制，深入推动教学与科研创新融合

创新驱动是新工科视域下创新型人才培养的主要特征之一。教学是知识的传承、科研是知识的创新，不断用科研创新更新教学内容和教学方式，推动教学与科研的创新融合，是实现教学和科研协同育人、创新育才的关键所在。特种能源作为火箭和航空发动机的核心动力能源，是航空航天动力技术创新的基础和源头。如何在特种能源技术与工程专业教学中促进科研成果动态反哺教学，为学生提供更多创新实践和自主科研的机会，是推动特种能源技术与工程专业教学和科研创新融合、培养符合新工科建设发展需要与国防科技创新需要的高素质创新型军事人才的必由之路。

（一）不断应用科研成果创新教学方法和教学内容

全面实时梳理特种能源专业领域相关科研成果的技术优势和知识要点，不断将本专业领域的科研成果转化应用于创新教学内容改革，使转化进入教材、进入课堂、进入实践、进入应用（“四进入”），实现科研成果与理论教学、实践教学的创新融合。近十年来，我校充分发挥教学和科研各自优势、创新协同育人，先后将10 余项国家、军队和省（部）级奖励成果的160 余个新知识点转化进入教材、走进课堂；“纳米二氧化钛光催化剂处理推进剂污染”等20 余个创新性、综合性实验进入专业基础课程实验和专业应用实践体系；根据科研成果创新设计的“设计问题驱动式”“科研成果融入式”“应用案例推广式”等教学方法和与实训同步的考核评价模式初见成效；结合科研成果开发原理示教系统样机，能让学生更加充分地了解特种能源教学中所蕴含的基础原理和关键特性，提高学员对特种能源认知的深度。科研成果动态反哺教学的创新融合长效机制和育人良性互动环节形成闭环，较好地实现了以研促教、教研融合和教研相长。

（二）设立专项基金和实践基地，鼓励自主科技创新实践

为满足科技创新教学实践活动和学科竞赛需要，设立实验室学生专项创新基金和高起点实践基地，鼓励学生开展自主科技创新的专业实践。近5年我校先后资助了5批次共50个自主科技专业实践项目，形成了学员参加自主创新活动的长效机制，激发学生形成可持续的创新能力；支持和鼓励本科生参与本科导师的科研活动，早进课题、早进实验室、早进团队，理论和实践教学内容不断创新，难度不断增加，学员知识视野和高级思维不断拓展，较好地实现了从教学的知识传承到科研创新的转变；定期组织学员参加课外学科竞赛，由学生基于实践教学平台中的预警监测模块和应急处置模块等自主构建的“智能森林—火灾预警系统”等多个项目在校级和省级科技创新大赛中获奖，学生在专业创新实践中分析、解决实际问题的能力和可持续发展的综合创新水平显著提升，教学与科研创新融合、协同育人推动教学质量效益不断提升的优势作用发挥明显。

三、持续推进教师能力建设与学生岗位需求同步，着力实现知识与能力交叉融合

教学的目的是传承知识，教师的作用是在为学生传承知识的同时，培养其应用知识解决问题的创新能力。要正确处理知识与能力的关系，培养学生树立知识与能力并重、知识为能力服务的理念，教师必须不断加强自身能力建设，及时了解并获取学生岗位的知识和能力需求，将特种能源技术与工程专业知识教学转化为学生岗位能力培养。

（一）注重教师队伍教研综合创新能力的建设培养

一是通过教学团队集中理论学习、课程小组交流研讨和集体备课、教学问题和成果定期梳理检讨式总结等方式加强相关领域特别是危险化学品领域的基础理论和教学方法研究，建立以核心专业课为关键环节的体系化专业知识储备，形成解决特种能源技术与工程专业教学中各种问题的能力。二是健全完善了名校进修、实训实践和科研跟踪等机制。近几年来我校先后有10 余人次赴清华大学、国防科技大学等一流名校访学、进修、攻读学位和参加专题培训，以专业发展前沿、实训实践问题和教学科研难点等为牵引培育教研综合创新能力，形成年龄、学历、学缘和能力结构合理的师资队伍。三是改革教师能力素质考核评估机制，破除以课堂理论教学质量为主的“一刀切”做法，注重知识与能力交叉融合，突出以专业理论授课为基础的实践实训能力综合评价，以培育和锻炼教师队伍运用知识解决特种能源技术与工程专业实际问题能力为导向，通过问题的完整还原与剖析，实践问题发现、原因剖析、对策提出、问题解决、举一反三的过程，促进教师教学能力和学生解决实际问题能力的同步提升。

（二）突出学生岗位应用需求的知识和能力交叉培养

特种能源技术与工程专业课程多，涉及推进剂种类多、环节多，知识体系较为复杂，对学生岗位能力要求较高。如液体推进剂分析课程因涉及液体推进剂种类多、分析项目多、过程复杂程度不一，工作中经常出现不符合技术规格标准要求的结果，如分析过程中空气浮力影响分析结果、分析化验结果质量百分含量超“百”等问题；推进剂污染治理课程涉及液体推进剂特别是肼类燃料在环境中的复杂迁移转化规律、推进剂污染治理实践及机理探讨等问题。这些典型问题，要求教师在加强自身能力素质建设的同时，需不断将学生工作知识和能力需求融入教学过程中，体现学生工作岗位能力对知识的需求，体现在科学知识基础与岗位能力的交叉培养。特种能源技术与工程专业教学过程不仅要系统梳理学生工作岗位的知识需求，做好传承，更要结合岗位能力素质培养，做到传承上的融合创新。

四、结语

作为典型的武器装备类新工科专业，特种能源技术与工程专业教学改革积极顺应国家国防军事领域大力发展和建设新工科的时代需求，围绕新工科建设内涵和发展要求，针对专业教学涉“毒”涉“爆”特点，持续推进专业教学理论与实践深度融合、教学与科研创新融合、知识与应用交叉融合的改革实践，探索了新工科视域下特种能源技术与工程专业教学模式创新发展的途径，为国防军事相关领域专业教学质量提升和特色人才培养提供了有益借鉴。