新工科背景下能源动力类课程多学科交叉融合的探索研究

周立波，任延杰，陈 荐

（长沙理工大学 能源与动力工程学院，湖南 长沙 410114）

一、新工科的背景

高等教育是我国创新体系建设的重要环节。中国高等教育迫切需要治理体系和治理能力的现代化发展。目前，高等教育强国战略已经正式写入了国家高等教育改革与发展的总纲领。

当前，随着我国积极实施技术创新带动发展，落实“一带一路”倡议，“互联网+”等国家经济重大发展战略，以新产业、新技术、新业态为代表的新兴经济社会快速发展，对工程技术人才提出了更高的要求，并亟须促进工程教育变革和工程技术创新。我国的工科高等教育规模虽大，但高等教育质量却仍滞后于欧美等发达国家，且我国的教学管理模式也相对较保守传统，一些在校生普遍缺少创新能力及实际动手能力，无法满足社会需求以及生产要求。因此新工科的建设和发展，应把重心集中到新工科人才的专业知识培养与新工科专业建设上来，对新工科人才的培养能力是高校乃至国家在新工业革命中占主导地位的关键［1］。

高等教育新工科专业建设和产业发展密切联系，为推动国家高等工程教育改革创新，2017年的“复旦共识”表明了新工科建设的紧迫性与必要性，并鼓励全国所有高等院校积极开展新型工程教育路径与发展模式改革［2］。本文主要聚焦新工科背景下在能源动力专业课程中进行多学科交叉融合的研究。

二、能源与动力工程专业在培养人才方面存在的问题

能源电力是国民经济发展中最为重要的基础产业之一，在国家着力实施碳达峰、碳中和的大背景下，能源与动力工程专业作为涵盖能源、动力及环境领域的核心学科之一，必将在能源开发与综合利用、节能减排、高效低污染动力排放等领域充分发挥作用并提供主要技术支撑，为我国实现碳达峰、碳中和的目标提供强有力的技术保障。能源科技人才是实现以上目标的主要执行者，如何培养新能源格局下的人才一直是能源与动力工程学科的探索方向之一［3］。然而，目前在能源动力类人才培养模式、课程及教材体系建设方面，仍面临诸多挑战。

1.能源动力类研究领域的拓展对人才知识结构提出了新要求。能源动力学科涵盖范围广，基础知识内容丰富，该专业学生毕业后可以向多学科领域拓展，具有为能源、动力、化工、冶金、建筑、环保等领域服务的鲜明特色［4］。学生须了解能源动力类专业的基础理论与专业知识，进行工程师基础训练，具备热能工程、新能源科学工程及自动化相关方面的科研、工程设计、设备制造、运行管理、技术开发等能力和创新意识。当前，全国各地的能源已被较好地开发和利用，给高等院校能源和电力学科学生创造了良好就业前景。然而，在当前的专业与人才培养规划中，高校并不能通过调整相应的课程内容来满足学生当前的发展需求。

在新工科建设背景下，根据国家高水平高校建设的需要，长沙理工大学将从原有的注重理论知识学习和应用能力培养的传统人才培养方式，转型为以专业知识为基础、能力培养为核心、素质提升为目的的新型培养模式。提升学生的技术创新、实验技能、应变能力、领导能力等，开阔毕业生的国际视野，强化毕业生的社会责任。这符合能源动力行业的需要，培养的学生更容易适应产业发展并且与国际接轨。

2.单一的课程体系构建不利于学生的全面发展。大学阶段是学生世界观、人生观、价值观和职业观建立的关键时期，对学生未来的职业发展有着重要意义。在当前素质教育的号召下，在不同学科人才培养方案以及课程体系基础上，给予学生自由选择与发展的空间，使学生按照自身兴趣倾向选择自己喜欢的课程。随着科技的发展，现在的能源动力公司所需的都是复合型人才，涉及范围不仅包括能源技术，还包含先进的制造技术、动力机械、高性能材料等方面。能源动力设备等关键领域发展日新月异，而在目前的课程体系中，能源动力类课程所学的内容基本一致，教学内容没有明显的改动，部分内容甚至在实际工业中已经被淘汰，不利于培养与时俱进、全面发展的学生。

实践性教学是培育人才中很关键的一环，但实践性环节的课程设计仍是当今我国高等教育培养方式中的通病，离创新型培养模式仍有较大差距。综观各校能源与动力工程学科的课程体系，发现其实践性内容的设置与理论知识存在严重脱节，不利于实践性教学目标的实现。此外，实践教学内容设置缺乏及时、有效的更新，同国外先进的高等教育课程体系比较，实践教学内容过时，不利于人才培养质量的提升。

3.考核方式有效性不高。期末考核的目的在于考查学生对必须牢记的理论、本学科基本理念的掌握情况。然而，学生的设计能力、解决问题的能力无法在期末试卷中体现出来，且容易使学生养成考前突击的习惯，不注重平时的学习积累，没有打好坚实的理论基础。更严重的是，学生为了应付考试而突击性地背知识点，只做到了短期记忆，导致很多将要毕业的学生感觉大学生涯里什么也没有学到，容易让他们产生虚度光阴的挫败感。目前，能源动力类学科考核内容主要体现课本上的知识点，但课本上的知识点对与时俱进的能源格局而言太过单一，难以合理地评估学习效果和成绩。部分教师以学术报告的形式检测学生的学术综合能力，但是学生对做报告的检测方式不够重视，学生经常在临近考核时加班加点的准备学术报告，而平时的上课时间基本上都在虚度光阴，最终在短时间内完成简短的学术报告，很难体现学生的学习效果。

三、新工科浪潮下的能源与动力工程专业新教学方式的探索

笔者所在的长沙理工大学能源与动力工程学院，提出聚焦新工科建设，探索能源动力类课程多学科交叉融合的新路径，体现多学科思维融合、产业技术与学科理论融合，聚焦以提升教学效果以及人才知识结构为目的的创新讲学方法与理念，构建适应新形势下能源动力类人才培养要求的课程体系，取得显著效果，具体建议与措施如下。

1.完善课程体系设置，建立健全人才培养模式。新工科专业改革与实践的第一步是开展人才培养方案的制订与修改工作。以行业需要为导向，通过调整学科专业布局，优化课程体系，进一步制定新工科专业大类的人才培养规划。具体内容：与行业、企业协同教育办学，创新协同育人教学模式，逐步从“工学交替”向“工学交融”过渡，以增强学生的工程实践能力和创新就业意识；改革了原有能源动力类专业技术教学体系，采用“纵向分层教学”和“横向分模块教学”结合的课程教学体系，在现有的能源与动力工程专业、机械设计及其自动化专业以及材料科学与工程专业的基础上，整合优势资源，实行优势专业和优势学科交叉融合，形成具备综合机械设计及其自动化、材料科学与工程以及能源动力工程等专业背景的教学特色，培养创新型、复合型新工科人才。

在原有专业课程体系基础上，以校企合作共建实习实践基地和现代化信息技术建设为基础，根据理论课程安排，实行实践与课程相结合的新工科教育模式。本校目前开设的实践型教学课程有：“金工实习”“电工实验”“专业生产实习”“社会实践”“动力设备拆装实习”“课程设计”“专业综合设计实践环节”以及“学生毕业实习和毕业设计”等。实践课程教学通常采用实践教学和虚拟系统仿真教学相结合的教学方法，全面体现了学科之间的交叉和融合，同时秉承了虚实融合的实践教学理念，积极推动虚拟仿真系统试验平台搭建，完成一批与能源动力类专业相关课程的虚拟系统仿真试验项目开发和研究。积极探索线上与线下教育相结合的个性化、智能化教学新模式，有效提升人才培养目标的达成度和毕业生对社会的适应性。

长沙理工大学作为高等教育地方重点高校，坚持与区域经济社会发展紧密联系，面向基层，服务地方，注重与其他高校在能源与动力工程专业建设上的区别和分工，定位于培养有较强实践能力的应用型专业人才，以满足学校对人才培养的总目标。在此前提下，拓宽能源动力类课程研究领域。在现有的课程下，开设1～2门专业微课。例如，在“风力机设计与制造”课程下开设“增材制造技术”这一专业微课。在引导学生学习风力机设计与制造基础知识的同时，让学生理解三维制造过程，发现不同制造技术的优缺点，提高综合素质能力。

2.多课程交叉融合的思想融入日常教学，培养全面发展的新工科人才。课堂是教学实施的主要形式，为进一步适应以成果为导向的教育目标，培养全面发展的新工科人才，教学过程中需打破传统的工科人才培养模式，将多课程交叉融合的思想体系融入教学体系。对于高校学科交叉融合人才培养而言，贯彻顶层设计机制的重要举措就是要调整课程结构与教学方式。

开展数学和自然科学类、工程技术类、社会科学类的通识教育，进一步奠定本科生的理论基石，让学生在本科学习的基本领域中获取更丰富的专业知识，并掌握各个学科领域的科学研究手段与方法，用更客观的方式看待问题和解决问题，进一步培养他们的综合素养。借助学校课程教学资源的优势，对学校的教育资源加以有效利用，完善并加强了交叉学科师资配置，以此提高学校日常的教学与科研水平，以实现国家新工科建设背景下的能源及动力工程学科培养目标。

在学校现有的校内外工程实践教学平台中，加强了与有关企业在科学研究和技术创新等方面的协作，使学生逐步掌握企业新科技、新产品与管理等方面的知识，并充分调动学生的积极性，通过实践逐步找到工程项目中存在的实际问题，在学校教师与企业有关专家的引导下，共同解决实际问题，并把理论知识运用于具体的工程项目实施中，达到更好的教学效果。

对于未来新工科专业人才的培育，不仅要求各个学科间的相互交叉结合，还要求人文社科、理科与工科间的多尺度相互交叉结合。例如，随着现代科技的快速发展，在能源相关领域中，计算机技术已经成为至关重要的研究手段，衡量人才的标准除了具备坚实的基础知识、良好的思想觉悟与职业道德以外，是否具备较高的信息技术素养也是一个关键指标。因此，能源与动力工程专业必须加强对学科融合的关注，增强融合的广度与深度，逐步开设跨学科交汇融合的课程，把多课程交叉融合的思想融入日常教学。

3.改进能源动力类课程考核方式。课程的考核方式在很大程度上影响着学生对课程知识的学习，因此选择合理的考核方式至关重要。目前，以做学术报告的方式进行考查，让学生对本课程所学知识进行汇报，但这种考核方式只能在一定程度上检验学生的学习效果，而且会降低学生对学习课程的兴趣，使学生养成了应付考核的习惯。量化学生在课程学习过程中的参与度以及课堂上的学习活跃度与思考状态，从而对学生进行多方位科学而严格的评估。这种量化学生在课堂上的参与度以及活跃度可以理解为在课上记录每次学生的回答问题，与教师的互动次数，以及学生在思考问题时的积极程度，量化这些数据后总结下来，这是一个很好的资源，如果能加以整合，对能源动力类学生的综合考核将有很大提升。这种考核方式不仅激发了学生上课听课思考的兴趣，还让学生增加了对课程知识的了解，在教师的带领下更好地学习能源动力专业的课程及能源动力专业知识。

结语

长沙理工大学具有鲜明的能源电力特色，长期以来的教育教学实践表明，学生毕业后主要去向为五大发电集团，扎根基层，砥砺奋斗，把所学知识和技能应用到工作中去，实现了提高企业效益和激发个人发展潜力的同向而行。在新工科背景下，对能源动力类人才的培养提出了新要求。为此，能源与动力工程学院在能源动力专业人才培养体系及多课程学科交叉融合方面进行了探索研究，提出能源动力类课程多学科交叉融合培养新型科技人才的新途径，优化课程体系建设，建立健全人才培养模式，多课程交叉融合的思想融入日常教学，改进课程考核方式，培养全面发展新工科人才的新思路，以期为其他高校能源动力专业人才培养提供参考。