“能源与动力工程专业”阶梯式科教融合的教学方法对创新人才培养的探讨  

王富强，张传新，于秋红，郝晓文，王成安，鞠晓丽，谭建宇 

（哈尔滨工业大学（威海）新能源学院，山东 威海 264209）

[摘  要]新工科建设对我国能源与动力工程专业的人才培养模式提出了更高的要求。采用阶梯式、科教融合的教学方法可以激发能源与动力工程专业及相关专业学生的主动学习兴趣，并培养具有创新意识、基础知识扎实、实践动手能力较强的复合型人才。依次通过工程实践中科学问题认知、基础能力训练、综合能力应用以及科研创新能力培养训练四个平台的阶梯式训练，提高能源与动力工程专业学生的工程创新意识，并具备较强的科研创新能力。

[关键词]能源与动力工程，阶梯式，科教融合，创新人才，大众文艺

[作者简介]王富强（1983-），男，博士，黑龙江鹤岗人，哈尔滨工业大学（威海）教授/博导，主讲课程：《传热学》、《太阳能热利用》等；

[基金项目]本文受到山东省本科教改项目的支持，基金号：M2018B332

[收稿日期]2019-6-26

1.引言

新工科建设是我国为满足产业需求并应对新一轮科技革命与产业变革、支撑服务创新驱动。在“卓越工程师教育培养计划”的基础上而开展的持续深化工程教育改革的计划、中国经验的探索并助力高等教育的强国建设^[1]。新工科建设对我国能源与动力工程专业的人才培养提出了更高的要求：需具备热学、化学、力学、电学、机械、能源科学以及系统工程学等多学科的宽厚理论基础，并掌握计算机编程与建模等工具，且具备能源的开发与转换、开展动力系统研发基本理论和应用技术能力；培养能够从事能源与环境工程、航空航天、化工、动力工程等产业链中涉及能量综合利用的创新、应用型高级专门人才^{[2, 3]}。

我国正在大力的推进新能源开发与高效利用技术、节能减排技术、清洁能源开发与利用技术等。能源与动力工程专业是涉及能源、环境、以及动力等多交叉领域的核心学科。未来在新能源开发与综合利用、高效低污染排放动力技术、节能减排技术等领域发挥关键的科技攻关作用，为我国早日实现清洁能源及可再生能源利用的目标提供有力的技术支撑^[4]。国家实施的多种重大科技计划为能源与动力工程专业的人才培养模式的发展提供了带来了历史性的机遇，但面临着巨大的挑战。尤其在实践操作能力强、创新思维丰富的能源与动力工程专业的人才培养方面：对如何深化能源与动力工程专业的教学改革、提高科教融合的教学水平、建立创新性人才培育基地等方面提出了更高的要求^[5]。

2. 培养具有创新意识的“能源与动力工程”专业的人才迫在眉睫

能源是我国国民经济的重要产业支柱产业。近几年，能源产业获得了迅速发展，新产品层出不穷。大量新技术在生产过程中得到了运用，极大地改善了企业的生产环境，提高了生产效率和产品质量^[6]。因此，经济的飞速发展对我国能源与动力工程专业的人才培养模式提出更高的要求。众所周知，能源企业既是劳动密集型企业，也是技术密集型企业。企业员工没有一定的专业知识和操作技能，是不能上岗从事生产的。新技术在生产过程中的大量应用，对能源与动力工程专业人才的培养提出了更高的标准和要求^[7]。对高等院校的能源与动力工程专业人才培养模式而言：既是机遇, 也是挑战，如：能源类相关用人企业的市场化与教育模式的挑战、学生差异化学习需求的挑战等^[8]。

传统源与动力工程专业的教学模式常常为“满堂灌”、“填鸭式”的教学，学生多为被动式学习^[9]。新时代教育强调主动学习，激发学生的学习兴趣，将枯燥的学习过程变为兴趣引导型的研究探索活动。这就要求教师不仅要补充丰富的教学内容，更要注重多种教学方法和手段的合理运用，利用新型教学手段提高教学过程的生动性，把授课教师在科研项目中收集的研究资料与课程理论知识相结合。虽然目前比较注重学生的学习素养和科学方法的培养，但是整体而言学生的科学素质水平仍然较低，他们缺乏解决实际问题的能力。如何培养具有创新意识、专业基础知识扎实、实践动手能力较强的复合型人才就成为我国能源与动力工程专业人才培养过程中亟需解决的燃眉问题^[10]。

3. 课程建设总结

钱伟长院士在谈论教学与科学研究的关系时，充分的阐明了教学与科学研究之间的关系：“大学必须拆除教学与科学研究之间的高墙，教学没有科学研究做支撑，就是一种没有观点的教育，没有灵魂的教育”^[11]。显而易见，教学不仅要为科学研究提出问题，更要为解决科学研究中遇到的问题提供解决思路和研究路线。科学研究是提高实验设备水平和教学质量的基础。科学研究与教学相结合是培养具有高素质、创新性人才的必备条件。高等院校的教学活动中，教师既要向学生讲授现有的书本知识，更要注重培养他们的科研创新能力^[12]。

因此，有必要开展“能源与动力工程专业”以科研创新能力培养为主线的“阶梯式”科教融合的教学体系。在“能源与动力工程专业”的人才培养过程中，实行“工程问题认知→基础能力训练→综合能力应用→科研创新能力培养”阶梯渐近式教育模式，如图1所示。

第一层为次为能源与动力工程实践中科学问题认知层次。对“能源与动力工程专业”实际应用过程中遇到的工程问题、提高能量转换效率、新型能源转换与利用等问题进行认知并进行科学课题的探索等。

第二层次为能源与动力工程的基础能力训练层次。通过对所学过的《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》、《机械原理》等基础课程进行强化训练，使学生掌握工程实践的所应用到的基础知识、基本操作技能及工程理念，加深学生对机械设计、几何学、传热学、流体力学、材料学、电气工程、计算机编程等专业基础理论知识的理解和掌握。培养学生解决能源与动力工程专业实际应用过程中遇到工程问题的建模与解决的能力。

第三层次为能源与动力工程的综合能力应用层次。学生在完成基础能力训练之后，以全国高效清洁能源利用大工程意识为背景，根据能源与动力工程专业实际应用过程中所提炼出来的不同科学问题，应用所学的基础技能，参与到实践工程中。从而培养能源与动力工程专业学生的解决工程问题的能力，提高学生应用基础技能的综合实践能力。

第四层次为能源与动力工程的科研创新能力培养层次。根据能源与动力工程专业课程体系知识块，分为先进能量吸收与转换、强化传热创新、新型换热设备创新、应用软件开发创新、建模编程创新设计、节能减排产品创新设计等多个创新模块。每个模块设置相应的研究探索型或工程创新型实验项目，或学生根据实际需要如参加学科竞赛等自设项目，在教师指导下完成科技作品制作和科研创新活动，解决工程应用遇到的科学问题并发表高水平学术论文。

通过参与导师科研项目或学生自主课外科技活动、参加挑战杯及节能减排大赛等学科竞赛，使能源与动力工程专业学生的工程创新意识和科研能力得到提高。依次通过四个平台阶梯式训练，工程实践中科学问题认知→基础能力训练→综合能力应用→科研创新能力培养训练，使学生的工程创新意识能得到质的提升，学生具有在生产实践中发现能源与动力工程专业实际应用过程中遇到的工程问题并解决问题的能力，从而培养学生的工程创新素质和科研意识，使学生具有科研创新的能力。

4. 科教融合的“能源与动力工程专业”教学模式将激发学生创新的欲望

良好的学术氛围是以师生为主体创造并共享的校园文化的组成部分，是教学与科学研究相互结合、相互促进、共同发展而形成的学术风气。教师将自己的先进能量吸收与转换、强化传热创新、新型换热设备创新等科研项目研究通过学术报告、学术座谈、创新实验等形式向学生发表，既提高了教师对“能源与动力工程专业”研究过程的系统性认识和理论升华，又增强了教师的责任感和使命感。学生根据个人兴趣与爱好在参与“能源与动力工程专业”相应的研究学术活动当中，既学到了相应的知识与思想，又激发了强烈的求知欲和创造精神。

浓厚的科教融合的“能源与动力工程专业”教学模式既有助于提高能源与动力工程学科的学术水平和教学质量。同时，还营造出了学术自由、学术民主、规格严格、功夫到家、博学拓新、积极向上的教风、学风和校风。形成良好的校园科创相结合的人才培养文化，为培养高质量的具有创新意识、专业基础知识扎实、实践动手能力较强的复合型“能源与动力工程”专业人才创造有利的校园环境。

参考文献：

[1] 林健. 面向未来的中国新工科建设. 清华大学教育研究，2017，38(2)：26-35.

[2] Ruhul S，Yao Y，George SC. Does human capital matter for energy consumption in China? Energy Economics，2017，67：49-59.

[3] 李锦宽，杨德伟，李豪博，王皓，王富强*．光催化水解制氢反应器温度场的数值分析．辽宁石油化工大学学报，2019，39（1）：1–9．

[4] Liang HX，Han H，Wang FQ，Cheng ZM，Pan YZ，Tan JY．Experimental investigation on spectral splitting of photovoltaic/thermal hybrid system with two-axis sun tracking based on SiO2/TiO2 interference thin film. Energy Conversion and Management，2019，188：230–240.

[5] 贾冯睿，李焱斌，孙文卓. 能源与动力工程专业创新型人才培养方案的探索. 石油教育，2013，6：44-45.

[6] 李建中，袁丽，何小民，毛军逵，张净玉，史波. 浅谈能源与动力工程专业课程导论. 科技教育，2015，32：171-174.

[7] Lina BC，Julia KS. A framework for decoupling human need satisfaction from energy use. Ecological Economics，2017，141：43-52.

[8] Qu M，Ahponen P，Tahvanainena L，Grittena D，Molayudego B，Pelkonen P. Chinese university students’ knowledge and attitudes regarding forest bio-energy. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2011，15(8)：3649-3657.

[9] 杨志超，章心因，郝思鹏，王健. 以科研促进教学建设高水平应用型本科院校. 中国电力教育，2012，1：4-5.

[10] 白朴存，李春萍，宋银敏. 科研促进本科教学的研究与实践. 内蒙古工业大学学报，2006，15(2)：111-113.

[11] 冯磊华，鄢晓忠，李录平. 能源与动力工程专业卓越工程师培养的实践教学研究. 实验实践，2012，232：71-94.

[12] Rosaria C，Francesco M，Mario P，Pagliaro M. Reshaping the education of energy managers. Energy Research & Social Science，2016，21：44-48.

Discussion on the Teaching method of the Integration of Science and Education in the Specialty of Energy and Power Engineering to the cultivation of innovative talents

Wang Fuqiang, Zhang Chuanxin, Yu Qiuhong, Hao Xiaowen, Wang Chengan, Ju Xiaoli, Tan Jianyu

(Harbin University of Technology (Weihai) School of New Energy, Weihai 264209, Shandong Province)

Abstract:The construction of new engineering department puts forward higher requirements for the talent training mode of energy and power engineering in China. The teaching method of science and education integration can stimulate the active learning interest of energy and power engineering major and related major, and train compound talents with innovative consciousness, solid basic knowledge and strong practical ability. In order to improve the awareness of engineering innovation of students in energy and power engineering, the students have strong scientific research and innovation ability.

Key words: energy and power engineering, ladder, integration of science and education, innovative talents,

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