“新工科”背景下能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)課群建設(shè)改革與實(shí)踐
——以《換熱器原理與設(shè)計(jì)》課群建設(shè)為例

呂雪飛,甘樹(shù)坤

(吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

目前，全球科技和工業(yè)革命正在不斷地推進(jìn)新世界經(jīng)濟(jì)的形成與發(fā)展，從而使高等教育遇到了前所未有的關(guān)注[1]。為使新經(jīng)濟(jì)社會(huì)更好地得到發(fā)展，“中國(guó)制造2025，互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列重大發(fā)展戰(zhàn)略，使得培養(yǎng)高質(zhì)量高水平的工程科學(xué)技術(shù)人才的重要性尤為突出，因此需要不斷加大工程教育的改革和創(chuàng)新[2]。2017年2月下發(fā)了《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》，對(duì)于“新工科”的建設(shè)提出了新的要求，一方面要對(duì)應(yīng)如云計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)、智能制造和人工智能等新興產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也包含對(duì)傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)進(jìn)行升級(jí)與改造[3]?！靶鹿た啤毕啾扔趥鹘y(tǒng)工科學(xué)科應(yīng)該具有更強(qiáng)的實(shí)用性、交叉性以及綜合性。因此，新世界經(jīng)濟(jì)形式下高校對(duì)傳統(tǒng)工科進(jìn)行“新工科”建設(shè)將迎來(lái)學(xué)科發(fā)展的新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)，換熱器原理與設(shè)計(jì)是該專(zhuān)業(yè)中一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程，該課程對(duì)本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)體系涵蓋面廣，是專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)及教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)和專(zhuān)業(yè)能力的提高具有舉足輕重的作用，結(jié)合“新工科”建設(shè)的需求，課程的教學(xué)效果已經(jīng)無(wú)法達(dá)到“新工科”的要求，因此有必要進(jìn)行換熱器原理與設(shè)計(jì)課群的實(shí)踐教學(xué)改革與探索。

一、“新工科”背景下傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)中存在的問(wèn)題

(一) “新工科”對(duì)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的要求

相比于現(xiàn)有的傳統(tǒng)工科人才培養(yǎng)，未來(lái)新經(jīng)濟(jì)和新興產(chǎn)業(yè)需要高素質(zhì)復(fù)合型人才，因此“新工科”的人才培養(yǎng)必須具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力，具備較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，主要包括下面幾個(gè)特征。

(1)既能夠在某一學(xué)科進(jìn)行深入的學(xué)術(shù)研究，而且應(yīng)具有“跨學(xué)科整合”的特點(diǎn)；

(2)既可以利用所獲得的專(zhuān)業(yè)知識(shí)去解決現(xiàn)有問(wèn)題的能力，而且還應(yīng)具有對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)深入學(xué)習(xí)的能力，以解決未來(lái)發(fā)展中存在的問(wèn)題，并具有在未來(lái)技術(shù)行業(yè)中發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用的能力；

(3)不僅技術(shù)上優(yōu)秀，而且在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和管理上都具有良好的人文素質(zhì)。

(二) 換熱器原理與設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.偏離工程實(shí)踐和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

換熱器原理與設(shè)計(jì)課程本身就是原理和工程實(shí)踐的融合。從業(yè)人員不僅要考慮換熱器的功能，還要考慮換熱器的安全性和經(jīng)濟(jì)性。工科學(xué)生一般都會(huì)有強(qiáng)調(diào)理論而忽略實(shí)踐的觀念，即重視換熱器的理論實(shí)現(xiàn)，并以此為設(shè)計(jì)中心，而對(duì)換熱器設(shè)計(jì)中涉及的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(例如結(jié)構(gòu)，材料和施工等)關(guān)注度低，甚至行業(yè)的技術(shù)因素也被忽略，這種不協(xié)調(diào)的工程思想難以使換熱器的工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)彼此緊密配合。傳統(tǒng)工程教育主要基于基本原理，對(duì)于此類(lèi)相對(duì)實(shí)踐性較強(qiáng)的且與設(shè)備有關(guān)的課程，以前的工程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容顯然不足，并且缺少?lài)?guó)家行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的滲透與學(xué)習(xí)，從而導(dǎo)致與工程實(shí)際相悖的問(wèn)題解決思路，缺乏對(duì)總體規(guī)劃的掌握，因此不能滿(mǎn)足工程的實(shí)際要求，不能提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)不匹配

本課程原為32學(xué)時(shí)的選修課程，對(duì)能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放，均為理論教學(xué)，根據(jù)所選教材設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃，教師之間的聯(lián)系松散，缺乏與其他課程的交流，教學(xué)內(nèi)容存在重疊。此外，對(duì)于此類(lèi)實(shí)踐性較強(qiáng)且與設(shè)備有關(guān)的課程，缺少實(shí)踐教學(xué)的課程教學(xué)環(huán)境。同時(shí)，能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核等教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)有限，導(dǎo)致熱交換器原理和設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容很多，但由于學(xué)時(shí)相對(duì)較少，缺乏課程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)研究等實(shí)踐環(huán)節(jié)，因此很難達(dá)到教學(xué)的效果。

3.學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)薄弱

本課程主要是設(shè)計(jì)和大量的公式計(jì)算，對(duì)于具體的講解過(guò)程，通常會(huì)使學(xué)生感到疲勞和乏味，課程教學(xué)相對(duì)僵化，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣不大。 同時(shí)，低年級(jí)時(shí)學(xué)生缺乏專(zhuān)業(yè)教育和指導(dǎo)，逐漸形成了錯(cuò)誤的觀念，即只注重原理而不注重工程實(shí)踐。對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握不夠，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致在高年級(jí)的課程學(xué)習(xí)中困難重重，學(xué)習(xí)效果不理想。

二、基于“新工科”的換熱器原理與設(shè)計(jì)課群建設(shè)

為了滿(mǎn)足“新工科”人才培養(yǎng)的要求，為了滿(mǎn)足“新工科”人才培養(yǎng)的要求，解決傳統(tǒng)工科教學(xué)中所存在的諸多問(wèn)題，結(jié)合換熱器原理與設(shè)計(jì)的課群建設(shè)，提出了“新工科”背景下的教學(xué)改革與探索方案。

(一) 修訂人才培養(yǎng)方案，合理配置課程群

根據(jù)對(duì)社會(huì)需求的調(diào)查和畢業(yè)生的反饋分析，換熱器原理與設(shè)計(jì)已改為必修課，為能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要專(zhuān)業(yè)課，由于僅32學(xué)時(shí)，無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)意的教學(xué)效果。因此，通過(guò)深入地進(jìn)行企業(yè)調(diào)研以及專(zhuān)業(yè)課程教師的認(rèn)真細(xì)致地研討，在專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案的修訂的過(guò)程中，在系列相關(guān)課程學(xué)時(shí)數(shù)基本沒(méi)有較大變動(dòng)的前提下，對(duì)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中關(guān)于換熱器相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)形式進(jìn)行了合理的改革與優(yōu)化。

首先，在課程內(nèi)容講授方面，雖不局限于教材及純理論知識(shí)的傳授，還參照換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)、國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容輔助完成本課程相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)增加結(jié)合工程實(shí)踐、國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行真實(shí)案例的講解，但根據(jù)學(xué)生在就業(yè)應(yīng)用及深造的過(guò)程中反饋的信息發(fā)現(xiàn)，僅限于此不能夠滿(mǎn)足后續(xù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，需對(duì)內(nèi)容進(jìn)行拓展以及優(yōu)化。因此，將教學(xué)內(nèi)容分為換熱器原理、換熱器設(shè)計(jì)、換熱器生產(chǎn)及測(cè)試、換熱器優(yōu)化、換熱器性能評(píng)價(jià)五個(gè)大方面進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)。

其次，調(diào)整培養(yǎng)方案的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)傳熱課程學(xué)習(xí)了傳熱的基本理論知識(shí)；通過(guò)能源動(dòng)力裝置拆裝實(shí)訓(xùn)加深學(xué)生對(duì)換熱器的直觀認(rèn)識(shí)，了解換熱器的不同結(jié)構(gòu)形式；通過(guò)工程軟件訓(xùn)練對(duì)換熱器進(jìn)行二維工程圖紙表達(dá)及三維建模和分析，加深學(xué)生對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的熱交換器的深入了解；結(jié)合換熱器綜合實(shí)驗(yàn)(虛擬模擬實(shí)驗(yàn))，增加測(cè)試、性能優(yōu)化、性能評(píng)價(jià)內(nèi)容，以提高學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，加深學(xué)生對(duì)理論的理解，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力；換熱器課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)校核的同時(shí)，學(xué)習(xí)換熱器的運(yùn)行管理，為后續(xù)學(xué)習(xí)、工作以及深造奠定較深的基礎(chǔ)，通過(guò)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)例的有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的意識(shí)。通過(guò)將換熱器原理與設(shè)計(jì)和各課程內(nèi)容合理安排和組織，從而達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行換熱器整體理論與工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)[4]。

換熱器原理與設(shè)計(jì)課群相關(guān)課程及教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

表1 換熱器原理與設(shè)計(jì)課群相關(guān)課程及教學(xué)目標(biāo)

(二) 優(yōu)化教學(xué)方法和手段，提升課程教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握有重要影響。結(jié)合本課群在專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中的重要性，教師在教學(xué)過(guò)程中不斷改革教學(xué)模式，以提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)素質(zhì)和能力為目標(biāo)，通過(guò)線上線下相結(jié)合的豐富多彩的教學(xué)方式，全方位地將工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)貫穿于課群教學(xué)的全過(guò)程[5-6]。

(1)在課堂教學(xué)、專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)以及專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)等各種形象教學(xué)過(guò)程中，能夠結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行講解，應(yīng)用計(jì)算機(jī)多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[7]，采用可視化的形式展示提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量。

(2)通過(guò)能源動(dòng)力裝置拆裝、測(cè)繪實(shí)訓(xùn)等課程，以換熱器為典型設(shè)備讓學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行拆裝與測(cè)繪，從而直觀地認(rèn)識(shí)換熱器整體結(jié)構(gòu)。對(duì)組成換熱器結(jié)構(gòu)的零件及裝配關(guān)系有更加直觀的學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)不同換熱器結(jié)構(gòu)形式的理解。

(3)利用AutoCAD、UG及Ansys等工程軟件對(duì)換熱器進(jìn)行二維工程圖紙表達(dá)及三維建模分析，加深學(xué)生對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形式換熱器深入的理解與認(rèn)知。

(4)結(jié)合換熱器設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用背景，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)各種具體的換熱器的工作原理與設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行有的講解，結(jié)合教師的相關(guān)科研項(xiàng)目，進(jìn)行相關(guān)專(zhuān)題講座和學(xué)科前沿引導(dǎo)，通過(guò)將換熱器的工程傳熱分析、工程應(yīng)用技術(shù)新發(fā)展等內(nèi)容引入到教學(xué)中，從而擴(kuò)大知識(shí)信息量和專(zhuān)業(yè)視野，激發(fā)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，樹(shù)立標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)、工程觀念和創(chuàng)新思維，加強(qiáng)學(xué)生工程創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)[8-9]。

(5)通過(guò)換熱器綜合實(shí)驗(yàn)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生開(kāi)展換熱器設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將理論與實(shí)際工程相結(jié)合，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化工程應(yīng)用實(shí)踐能力。

(6)通過(guò)換熱器課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)置與工程實(shí)際相似的設(shè)計(jì)題目，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)以及工程圖紙等形式，提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用的意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

(三) 強(qiáng)化課群師資隊(duì)伍，完善“新工科”專(zhuān)業(yè)建設(shè)

專(zhuān)業(yè)師資隊(duì)伍直接影響著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，也是學(xué)科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的前提和保障。結(jié)合換熱器原理與設(shè)計(jì)課程群的知識(shí)結(jié)構(gòu)及教學(xué)特點(diǎn)，課程群教學(xué)隊(duì)伍在教學(xué)過(guò)程中既要加強(qiáng)課本中的理論教學(xué)質(zhì)量，還要加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外相關(guān)知識(shí)的新科研成果及工程應(yīng)用實(shí)踐的引導(dǎo)，教學(xué)必須由具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師擔(dān)任。因此，專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中要求課程群的一線授課教師不僅要具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，還都要具有換熱器相關(guān)的課題研究、工程設(shè)計(jì)或企業(yè)技術(shù)合作經(jīng)驗(yàn)。我校在學(xué)科專(zhuān)業(yè)發(fā)展過(guò)程中有許多一直從事?lián)Q熱器科研與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)教師，在能源動(dòng)力領(lǐng)域積累了充足的專(zhuān)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)人才，因此組建的教學(xué)團(tuán)隊(duì)整體水平和結(jié)構(gòu)層次都比較高，教學(xué)、科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，成果比較顯著。組成的教師團(tuán)隊(duì)可以確保理論和實(shí)踐不脫節(jié)，具有學(xué)科前沿拓展的深度和廣度，同時(shí)具有豐富的課程教學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)、工程意識(shí)、國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知。通過(guò)建設(shè)一支高素質(zhì)的師資隊(duì)伍，保證了換熱器原理與設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而推動(dòng)了能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)“新工科”建設(shè)。

三、結(jié) 語(yǔ)

“新工科”建設(shè)不能丟棄傳統(tǒng)工科，要符合高等教育的科學(xué)發(fā)展規(guī)律，以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。“新工科”建設(shè)的理念可以通過(guò)課程體系得以落實(shí)，通過(guò)構(gòu)建符合“新工科”理念的新型課程體系是工程教育的核心[10]。換熱器原理與設(shè)計(jì)課群建設(shè)的教學(xué)改革與探索，符合“新工科”建設(shè)的教學(xué)理念，通過(guò)合理規(guī)劃和設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，高效利用有限的教學(xué)學(xué)時(shí)及教學(xué)資源，改革教學(xué)方法，加強(qiáng)教師隊(duì)伍的建設(shè)，形成學(xué)科知識(shí)的交叉與融合不斷提高教學(xué)質(zhì)量，逐步推進(jìn)能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的升級(jí)和改造，從而達(dá)到“新工科”建設(shè)和專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。