新工科背景下能源動力類課程多學科交叉融合的探索研究

周立波，任延杰，陳 薦

（長沙理工大學 能源與動力工程學院，湖南 長沙 410114）

一、新工科的背景

高等教育是我國創(chuàng)新體系建設的重要環(huán)節(jié)。中國高等教育迫切需要治理體系和治理能力的現(xiàn)代化發(fā)展。目前，高等教育強國戰(zhàn)略已經(jīng)正式寫入了國家高等教育改革與發(fā)展的總綱領。

當前，隨著我國積極實施技術創(chuàng)新帶動發(fā)展，落實“一帶一路”倡議，“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家經(jīng)濟重大發(fā)展戰(zhàn)略，以新產(chǎn)業(yè)、新技術、新業(yè)態(tài)為代表的新興經(jīng)濟社會快速發(fā)展，對工程技術人才提出了更高的要求，并亟須促進工程教育變革和工程技術創(chuàng)新。我國的工科高等教育規(guī)模雖大，但高等教育質(zhì)量卻仍滯后于歐美等發(fā)達國家，且我國的教學管理模式也相對較保守傳統(tǒng)，一些在校生普遍缺少創(chuàng)新能力及實際動手能力，無法滿足社會需求以及生產(chǎn)要求。因此新工科的建設和發(fā)展，應把重心集中到新工科人才的專業(yè)知識培養(yǎng)與新工科專業(yè)建設上來，對新工科人才的培養(yǎng)能力是高校乃至國家在新工業(yè)革命中占主導地位的關鍵［1］。

高等教育新工科專業(yè)建設和產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切聯(lián)系，為推動國家高等工程教育改革創(chuàng)新，2017年的“復旦共識”表明了新工科建設的緊迫性與必要性，并鼓勵全國所有高等院校積極開展新型工程教育路徑與發(fā)展模式改革［2］。本文主要聚焦新工科背景下在能源動力專業(yè)課程中進行多學科交叉融合的研究。

二、能源與動力工程專業(yè)在培養(yǎng)人才方面存在的問題

能源電力是國民經(jīng)濟發(fā)展中最為重要的基礎產(chǎn)業(yè)之一，在國家著力實施碳達峰、碳中和的大背景下，能源與動力工程專業(yè)作為涵蓋能源、動力及環(huán)境領域的核心學科之一，必將在能源開發(fā)與綜合利用、節(jié)能減排、高效低污染動力排放等領域充分發(fā)揮作用并提供主要技術支撐，為我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和的目標提供強有力的技術保障。能源科技人才是實現(xiàn)以上目標的主要執(zhí)行者，如何培養(yǎng)新能源格局下的人才一直是能源與動力工程學科的探索方向之一［3］。然而，目前在能源動力類人才培養(yǎng)模式、課程及教材體系建設方面，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

1.能源動力類研究領域的拓展對人才知識結構提出了新要求。能源動力學科涵蓋范圍廣，基礎知識內(nèi)容豐富，該專業(yè)學生畢業(yè)后可以向多學科領域拓展，具有為能源、動力、化工、冶金、建筑、環(huán)保等領域服務的鮮明特色［4］。學生須了解能源動力類專業(yè)的基礎理論與專業(yè)知識，進行工程師基礎訓練，具備熱能工程、新能源科學工程及自動化相關方面的科研、工程設計、設備制造、運行管理、技術開發(fā)等能力和創(chuàng)新意識。當前，全國各地的能源已被較好地開發(fā)和利用，給高等院校能源和電力學科學生創(chuàng)造了良好就業(yè)前景。然而，在當前的專業(yè)與人才培養(yǎng)規(guī)劃中，高校并不能通過調(diào)整相應的課程內(nèi)容來滿足學生當前的發(fā)展需求。

在新工科建設背景下，根據(jù)國家高水平高校建設的需要，長沙理工大學將從原有的注重理論知識學習和應用能力培養(yǎng)的傳統(tǒng)人才培養(yǎng)方式，轉型為以專業(yè)知識為基礎、能力培養(yǎng)為核心、素質(zhì)提升為目的的新型培養(yǎng)模式。提升學生的技術創(chuàng)新、實驗技能、應變能力、領導能力等，開闊畢業(yè)生的國際視野，強化畢業(yè)生的社會責任。這符合能源動力行業(yè)的需要，培養(yǎng)的學生更容易適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展并且與國際接軌。

2.單一的課程體系構建不利于學生的全面發(fā)展。大學階段是學生世界觀、人生觀、價值觀和職業(yè)觀建立的關鍵時期，對學生未來的職業(yè)發(fā)展有著重要意義。在當前素質(zhì)教育的號召下，在不同學科人才培養(yǎng)方案以及課程體系基礎上，給予學生自由選擇與發(fā)展的空間，使學生按照自身興趣傾向選擇自己喜歡的課程。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的能源動力公司所需的都是復合型人才，涉及范圍不僅包括能源技術，還包含先進的制造技術、動力機械、高性能材料等方面。能源動力設備等關鍵領域發(fā)展日新月異，而在目前的課程體系中，能源動力類課程所學的內(nèi)容基本一致，教學內(nèi)容沒有明顯的改動，部分內(nèi)容甚至在實際工業(yè)中已經(jīng)被淘汰，不利于培養(yǎng)與時俱進、全面發(fā)展的學生。

實踐性教學是培育人才中很關鍵的一環(huán)，但實踐性環(huán)節(jié)的課程設計仍是當今我國高等教育培養(yǎng)方式中的通病，離創(chuàng)新型培養(yǎng)模式仍有較大差距。綜觀各校能源與動力工程學科的課程體系，發(fā)現(xiàn)其實踐性內(nèi)容的設置與理論知識存在嚴重脫節(jié)，不利于實踐性教學目標的實現(xiàn)。此外，實踐教學內(nèi)容設置缺乏及時、有效的更新，同國外先進的高等教育課程體系比較，實踐教學內(nèi)容過時，不利于人才培養(yǎng)質(zhì)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學生對必須牢記的理論、本學科基本理念的掌握情況。然而，學生的設計能力、解決問題的能力無法在期末試卷中體現(xiàn)出來，且容易使學生養(yǎng)成考前突擊的習慣，不注重平時的學習積累，沒有打好堅實的理論基礎。更嚴重的是，學生為了應付考試而突擊性地背知識點，只做到了短期記憶，導致很多將要畢業(yè)的學生感覺大學生涯里什么也沒有學到，容易讓他們產(chǎn)生虛度光陰的挫敗感。目前，能源動力類學科考核內(nèi)容主要體現(xiàn)課本上的知識點，但課本上的知識點對與時俱進的能源格局而言太過單一，難以合理地評估學習效果和成績。部分教師以學術報告的形式檢測學生的學術綜合能力，但是學生對做報告的檢測方式不夠重視，學生經(jīng)常在臨近考核時加班加點的準備學術報告，而平時的上課時間基本上都在虛度光陰，最終在短時間內(nèi)完成簡短的學術報告，很難體現(xiàn)學生的學習效果。

三、新工科浪潮下的能源與動力工程專業(yè)新教學方式的探索

筆者所在的長沙理工大學能源與動力工程學院，提出聚焦新工科建設，探索能源動力類課程多學科交叉融合的新路徑，體現(xiàn)多學科思維融合、產(chǎn)業(yè)技術與學科理論融合，聚焦以提升教學效果以及人才知識結構為目的的創(chuàng)新講學方法與理念，構建適應新形勢下能源動力類人才培養(yǎng)要求的課程體系，取得顯著效果，具體建議與措施如下。

1.完善課程體系設置，建立健全人才培養(yǎng)模式。新工科專業(yè)改革與實踐的第一步是開展人才培養(yǎng)方案的制訂與修改工作。以行業(yè)需要為導向，通過調(diào)整學科專業(yè)布局，優(yōu)化課程體系，進一步制定新工科專業(yè)大類的人才培養(yǎng)規(guī)劃。具體內(nèi)容：與行業(yè)、企業(yè)協(xié)同教育辦學，創(chuàng)新協(xié)同育人教學模式，逐步從“工學交替”向“工學交融”過渡，以增強學生的工程實踐能力和創(chuàng)新就業(yè)意識；改革了原有能源動力類專業(yè)技術教學體系，采用“縱向分層教學”和“橫向分模塊教學”結合的課程教學體系，在現(xiàn)有的能源與動力工程專業(yè)、機械設計及其自動化專業(yè)以及材料科學與工程專業(yè)的基礎上，整合優(yōu)勢資源，實行優(yōu)勢專業(yè)和優(yōu)勢學科交叉融合，形成具備綜合機械設計及其自動化、材料科學與工程以及能源動力工程等專業(yè)背景的教學特色，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型新工科人才。

在原有專業(yè)課程體系基礎上，以校企合作共建實習實踐基地和現(xiàn)代化信息技術建設為基礎，根據(jù)理論課程安排，實行實踐與課程相結合的新工科教育模式。本校目前開設的實踐型教學課程有：“金工實習”“電工實驗”“專業(yè)生產(chǎn)實習”“社會實踐”“動力設備拆裝實習”“課程設計”“專業(yè)綜合設計實踐環(huán)節(jié)”以及“學生畢業(yè)實習和畢業(yè)設計”等。實踐課程教學通常采用實踐教學和虛擬系統(tǒng)仿真教學相結合的教學方法，全面體現(xiàn)了學科之間的交叉和融合，同時秉承了虛實融合的實踐教學理念，積極推動虛擬仿真系統(tǒng)試驗平臺搭建，完成一批與能源動力類專業(yè)相關課程的虛擬系統(tǒng)仿真試驗項目開發(fā)和研究。積極探索線上與線下教育相結合的個性化、智能化教學新模式，有效提升人才培養(yǎng)目標的達成度和畢業(yè)生對社會的適應性。

長沙理工大學作為高等教育地方重點高校，堅持與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展緊密聯(lián)系，面向基層，服務地方，注重與其他高校在能源與動力工程專業(yè)建設上的區(qū)別和分工，定位于培養(yǎng)有較強實踐能力的應用型專業(yè)人才，以滿足學校對人才培養(yǎng)的總目標。在此前提下，拓寬能源動力類課程研究領域。在現(xiàn)有的課程下，開設1～2門專業(yè)微課。例如，在“風力機設計與制造”課程下開設“增材制造技術”這一專業(yè)微課。在引導學生學習風力機設計與制造基礎知識的同時，讓學生理解三維制造過程，發(fā)現(xiàn)不同制造技術的優(yōu)缺點，提高綜合素質(zhì)能力。

2.多課程交叉融合的思想融入日常教學，培養(yǎng)全面發(fā)展的新工科人才。課堂是教學實施的主要形式，為進一步適應以成果為導向的教育目標，培養(yǎng)全面發(fā)展的新工科人才，教學過程中需打破傳統(tǒng)的工科人才培養(yǎng)模式，將多課程交叉融合的思想體系融入教學體系。對于高校學科交叉融合人才培養(yǎng)而言，貫徹頂層設計機制的重要舉措就是要調(diào)整課程結構與教學方式。

開展數(shù)學和自然科學類、工程技術類、社會科學類的通識教育，進一步奠定本科生的理論基石，讓學生在本科學習的基本領域中獲取更豐富的專業(yè)知識，并掌握各個學科領域的科學研究手段與方法，用更客觀的方式看待問題和解決問題，進一步培養(yǎng)他們的綜合素養(yǎng)。借助學校課程教學資源的優(yōu)勢，對學校的教育資源加以有效利用，完善并加強了交叉學科師資配置，以此提高學校日常的教學與科研水平，以實現(xiàn)國家新工科建設背景下的能源及動力工程學科培養(yǎng)目標。

在學校現(xiàn)有的校內(nèi)外工程實踐教學平臺中，加強了與有關企業(yè)在科學研究和技術創(chuàng)新等方面的協(xié)作，使學生逐步掌握企業(yè)新科技、新產(chǎn)品與管理等方面的知識，并充分調(diào)動學生的積極性，通過實踐逐步找到工程項目中存在的實際問題，在學校教師與企業(yè)有關專家的引導下，共同解決實際問題，并把理論知識運用于具體的工程項目實施中，達到更好的教學效果。

對于未來新工科專業(yè)人才的培育，不僅要求各個學科間的相互交叉結合，還要求人文社科、理科與工科間的多尺度相互交叉結合。例如，隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，在能源相關領域中，計算機技術已經(jīng)成為至關重要的研究手段，衡量人才的標準除了具備堅實的基礎知識、良好的思想覺悟與職業(yè)道德以外，是否具備較高的信息技術素養(yǎng)也是一個關鍵指標。因此，能源與動力工程專業(yè)必須加強對學科融合的關注，增強融合的廣度與深度，逐步開設跨學科交匯融合的課程，把多課程交叉融合的思想融入日常教學。

3.改進能源動力類課程考核方式。課程的考核方式在很大程度上影響著學生對課程知識的學習，因此選擇合理的考核方式至關重要。目前，以做學術報告的方式進行考查，讓學生對本課程所學知識進行匯報，但這種考核方式只能在一定程度上檢驗學生的學習效果，而且會降低學生對學習課程的興趣，使學生養(yǎng)成了應付考核的習慣。量化學生在課程學習過程中的參與度以及課堂上的學習活躍度與思考狀態(tài)，從而對學生進行多方位科學而嚴格的評估。這種量化學生在課堂上的參與度以及活躍度可以理解為在課上記錄每次學生的回答問題，與教師的互動次數(shù)，以及學生在思考問題時的積極程度，量化這些數(shù)據(jù)后總結下來，這是一個很好的資源，如果能加以整合，對能源動力類學生的綜合考核將有很大提升。這種考核方式不僅激發(fā)了學生上課聽課思考的興趣，還讓學生增加了對課程知識的了解，在教師的帶領下更好地學習能源動力專業(yè)的課程及能源動力專業(yè)知識。

結語

長沙理工大學具有鮮明的能源電力特色，長期以來的教育教學實踐表明，學生畢業(yè)后主要去向為五大發(fā)電集團，扎根基層，砥礪奮斗，把所學知識和技能應用到工作中去，實現(xiàn)了提高企業(yè)效益和激發(fā)個人發(fā)展?jié)摿Φ耐蚨小Ｔ谛鹿た票尘跋?，對能源動力類人才的培養(yǎng)提出了新要求。為此，能源與動力工程學院在能源動力專業(yè)人才培養(yǎng)體系及多課程學科交叉融合方面進行了探索研究，提出能源動力類課程多學科交叉融合培養(yǎng)新型科技人才的新途徑，優(yōu)化課程體系建設，建立健全人才培養(yǎng)模式，多課程交叉融合的思想融入日常教學，改進課程考核方式，培養(yǎng)全面發(fā)展新工科人才的新思路，以期為其他高校能源動力專業(yè)人才培養(yǎng)提供參考。