史維秀，冉檬檬，史永征

（北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 102616）

引言

以新的發(fā)展理念引領(lǐng)發(fā)展，堅(jiān)持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放及共享的發(fā)展理念。把創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，把人才作為支撐發(fā)展的第一資源［1］。在2022年10月召開的中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)中，將科技自立自強(qiáng)能力顯著提升作為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家開局起步關(guān)鍵時(shí)期的主要目標(biāo)之一［2］，創(chuàng)新能力的提升是科技提升的基礎(chǔ)條件。21世紀(jì)技能聯(lián)盟提出學(xué)生培養(yǎng)中不可或缺的三套技能，分別是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能、數(shù)字素養(yǎng)技能及職業(yè)與生活技能［3］，并建議對(duì)于大多數(shù)的教育系統(tǒng)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能讓學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)，將課堂所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問題中，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的效率轉(zhuǎn)化。

本文從注重科研訓(xùn)練專業(yè)實(shí)踐課程建設(shè)，強(qiáng)化線上資源應(yīng)用、強(qiáng)化校內(nèi)實(shí)踐資源的應(yīng)用、強(qiáng)化專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)建設(shè)、強(qiáng)化虛擬仿真實(shí)踐項(xiàng)目建設(shè)，融入STEAM教育理念的課堂教學(xué)建設(shè)角度探索了能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力提升的路徑，將學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于整個(gè)人才培養(yǎng)體系中，在大學(xué)不同階段的學(xué)習(xí)中得到不同方式的體現(xiàn)。

一、注重科研訓(xùn)練專業(yè)實(shí)踐課程建設(shè)

科研訓(xùn)練主要是以科研項(xiàng)目為載體進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐學(xué)習(xí)及研究。對(duì)于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，更為完善的表述是2008年巴克教育研究所出版的《項(xiàng)目學(xué)習(xí)教師指南》一書，這本書將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)定義為對(duì)真實(shí)世界中的問題，學(xué)生經(jīng)過精心設(shè)計(jì)作品，對(duì)具體項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃和實(shí)施的探究過程。學(xué)生通過對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)—實(shí)施—復(fù)盤解決的過程，能基本掌握課程所學(xué)內(nèi)容［4］。21世紀(jì)技能聯(lián)盟指出項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是學(xué)生基于真實(shí)世界給出的解決問題的過程，是多視角多側(cè)面的思考模式而非單一線性的，學(xué)生在科研項(xiàng)目的準(zhǔn)備和進(jìn)行過程中，能夠通過主動(dòng)研究找出答案，與他人合作找出解決問題的方法，最終完成項(xiàng)目并進(jìn)行科學(xué)研究探索。

二、強(qiáng)化線上資源應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)一般是教師帶領(lǐng)學(xué)生每天到達(dá)一個(gè)實(shí)習(xí)地點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)、設(shè)備等進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，了解相應(yīng)的實(shí)際工程應(yīng)用、設(shè)備安裝及系統(tǒng)運(yùn)行等。有些實(shí)習(xí)內(nèi)容，比如建筑節(jié)能技術(shù)改造等，無法在現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)實(shí)習(xí)改造前及節(jié)能改造后的系統(tǒng)對(duì)比、節(jié)能效果，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)效果受到不利影響。

線上實(shí)習(xí)受時(shí)間和地點(diǎn)的限制較少，時(shí)間上相對(duì)具有學(xué)習(xí)的高效性。專家給學(xué)生進(jìn)行講解時(shí)，往往總是圍繞一個(gè)主題進(jìn)行所有相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的匯總，同時(shí)展示多個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目并進(jìn)行深入分析，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)多角度深入學(xué)習(xí)。能源與動(dòng)力工程線上實(shí)習(xí)內(nèi)容主要包括前沿類（儲(chǔ)能與節(jié)能國(guó)際研討會(huì)、清華大學(xué)建筑節(jié)能學(xué)術(shù)周報(bào)告、世界儲(chǔ)能大會(huì)）、實(shí)踐類（北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)中的能源動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)施、建筑能源系統(tǒng)碳減排）、認(rèn)知類（應(yīng)對(duì)氣候變化的中國(guó)視角、能源與中國(guó)社會(huì)變遷、能源與人類文明發(fā)展）。其中，儲(chǔ)能與節(jié)能國(guó)際研討會(huì)是由西安交通大學(xué)、國(guó)際傳熱傳質(zhì)中心、中國(guó)工程熱物理協(xié)會(huì)等聯(lián)合舉辦，報(bào)告及研討內(nèi)容包括儲(chǔ)能與節(jié)能前沿?zé)狳c(diǎn)問題和最新研究成果進(jìn)展，英文主題報(bào)告“Longer Term Energy Storage Opportunities and Progress”受到專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。大興機(jī)場(chǎng)能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)施項(xiàng)目，現(xiàn)場(chǎng)參觀受到位置的限制，很多系統(tǒng)性強(qiáng)的內(nèi)容、細(xì)節(jié)性內(nèi)容不容易學(xué)習(xí)或影響現(xiàn)場(chǎng)參觀效果，線上實(shí)習(xí)可以將局部系統(tǒng)更好地展示出來，讓學(xué)生看得更清楚明白，深入地認(rèn)知了解。

線上報(bào)告實(shí)習(xí)涉及內(nèi)容廣泛，工程案例學(xué)習(xí)性及專業(yè)針對(duì)性強(qiáng)，專家經(jīng)歷不同，可以從專業(yè)角度、不同方向進(jìn)行報(bào)告和線上深入討論，能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)認(rèn)識(shí)的深度，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，同時(shí)可以補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的短處，優(yōu)化整體實(shí)習(xí)效果。

三、強(qiáng)化校內(nèi)實(shí)踐資源的應(yīng)用

實(shí)踐基地建設(shè)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力提升至關(guān)重要。應(yīng)充分利用學(xué)校內(nèi)的實(shí)踐資源，強(qiáng)化校內(nèi)實(shí)踐資源的使用，結(jié)合校內(nèi)工程實(shí)踐中心、校內(nèi)鍋爐房及換熱站、中法能源培訓(xùn)中心等場(chǎng)所，提升校內(nèi)實(shí)踐在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要作用。

（一）工程實(shí)踐創(chuàng)新中心

工程實(shí)踐創(chuàng)新中心開設(shè)課程主要有工程訓(xùn)練基礎(chǔ)課、專業(yè)實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新課程等，在傳統(tǒng)車、銑、铇、磨，鉗、鑄、焊、拆裝等課程基礎(chǔ)上不斷改革創(chuàng)新，增設(shè)了數(shù)控車、數(shù)控銑、現(xiàn)代制造技術(shù)、機(jī)器人拼裝等先進(jìn)制造技術(shù)授課，通過有序的金工實(shí)習(xí)安排，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)基本加工能力，對(duì)以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提升實(shí)際動(dòng)手能力，創(chuàng)新加工是實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力提升的體現(xiàn)。

工程實(shí)踐中心設(shè)置了開放實(shí)驗(yàn)室，以多學(xué)科綜合交叉為重點(diǎn)，引導(dǎo)非土木類專業(yè)學(xué)生利用開放實(shí)驗(yàn)室相關(guān)資源進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐；以設(shè)計(jì)、創(chuàng)新為重點(diǎn)，鼓勵(lì)土木類專業(yè)高年級(jí)學(xué)生和研究生結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展開展研究，因材施教，靈活變通，讓學(xué)生從不同角度綜合利用開放資源，完成自我創(chuàng)新能力的提升。同時(shí)，中心還設(shè)置了創(chuàng)新工坊，除了每年組織專題培訓(xùn)20余次外，還開設(shè)創(chuàng)新工坊項(xiàng)目立項(xiàng)，學(xué)生積極加入創(chuàng)新工坊中去，認(rèn)真開展機(jī)械設(shè)計(jì)，并以小組形式積極參加工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，并獲得創(chuàng)新設(shè)計(jì)獎(jiǎng)勵(lì)。

（二）校內(nèi)鍋爐房、換熱站等實(shí)踐場(chǎng)地

大興校區(qū)的鍋爐房、換熱站以及西城校區(qū)換熱站，是學(xué)校建設(shè)的基礎(chǔ)熱源設(shè)施，主要功能為提供校內(nèi)正常生活使用的冬季供暖熱水及全年其他生活用熱水。對(duì)于能源與動(dòng)力工程專業(yè)的學(xué)生，強(qiáng)化鍋爐房及換熱站的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，是提高專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐能力的重要方面。校內(nèi)設(shè)施的申請(qǐng)使用，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的提升起到很好的效果，尤其是在供暖季開展相關(guān)實(shí)踐，更能從系統(tǒng)運(yùn)行的角度讓學(xué)生全面了解熱源。

實(shí)習(xí)主要包含以下具體內(nèi)容：鍋爐房和換熱站的實(shí)際運(yùn)行，認(rèn)識(shí)其工作過程和調(diào)節(jié)過程；采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，學(xué)生對(duì)熱源及換熱系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解其運(yùn)行過程；學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)鍋爐房平臺(tái)，深入認(rèn)識(shí)鍋爐房系統(tǒng)，掌握鍋爐設(shè)備的工作原理，熟悉鍋爐房系統(tǒng)的燃?xì)夤?yīng)、煙風(fēng)系統(tǒng)等工作流程；認(rèn)識(shí)氣候補(bǔ)償器，以及氣候補(bǔ)償器在鍋爐房系統(tǒng)中的應(yīng)用、調(diào)節(jié)過程，并現(xiàn)場(chǎng)采用氣候補(bǔ)償器系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)，認(rèn)識(shí)氣候補(bǔ)償器的實(shí)際工程應(yīng)用，讓學(xué)生掌握實(shí)際應(yīng)用過程；現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鍋爐房安全運(yùn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生了解安全運(yùn)行的重要性及鍋爐房安全問題的處理過程和操作方法；現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)學(xué)生鍋爐房供熱流量及熱量的基本方法以及鍋爐房運(yùn)行過程中的其他環(huán)節(jié)；指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)不同的換熱站工程，包括主要換熱器類型為容積式換熱器、管殼式換熱器及板式換熱器等；換熱站的具體設(shè)備及工作流程，基于供水溫度調(diào)節(jié)法和回水溫度調(diào)節(jié)法的換熱站具體調(diào)節(jié)過程等。

（三）中法能源培訓(xùn)中心

中法能源培訓(xùn)中心設(shè)置在我校的西城校區(qū)，經(jīng)過多年的建設(shè)，已經(jīng)具備較為完善的實(shí)踐條件。中心內(nèi)設(shè)施主要包括蒸汽鍋爐房應(yīng)用系統(tǒng)、熱水鍋爐房系統(tǒng)、供熱管網(wǎng)系統(tǒng)、燃?xì)獗趻鞝t與太陽能耦合供熱系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)等多套設(shè)施，能夠?qū)崿F(xiàn)專業(yè)相關(guān)系統(tǒng)認(rèn)知、設(shè)備安裝與運(yùn)行等，使學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有更深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的應(yīng)用起到很好的促進(jìn)作用。

四、強(qiáng)化專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)建設(shè)

專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)主要包括熱工測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)等，在原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，梳理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，完善相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提升學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)效果。熱工測(cè)試技術(shù)主要開展熱電偶的制作與標(biāo)定、燃?xì)獍踩y性能測(cè)試、噪聲檢測(cè)與隔聲測(cè)量、風(fēng)管流速和流量測(cè)定及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱性能測(cè)試。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)性能測(cè)試過程，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行及應(yīng)用有更全面的認(rèn)識(shí)了解。

專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的全面覆蓋，包括干空氣定壓質(zhì)量比熱測(cè)定、飽和蒸汽P—t關(guān)系、材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定、空氣橫掠單管時(shí)平均換熱系數(shù)測(cè)定、中溫輻射時(shí)物體黑度測(cè)定等，使同學(xué)具備解決基礎(chǔ)問題的知識(shí)和技能，為解決復(fù)雜問題提供基本原理與方法，從而訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、分析觀察能力和綜合思考能力，提升學(xué)生的科學(xué)研究素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)。

專業(yè)實(shí)驗(yàn)涵蓋面廣泛，包括蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)、鍋爐運(yùn)行效率測(cè)定實(shí)驗(yàn)、換熱器性能綜合實(shí)驗(yàn)、太陽能光電轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、太陽能光熱轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、太陽輻射監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)燃?xì)鉄嶂禍y(cè)定、燃?xì)饣鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葴y(cè)定、實(shí)驗(yàn)大氣式燃燒器工作性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)等。

實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生以個(gè)人或分組的形式開展，在熟悉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)步驟的基礎(chǔ)上開展相關(guān)操作，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)，可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，強(qiáng)化知識(shí)的理解和運(yùn)用，提升能源與動(dòng)力工程專業(yè)的基本測(cè)試技能。

五、強(qiáng)化虛擬仿真實(shí)踐項(xiàng)目建設(shè)

考慮部分學(xué)期課程授課為線上授課方式，為保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的正常進(jìn)行，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的一種重要方式，同時(shí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，可以避免線下實(shí)驗(yàn)工況調(diào)整受限的問題，能夠拓寬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行工況的范圍，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的認(rèn)識(shí)。我專業(yè)擁有國(guó)家級(jí)建筑用能虛擬仿真中心，開設(shè)了燃?xì)忮仩t運(yùn)行、熱泵系統(tǒng)運(yùn)行、流體力學(xué)、太陽能光伏系統(tǒng)等多項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，能夠讓學(xué)生從原理認(rèn)知學(xué)習(xí)、知識(shí)點(diǎn)考核、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)搭建、系統(tǒng)運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等角度完善對(duì)知識(shí)的實(shí)踐學(xué)習(xí)，系統(tǒng)參數(shù)可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，能夠較全面實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)的要求，達(dá)到較好的教學(xué)水平。

虛擬仿真實(shí)踐項(xiàng)目的開展，可以克服傳統(tǒng)的重書本知識(shí)的教學(xué)方式，在教學(xué)過程中梳理教學(xué)基本內(nèi)容，融入虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，將傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與虛擬仿真工程實(shí)踐結(jié)合，將感知學(xué)習(xí)與認(rèn)知學(xué)習(xí)相結(jié)合，構(gòu)建課程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景鏈，綜合考慮教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)功能，完善教學(xué)方案，提升教學(xué)效果。

六、融入STEAM教育理念的課堂教學(xué)建設(shè)

課程改革與建設(shè)是提高學(xué)生專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)新能力的重要手段，也是學(xué)生夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)?；谔骄繉?dǎo)向主題、問題導(dǎo)向主題、技能導(dǎo)向主題的方式，梳理專業(yè)課程的知識(shí)體系及框架，在現(xiàn)有基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)講授的前提下，完善相關(guān)的科學(xué)研究前沿動(dòng)態(tài)，高新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，技術(shù)的工程示范及推廣，實(shí)際工程設(shè)計(jì)案例及工藝布置等內(nèi)容，構(gòu)建及優(yōu)化了知識(shí)豐富及工程技術(shù)性強(qiáng)的STEAM教學(xué)內(nèi)容。

在熱源與供熱管網(wǎng)課程中熱源的教學(xué)過程中，以鍋爐本體和鍋爐房設(shè)計(jì)為要點(diǎn)，從點(diǎn)到線再到面逐層開展，圍繞相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，不斷補(bǔ)充檢索相關(guān)內(nèi)容，將最新的科研動(dòng)態(tài)以及技術(shù)創(chuàng)新融入教學(xué)中，讓學(xué)生了解書本以外的內(nèi)容，提高對(duì)知識(shí)深度、廣度及技術(shù)應(yīng)用性的了解。重視工藝設(shè)計(jì)的重要性，強(qiáng)化對(duì)鍋爐房系統(tǒng)工藝流程及工藝布置設(shè)計(jì)，通過方案對(duì)比彰顯工藝布置的重要性。以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線，體現(xiàn)數(shù)學(xué)思維在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性。

在融入STEAM理念教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)行教學(xué)過程的設(shè)計(jì)。根據(jù)課程內(nèi)容整合的層次性，教學(xué)過程中采用不同的目標(biāo)指向，對(duì)于鍋爐本體的學(xué)習(xí)中，主要以鍋爐本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作過程及鍋爐技術(shù)研究為學(xué)習(xí)目標(biāo)，而對(duì)于鍋爐房部分學(xué)習(xí)過程中，主要以鍋爐房系統(tǒng)流程和工程設(shè)計(jì)為學(xué)習(xí)目標(biāo)。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，采用探究導(dǎo)向、問題導(dǎo)向等方式，引導(dǎo)學(xué)生提前進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)檢索及查閱，探究現(xiàn)有的科學(xué)研究前沿和新技術(shù)應(yīng)用，并采用課堂討論與分析的方式，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的探討，學(xué)生針對(duì)相關(guān)內(nèi)容選題進(jìn)行PPT匯報(bào)，深入科學(xué)技術(shù)以及工程應(yīng)用中。圍繞相關(guān)特定的技術(shù)問題，比如鍋爐水循環(huán)惡化問題，要求學(xué)生進(jìn)行問題分析，并提出改進(jìn)方式等。圍繞鍋爐房設(shè)計(jì)中技術(shù)應(yīng)用問題，以不同系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用為探討點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)先進(jìn)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

結(jié)語

能源與動(dòng)力工程專業(yè)致力于如何更高效地利用能源，對(duì)國(guó)家快速發(fā)展所肩負(fù)的使命重大，亟須與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)與良好專業(yè)綜合素質(zhì)的提升。本文分析了傳統(tǒng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)中存在的問題與不足，詳細(xì)介紹了能源與動(dòng)力工程專業(yè)本科生創(chuàng)新能力提升路徑，對(duì)探索能動(dòng)專業(yè)人才實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要意義。