楊燕茹　王橋虹　王碩林

［摘 要］ 隨著科技的不斷進步和能源動力領(lǐng)域的快速發(fā)展，行業(yè)和產(chǎn)業(yè)在能源動力類學(xué)生須具備的實驗技能方面提出了新的要求。探討了在新工科背景下如何有效培養(yǎng)與提高能動類高校畢業(yè)生的實驗技能。首先，結(jié)合新工科概念分析了能源動力類高校的實驗教育目前存在的問題與須要改進的方向。其次，從策略與執(zhí)行角度提出創(chuàng)新且可行的改進建議與方案，以為相關(guān)培養(yǎng)單位更好地幫助學(xué)生掌握實驗技能、提高他們的實踐能力和創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］ 新工科；能源動力類；實驗技能提高

［基金項目］ 2022年度內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校級課程建設(shè)項目“固體廢物處理與處置工程課程建設(shè)”（RC2200003020）

［作者簡介］ 楊燕茹（1973—），女，北京人，學(xué)士，華北電力大學(xué)能源電力創(chuàng)新研究院教師，主要從事實驗室管理建設(shè)和本科人才培養(yǎng)研究；王橋虹（1996—），男，遼寧凌海人，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動力工程學(xué)院2023級動力工程專業(yè)碩士研究生，研究方向為滑移減阻耦合多尺度微結(jié)構(gòu)熱沉；王碩林（1988—），男（蒙古族），內(nèi)蒙古烏蘭浩特人，博士，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動力工程學(xué)院熱工流體力學(xué)教學(xué)部副主任，校聘副教授（通信作者），主要從事能源動力專業(yè)本科生和研究生人才培養(yǎng)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2024）07-0161-04［收稿日期］ 2023-05-15

引言

隨著科技的不斷進步與社會發(fā)展，能源動力領(lǐng)域已成為當(dāng)今世界各國關(guān)注與競爭的重點領(lǐng)域。能源動力類專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)方向涉及燃燒、動力機械、新能源、儲能等行業(yè)與產(chǎn)業(yè)，上述行業(yè)與產(chǎn)業(yè)對學(xué)生的實驗技能均提出了較高的要求。然而，傳統(tǒng)的實驗教育模式在新工科背景下已經(jīng)不能滿足學(xué)生的培養(yǎng)需求。因此，如何有效地培養(yǎng)能源動力類高校學(xué)生的實驗技能成為一個亟待解決的問題。本文旨在探討新工科背景下，如何有效地培養(yǎng)能源動力類高校學(xué)生的實驗技能，通過分析當(dāng)前存在的問題和挑戰(zhàn)，提出新的思考和解決方法，以期能夠提高學(xué)生的實驗技能，從而加強學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，為促進高校能源動力類專業(yè)學(xué)生實際應(yīng)用能力的提高和能源動力領(lǐng)域高校的發(fā)展提供見解。

一、新工科背景下的能源動力類高校實驗教育

（一）新工科的概念和特點

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新工科概念應(yīng)運而生［1-2］。新工科是一種基于信息技術(shù)、融合多學(xué)科知識和關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的工科教育模式［3-4］。與傳統(tǒng)工科相比，新工科更加注重跨學(xué)科融合、實踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維培養(yǎng)。它致力于培養(yǎng)具備廣泛知識背景和跨領(lǐng)域合作能力的工程技術(shù)人才，能夠獨立思考、解決實際問題和面對未來挑戰(zhàn)。

新工科具有以下三個特點：（1）跨學(xué)科融合。新工科倡導(dǎo)學(xué)科間的融合與交叉，鼓勵工科與理工科、人文社科等學(xué)科之間的互動與合作。在能源動力類學(xué)科中，學(xué)生不僅須要掌握能源和動力方面的知識，還須要了解材料科學(xué)、機械設(shè)計制造、電氣工程、控制工程、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本原理和方法。（2）注重實踐能力培養(yǎng)。新工科注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，學(xué)生須要通過實際操作、實驗研究等實踐活動，將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題。在能源動力類學(xué)科中，學(xué)生須要通過實驗教學(xué)、實習(xí)實訓(xùn)等方式掌握實驗技能，了解實際工程問題的處理方法。（3）注重創(chuàng)新思維培養(yǎng)。新工科鼓勵學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，學(xué)生須要具備開放性思維、跨學(xué)科思維和系統(tǒng)思維，能夠在實際問題中提出創(chuàng)新的解決方案。在能源動力類學(xué)科中，學(xué)生須要關(guān)注能源可持續(xù)發(fā)展和新技術(shù)應(yīng)用，積極探索創(chuàng)新的能源動力解決方案。

（二）能源動力類學(xué)科的實驗教育需求

能源動力類學(xué)科是應(yīng)用性較強的學(xué)科，實驗教育在其中起著重要的作用。實驗教育對學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都有很大的幫助，有利于學(xué)生鞏固理論知識。能源動力類學(xué)科的實驗教育具有以下需求。

1.實驗設(shè)備和資源需求。能源動力類學(xué)科對實驗設(shè)備和資源的需求較高，如在燃燒學(xué)實驗中需要燃燒裝置、氣體分析儀等設(shè)備［5］，在能源轉(zhuǎn)換實驗中需要發(fā)電裝置、傳感器等設(shè)備［6］。為了滿足學(xué)生的實驗需求，高校須要投入一定的經(jīng)費和資源進行實驗室建設(shè)和設(shè)備更新。

2.實驗項目的多樣性需求。能源動力類學(xué)科實驗項目的多樣性較高，學(xué)生須要進行基礎(chǔ)實驗、綜合實驗和創(chuàng)新實驗等不同類型的實驗項目?；A(chǔ)實驗可以幫助學(xué)生掌握基本的實驗技能和方法，綜合實驗可以將多學(xué)科知識進行融合應(yīng)用，創(chuàng)新實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

3.實驗技能培養(yǎng)的需求。能源動力類學(xué)科的實驗技能培養(yǎng)對學(xué)生的能力提出了要求，學(xué)生須要掌握實驗設(shè)計、儀器操作、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析等實驗技能。對學(xué)生進行實驗技能的培養(yǎng)，不只是為了學(xué)生能夠熟練操作實驗設(shè)備。僅僅掌握教學(xué)使用的儀器操作不是實驗教學(xué)的目的，更重要的是讓學(xué)生能夠在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、自主解決問題能力和創(chuàng)新能力。

（三）學(xué)生實驗技能培養(yǎng)的重要性

實驗技能是能源動力類學(xué)生必備的基本能力之一。培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能具有以下重要性。

1.提高實驗過程的把控能力。良好的實驗技能可以提高學(xué)生對實驗過程的把控能力。學(xué)生能夠熟練操作實驗設(shè)備，準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)，合理處理數(shù)據(jù)并分析結(jié)果。這樣可以保證實驗的準(zhǔn)確性和可靠性，提高實驗的效果和可重復(fù)性。

2.培養(yǎng)觀察力和分析力。實驗技能的培養(yǎng)可以提高學(xué)生的觀察力和分析力。學(xué)生在實驗過程中須要仔細(xì)觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)，并結(jié)合理論知識進行解釋。通過實驗，學(xué)生可以更深入地了解能源動力領(lǐng)域的實際問題，掌握分析和解決問題的能力。

3.培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力。實驗技能的培養(yǎng)不僅僅是為了掌握實驗操作的技巧，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。在實驗過程中，學(xué)生須要發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計實驗方案，并從實驗中得出結(jié)論。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、解決問題的能力，為未來的科研和工程實踐打下基礎(chǔ)。

（四）實驗教學(xué)模式改革的必要性

針對新工科背景下能源動力類高校學(xué)生實驗技能培養(yǎng)的需求，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式存在一定的不足。因此，實驗教學(xué)模式的改革勢在必行。

1.單一的實驗教學(xué)模式無法滿足要求。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式通常采用“教師講解、學(xué)生操作”的方式，學(xué)生的實踐經(jīng)驗相對較少。這種單一的實驗教學(xué)模式無法滿足新工科背景下對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的要求。學(xué)生需要更多的機會參與到實驗設(shè)計和實驗過程中，培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力。

2.學(xué)生對實驗技能的認(rèn)識和態(tài)度問題。部分學(xué)生對實驗技能的認(rèn)識存在偏差，認(rèn)為實驗只是一個煩瑣的操作過程，缺乏對實驗技能的重視。這導(dǎo)致學(xué)生在實驗中缺乏主動性和創(chuàng)造性，只是機械地完成實驗任務(wù)，無法真正掌握實驗技能。因此，改革實驗教學(xué)模式是提高能源動力類高校學(xué)生實驗技能的關(guān)鍵。下一節(jié)將探討如何通過設(shè)計多樣化的實驗項目、引入虛擬實驗和模擬軟件、建立實驗技能培養(yǎng)的評估體系以及加強實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)來促進學(xué)生實驗技能的提升。

二、能源動力類高校學(xué)生實驗技能培養(yǎng)的策略與方法

（一）設(shè)計多樣化的實驗項目

為了提高能源動力類高校學(xué)生的實驗技能，設(shè)計多樣化的實驗項目是一種有效的策略。多樣化的實驗項目可以幫助學(xué)生掌握不同類型的實驗技能，培養(yǎng)其實踐能力和創(chuàng)新能力。設(shè)計多樣化實驗項目的方法如下：（1）基礎(chǔ)實驗項目是學(xué)生掌握實驗技能的基礎(chǔ)，包括基本的實驗操作、數(shù)據(jù)測量與處理等內(nèi)容。例如，在能源動力類學(xué)科中，可以設(shè)計基于能源轉(zhuǎn)換原理的實驗項目，讓學(xué)生了解能源轉(zhuǎn)換過程中的能量轉(zhuǎn)化和效率計算方法。（2）綜合實驗項目可以將多學(xué)科知識進行融合應(yīng)用，幫助學(xué)生理解能源動力領(lǐng)域的復(fù)雜問題。例如，設(shè)計一個綜合實驗項目，要求學(xué)生通過能源調(diào)度和優(yōu)化算法，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的最優(yōu)運行，考慮到能源供需平衡、環(huán)境影響和經(jīng)濟效益等因素。（3）創(chuàng)新實驗項目可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。通過自主設(shè)計和實施實驗方案，學(xué)生可以探索新的實驗方法和技術(shù)，解決能源動力領(lǐng)域的實際問題。例如，可以鼓勵學(xué)生設(shè)計新型能源轉(zhuǎn)換裝置或開展新能源材料的研究。

在設(shè)計多樣化的實驗項目時，須要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)階段和實驗?zāi)芰λ?，合理安排實驗的難度和復(fù)雜度。此外，為了提高學(xué)生的參與度和積極性，還可以鼓勵學(xué)生參與實驗項目的選題和設(shè)計過程，增加學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。

（二）引入虛擬實驗和模擬軟件

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實驗和模擬軟件成為提高實驗教學(xué)效果的重要手段。通過引入虛擬實驗和模擬軟件，可以增加學(xué)生的實驗機會，擴展實驗內(nèi)容和范圍，提高學(xué)生的實驗技能。以下是一些引入虛擬實驗和模擬軟件的策略與方法：（1）建立虛擬實驗平臺，提供模擬實驗環(huán)境和實驗操作。學(xué)生可以通過虛擬實驗平臺進行實驗操作的模擬，觀察實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)變化，培養(yǎng)實驗技能。虛擬實驗平臺還可以提供多樣化的實驗場景和實驗參數(shù)設(shè)置，增加學(xué)生的實驗體驗。（2）利用模擬軟件對能源動力系統(tǒng)進行建模和仿真。學(xué)生可以通過模擬軟件設(shè)計和優(yōu)化能源系統(tǒng)，分析系統(tǒng)性能及效果。模擬軟件還可以提供實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和可視化展示，幫助學(xué)生理解實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理方法。

虛擬實驗和模擬軟件的引入可以擴展實驗的范圍和內(nèi)容，提供更多的實驗機會和實驗資源。同時，虛擬實驗和模擬軟件可以在實驗過程中進行反復(fù)練習(xí)和調(diào)試，提高學(xué)生的實驗技能水平。然而，虛擬實驗和模擬軟件僅是實驗教育的補充手段，不能完全取代真實實驗。因此，在實驗教學(xué)中須要綜合運用虛擬實驗、模擬軟件和真實實驗，使其相互補充，實現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

（三）建立實驗技能培養(yǎng)評估體系

為了有效評估學(xué)生的實驗技能培養(yǎng)情況，建立科學(xué)的實驗技能培養(yǎng)評估體系是必要的。評估體系可以幫助教師和學(xué)生了解實驗技能的發(fā)展情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的改進措施。以下是一些建立實驗技能培養(yǎng)評估體系的策略和方法：（1）多元化評估指標(biāo)。實驗技能的培養(yǎng)涉及實驗設(shè)計、儀器操作、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析等多個方面。評估指標(biāo)應(yīng)涵蓋這些方面，既包括學(xué)生的基本實驗操作能力，也包括學(xué)生的實驗設(shè)計和創(chuàng)新能力?？梢酝ㄟ^實驗報告、實驗操作記錄、實驗成果展示等方式進行評估。（2）定期評估與反饋。實驗技能的培養(yǎng)是一個循序漸進并非一蹴而就的過程，須要定期進行評估和反饋。教師可以定期安排對學(xué)生的實驗操作和實驗結(jié)果進行評估和反饋。通過定期評估和反饋，學(xué)生可以了解自己的實驗技能發(fā)展情況，及時調(diào)整學(xué)習(xí)策略并改進實驗技能。（3）學(xué)生自我評估和互評。學(xué)生自我評估和互評是培養(yǎng)實驗技能的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生可以通過自我評估和互評的方式，對自己的實驗技能進行評價，并與同學(xué)進行交流和討論，這樣可以促進對實驗技能的深入思考和自我提高。

建立實驗技能培養(yǎng)的評估體系有助于全面評估學(xué)生的實驗技能發(fā)展情況，幫助學(xué)生認(rèn)識自身的優(yōu)勢和不足，促進實驗技能的全面提升。

（四）加強實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

實踐能力和創(chuàng)新能力是能源動力類高校學(xué)生實驗技能培養(yǎng)的重要目標(biāo)。加強實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，可以幫助學(xué)生更好地應(yīng)對實際問題和挑戰(zhàn)，提高解決問題的能力。以下是一些加強實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的策略和方法。（1）參與實踐項目：鼓勵學(xué)生參與實踐項目的設(shè)計和實施。實踐項目可以與產(chǎn)業(yè)界、科研機構(gòu)等合作，解決實際問題，并為學(xué)生提供實踐鍛煉的機會。通過實踐項目的參與，學(xué)生可以將所學(xué)知識應(yīng)用到實際問題中，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力。（2）加強科研導(dǎo)師的指導(dǎo)：為學(xué)生配備科研導(dǎo)師，提供科研項目的指導(dǎo)和支持。學(xué)生可以在科研項目中進行實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解釋等工作，培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新能力?？蒲袑?dǎo)師可以根據(jù)學(xué)生的興趣和能力指導(dǎo)學(xué)生開展科研工作，幫助學(xué)生培養(yǎng)實驗技能。（3）建設(shè)創(chuàng)新實驗室：建立創(chuàng)新實驗室，提供創(chuàng)新實驗項目的場地和資源。創(chuàng)新實驗室可以提供先進的實驗設(shè)備和工具，為學(xué)生開展創(chuàng)新實驗提供支持。學(xué)生可以在創(chuàng)新實驗室中進行自主實驗設(shè)計和創(chuàng)新研究，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力。

加強實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力是提高學(xué)生實驗技能的重要手段。通過實踐項目的參與、科研導(dǎo)師的指導(dǎo)和創(chuàng)新實驗室的建設(shè)，可以幫助學(xué)生將實驗技能與實際問題相結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

結(jié)語

本文以新工科背景下能源動力類高校學(xué)生實驗技能培養(yǎng)為研究對象，分析了存在的問題和挑戰(zhàn)，并提出了一些創(chuàng)新的思考和方法。通過設(shè)計多樣化的實驗項目、引入虛擬實驗和模擬軟件、建立實驗技能培養(yǎng)評估體系以及加強實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，可以有效提高能源動力類高校學(xué)生的實驗技能。關(guān)于展望未來研究方向方面，在未來的研究中，可以進一步探討如何通過創(chuàng)新教學(xué)手段和方法，提高能源動力類高校學(xué)生的實驗技能。同時，可以結(jié)合人工智能和虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)，開發(fā)更具交互性和真實性的虛擬實驗平臺，為學(xué)生提供更好的實踐機會和實驗環(huán)境。此外，還可以研究如何將實驗教育與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合，培養(yǎng)更滿足社會發(fā)展需求的能源動力類人才。

參考文獻

［1］徐嬴穎，施曉秋.傳統(tǒng)專業(yè)課程新工科改造的路徑、方法與實踐［J］.高等工程教育研究，2023，200（3）：46-52.

［2］殷韋韋.基于系統(tǒng)論方法的新工科“雙創(chuàng)”型人才培養(yǎng)路徑研究［J］.內(nèi)燃機與配件，2023，380（8）：116-119.

［3］鄧飛，趙碩，樊洪濤，等.新工科視域下地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2023，407（7）：90-92.

［4］翟朗，宮婷.新工科現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院體系化建設(shè)研究：從專業(yè)、教學(xué)、師資視角［J］.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2023，6（8）：87-89.

［5］馮運超，馬立坤，朱家健，等.實驗輔助教學(xué)在“燃燒理論”課程中的應(yīng)用研究［J］.教育教學(xué)論壇，2021，538（39）：128-131.

［6］朱國斌，趙亮，袁海泉，等.基于能量轉(zhuǎn)換與存儲的新能源材料與器件專業(yè)實驗課程設(shè)置［J］.實驗技術(shù)與管理，2015，32（2）：204-207+211.

Reflections on the Cultivation of Experimental Skills Among Students in Energy and Power Majors under the New Engineering Education Framework

YANG Yan-ru1， WANG Qiao-hong2， WANG Shuo-lin2

（1. Innovation Institute of Energy and Electric Power， North China Electric Power University， Beijing 102206， China; 2. College of Energy and Power Engineering， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot， Inner Mongolia 010051， China）

Abstract： With the continuous advancement of technology and the rapid development in the field of energy and power， industries have set forth new requirements for the experimental skills of students specialized in energy dynamics. This paper discusses how to effectively cultivate and enhance the experimental skills of graduates from universities focused on energy dynamics， against the backdrop of new engineering disciplines. It begins by analyzing the current issues and directions for improvement in experimental education at these universities， in line with the concept of new engineering. Subsequently， it presents innovative and feasible recommendations and schemes from a strategic and implementation perspective. These are aimed at assisting educational institutions in better equipping students with experimental skills， thereby improving their practical abilities and innovation potential.

Key words： new engineering disciplines; energy and power disciplines; improvement of experimental skills