“双碳”背景下能源与动力工程专业实践教学体系改革探索

施微 贾永英 徐颖

东北石油大学 机械科学与工程学院

摘要：本文以能源与动力工程专业实践教学体系为研究对象，分析常规实践教学环节中存在的主要问题及痛点，结合创新人才培养需求及校企合作发展现状，从实验改革、实习改革及产教研融合促实践教学等角度提出相应对策，优化完善原有实践教学体系，从而提升学生的自主学习能力、综合运用知识能力及创新实践能力。

关键词：能源与动力工程；实践教学；创新能力

能源革命不断在全世界范围内掀起新的浪潮，传统的高碳能源开始向低碳能源、清洁能源的转型得到迅猛发展，我国宣布将在2030年前力争达到二氧化碳排放峰值，在2060年前力争实现二氧化碳或温室气体相对“零排放”（简称“双碳”）。在此背景下能源与动力工程专业的发展与人才培养对能源动力行业的“双碳”目标有着重大的意义。2013年由德国联邦教研部与联邦经济技术部提出的"工业4. 0 "理念受到社会公众及教育行业普遍关注，进而推动了国内普通高校工程领域教育的革新。实践能力培养是国家21世纪推进普通高校素质教育、拓展大学生就业能力的客观需求。传统实践教学体系建设过程中存在创新理念不明确、体系化缺失、产学合作层次低等问题。本文以能源与动力工程专业为例，对实践教学体系中所存在的问题进行分析探讨，并进行优化改革。

一、传统实践教学体系存在的问题

传统实践体系通常由通识实践——课程实验——专业实践——社会实践所构成，每个实践层面通过若干单元模块实现。通识实践层面包括素质拓展单元及职业道德单元，旨在培养学生团队意识、合作精神、职业修养等基本素质。专业实验层面依托基础课程及专业课程相关的实验环节展开，通常以演示性实验或验证性实验为主，较少涉及综合实验、创新实验。专业实践层面对应校内认识实习、工程实训、生产实习及毕业实习环节。实习过程中由于火电厂企业自动化水平提升及安全生产的条件限制，使学生现场参观和跟班运行均只能远处观望而不能实现具体操作，且参观范围及深度局限性很大。由于指导教师工程经验较少，学生通过实习接收的信息依赖于现场工程师的讲解，十分被动缺乏参与感，对实际运行过程的认知仅停留在表面。社会实践层面，学生虽进入企业内部切身实践，却受企业固定模式及课题规划限制，难于实现创新实践。

二、实践教学体系优化改革思考

鉴于上述实践体系及实践环节中长期普遍存在的一些问题，对传统时间体系提出优化更新，优化后的实践教学体系如图1所示，主要体现在以下几个方面：

图1 优化后实践环节与相应拓展模块示意图

1. 加大综合实验比例，增设开放性实验单元

针对实验环节，除依托课程设计的基础实验单元之外，可在此前提下进行拓展实验内容的广度和深度使成为综合性实验，全方位加深学生对课堂内容的理解和掌握。开放性实验可围绕“自选命题——自主设计——辅助科研及竞赛”基于“时间开放、地点开放、资源开放”多角度展开。

实验室可提供设备及平台资源均在特定网站中展示，学生可根据所参与的课题内容及研究方向自主设计开放性实验内容并与老师沟通，充分利用现代教育信息技术使开放性实验设计及实施科学切实有效可行。可通过学分激励机制，鼓励学生借助大学生创新创业训练项目、大学生节能减排科技竞赛或其它相关的学科竞赛自主设计综合性实验或开发性实验，提高学生的自主学习能力、创新意识及创新能力，并进而提升学生对课内知识的综合掌握和工程实践能力。

2.结合虚拟仿真系统实现实习模式优化

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》所述:信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。为落实规划纲要要求，推动信息化与高等教育深度融合，创新人才培养模式，教育部开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，目前已有三百余个国内高校的虚拟仿真实验教学中心获批国家级虚仿实验教学中心。虚拟仿真技术具有沉浸性、交互性和构想性等特点，近年来广泛应用于娱乐、艺术、教育等多领域，并随着计算机图形处理技术、人工智能技术的发展而得到不断提升。结合虚拟仿真技术建立起来的虚拟仿真实践平台可满足学生虽未亲临现场却有如身在其中的实践需求。

尤其近一两年来新冠疫情的爆发，使得普通高校学生各环节线上学习比例增加。如果实习环节遇到疫情期间，对于需要进入实习单位的现场实习难上加难。利用虚拟仿真平台进行实践环节得到普通高校的普遍认可和大力推行。而在非疫情期间，虚拟仿真系统可作为有效辅助，补充学生在现场无法亲自操作，无法了解复杂设备内部具体运行过程等实践内容。学生在线上完成由虚拟仿真平台提供的实习内容如火电企业三维漫游软件、火电厂仿真系统等内容。在虚拟仿真平台中，学生不仅可以在没有安全隐患情况下，沉浸式体验参访地点三维立体环境、观摩电厂内工艺流程及不易观察的设备内部复杂结构；还能在教师及工程人员线上指导下，利用友好的人机交互模拟电厂生产运行和事故处理，实现在实地参观中无法实现的工程试错并反复试验。

3.产教研融合促进高校学生创新实践

基于校企合作的产教研融合机制是培养高素质创新人才的有效途径，其凝练“产业链——人才培养链——科研创新链”三者融为一体，使学生成为具备创新思维、创新意识、创新知识、创新能力的创新型人才。校内创新平台往往不够健全，资源有限，具有工程实践背景的教师较少，师资力量有限；因此需要与校外企业合作拓展视野，学生直接接触产业链，了解前沿技术和行业发展，产业资源转化为教学资源、科研资源，校方企业方深度合作培养全方位人才，如图2所示。通过毕业实习、毕业设计等环节，将学生实践环节与企业无缝接轨，校内导师与企业工程导师共同确定既满足毕业要求又兼顾企业特色、创新特色的实习内容及毕业设计题目，学生利用所学知识和科研积累在双导师引领下，进入企业调研体会理论与实践相结合并进行创新的实践环节具体实施。融合校企资源，全面提升学生的知识能力，创新能 力和综合素养。

图2 产教研融合促进高校学生创新实践模式示意图

三、结论

随着工程技术领域及行业信息化的不断发展，企业对人才的需求更侧重于实践性创新性应用型高素质人才。传统的实践教学理念与教学方法已经显出弊端，越来越难以满足日益发展的社会需求。如何切实培养提升学生实践能力、创新能力和工程技术应用能力是普通高校实践教学改革长期探讨的关键问题。

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基金项目：教育部产学合作协同育人项目“202101389015”；
全国高等学校能源动力类教学研究与实践项目“NSJZW2021Y-79”；
黑龙江省高等学校教改项目“基于“双碳”背景下能动专业创新人才培养模式探究”；
黑龙江省教育科学规划重点课题““双碳”背景下的能源与动力工程专业课程体系优化研究”
黑龙江省教育科学规划重点课题““一带一路”背景下高校工科类专业外语教学模式改革研究”GJB1421123