呂雪飛,甘樹坤

(吉林化工學(xué)院 機電工程學(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新世界經(jīng)濟的形成與發(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)濟社會更好地得到發(fā)展，“中國制造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)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，對于“新工科”的建設(shè)提出了新的要求，一方面要對應(yīng)如云計算、機器人技術(shù)、智能制造和人工智能等新興產(chǎn)業(yè)，同時也包含對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行升級與改造[3]。“新工科”相比于傳統(tǒng)工科學(xué)科應(yīng)該具有更強的實用性、交叉性以及綜合性。因此，新世界經(jīng)濟形式下高校對傳統(tǒng)工科進行“新工科”建設(shè)將迎來學(xué)科發(fā)展的新的機遇與挑戰(zhàn)。

能源與動力工程專業(yè)是實踐性很強的傳統(tǒng)工科專業(yè)，換熱器原理與設(shè)計是該專業(yè)中一門非常重要的專業(yè)技術(shù)課程，該課程對本專業(yè)的知識體系涵蓋面廣，是專業(yè)知識結(jié)構(gòu)及教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)和專業(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)無法達到“新工科”的要求，因此有必要進行換熱器原理與設(shè)計課群的實踐教學(xué)改革與探索。

一、“新工科”背景下傳統(tǒng)工科專業(yè)課程建設(shè)中存在的問題

(一) “新工科”對專業(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)，未來新經(jīng)濟和新興產(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)必須具有較強的工程實踐能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力，具備較強的國際競爭力，主要包括下面幾個特征。

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

(2)既可以利用所獲得的專業(yè)知識去解決現(xiàn)有問題的能力，而且還應(yīng)具有對新知識、新技術(shù)深入學(xué)習(xí)的能力，以解決未來發(fā)展中存在的問題，并具有在未來技術(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、社會和管理上都具有良好的人文素質(zhì)。

(二) 換熱器原理與設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題

1.偏離工程實踐和行業(yè)標準

換熱器原理與設(shè)計課程本身就是原理和工程實踐的融合。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)濟性。工科學(xué)生一般都會有強調(diào)理論而忽略實踐的觀念，即重視換熱器的理論實現(xiàn)，并以此為設(shè)計中心，而對換熱器設(shè)計中涉及的行業(yè)技術(shù)標準(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)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計彼此緊密配合。傳統(tǒng)工程教育主要基于基本原理，對于此類相對實踐性較強的且與設(shè)備有關(guān)的課程，以前的工程實踐教學(xué)內(nèi)容顯然不足，并且缺少國家行業(yè)技術(shù)標準的滲透與學(xué)習(xí)，從而導(dǎo)致與工程實際相悖的問題解決思路，缺乏對總體規(guī)劃的掌握，因此不能滿足工程的實際要求，不能提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時不匹配

本課程原為32學(xué)時的選修課程，對能源與動力工程專業(yè)開放，均為理論教學(xué)，根據(jù)所選教材設(shè)計教學(xué)計劃，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，對于此類實踐性較強且與設(shè)備有關(guān)的課程，缺少實踐教學(xué)的課程教學(xué)環(huán)境。同時，能源與動力工程專業(yè)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度校核等教學(xué)內(nèi)容及課時有限，導(dǎo)致熱交換器原理和設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容很多，但由于學(xué)時相對較少，缺乏課程設(shè)計、現(xiàn)場學(xué)習(xí)研究等實踐環(huán)節(jié)，因此很難達到教學(xué)的效果。

3.學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)薄弱

本課程主要是設(shè)計和大量的公式計算，對于具體的講解過程，通常會使學(xué)生感到疲勞和乏味，課程教學(xué)相對僵化，學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣不大。 同時，低年級時學(xué)生缺乏專業(yè)教育和指導(dǎo)，逐漸形成了錯誤的觀念，即只注重原理而不注重工程實踐。對基礎(chǔ)知識的掌握不夠，專業(yè)基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致在高年級的課程學(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)計課群建設(shè)

為了滿足“新工科”人才培養(yǎng)的要求，為了滿足“新工科”人才培養(yǎng)的要求，解決傳統(tǒng)工科教學(xué)中所存在的諸多問題，結(jié)合換熱器原理與設(shè)計的課群建設(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)對社會需求的調(diào)查和畢業(yè)生的反饋分析，換熱器原理與設(shè)計已改為必修課，為能源與動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要專業(yè)課，由于僅32學(xué)時，無法達到滿意的教學(xué)效果。因此，通過深入地進行企業(yè)調(diào)研以及專業(yè)課程教師的認真細致地研討，在專業(yè)人才培養(yǎng)方案的修訂的過程中，在系列相關(guān)課程學(xué)時數(shù)基本沒有較大變動的前提下，對專業(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的傳授，還參照換熱器設(shè)計手冊、國家及行業(yè)標準等內(nèi)容輔助完成本課程相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，同時增加結(jié)合工程實踐、國家行業(yè)標準進行真實案例的講解，但根據(jù)學(xué)生在就業(yè)應(yīng)用及深造的過程中反饋的信息發(fā)現(xiàn)，僅限于此不能夠滿足后續(xù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，需對內(nèi)容進行拓展以及優(yōu)化。因此，將教學(xué)內(nèi)容分為換熱器原理、換熱器設(shè)計、換熱器生產(chǎn)及測試、換熱器優(yōu)化、換熱器性能評價五個大方面進行有針對性的教學(xué)。

其次，調(diào)整培養(yǎng)方案的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容，通過傳熱課程學(xué)習(xí)了傳熱的基本理論知識；通過能源動力裝置拆裝實訓(xùn)加深學(xué)生對換熱器的直觀認識，了解換熱器的不同結(jié)構(gòu)形式；通過工程軟件訓(xùn)練對換熱器進行二維工程圖紙表達及三維建模和分析，加深學(xué)生對不同結(jié)構(gòu)形式的熱交換器的深入了解；結(jié)合換熱器綜合實驗(虛擬模擬實驗)，增加測試、性能優(yōu)化、性能評價內(nèi)容，以提高學(xué)生將理論知識應(yīng)用于工程實踐能力的培養(yǎng)，加深學(xué)生對理論的理解，增強工程實踐能力；換熱器課程設(shè)計環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生在進行學(xué)習(xí)設(shè)計校核的同時，學(xué)習(xí)換熱器的運行管理，為后續(xù)學(xué)習(xí)、工作以及深造奠定較深的基礎(chǔ)，通過國家行業(yè)標準和工程實例的有機結(jié)合，提高了學(xué)生對工程設(shè)計和應(yīng)用的意識。通過將換熱器原理與設(shè)計和各課程內(nèi)容合理安排和組織，從而達到對學(xué)生進行換熱器整體理論與工程實踐能力的培養(yǎng)目標[4]。

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

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

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

(1)在課堂教學(xué)、專業(yè)課程設(shè)計以及專業(yè)實驗等各種形象教學(xué)過程中，能夠結(jié)合工程實際應(yīng)用案例進行講解，應(yīng)用計算機多媒體與網(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)通過能源動力裝置拆裝、測繪實訓(xùn)等課程，以換熱器為典型設(shè)備讓學(xué)生親自動手進行拆裝與測繪，從而直觀地認識換熱器整體結(jié)構(gòu)。對組成換熱器結(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等工程軟件對換熱器進行二維工程圖紙表達及三維建模分析，加深學(xué)生對于不同結(jié)構(gòu)形式換熱器深入的理解與認知。

(4)結(jié)合換熱器設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用背景，在教學(xué)過程中對各種具體的換熱器的工作原理與設(shè)計過程進行有的講解，結(jié)合教師的相關(guān)科研項目，進行相關(guān)專題講座和學(xué)科前沿引導(dǎo)，通過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，從而擴大知識信息量和專業(yè)視野，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣，樹立標準化意識、工程觀念和創(chuàng)新思維，加強學(xué)生工程創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)[8-9]。

(5)通過換熱器綜合實驗及虛擬仿真實驗讓學(xué)生開展換熱器設(shè)計性實驗，將理論與實際工程相結(jié)合，加深對理論知識的理解，強化工程應(yīng)用實踐能力。

(6)通過換熱器課程設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)置與工程實際相似的設(shè)計題目，結(jié)合行業(yè)標準、設(shè)計手冊以及工程圖紙等形式，提高學(xué)生工程設(shè)計與應(yīng)用的意識，引導(dǎo)學(xué)生從實際應(yīng)用的角度考慮產(chǎn)品的設(shè)計。

(三) 強化課群師資隊伍，完善“新工科”專業(yè)建設(shè)

專業(yè)師資隊伍直接影響著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，也是學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)的前提和保障。結(jié)合換熱器原理與設(shè)計課程群的知識結(jié)構(gòu)及教學(xué)特點，課程群教學(xué)隊伍在教學(xué)過程中既要加強課本中的理論教學(xué)質(zhì)量，還要加強國內(nèi)外相關(guān)知識的新科研成果及工程應(yīng)用實踐的引導(dǎo)，教學(xué)必須由具有實踐經(jīng)驗的教師擔(dān)任。因此，專業(yè)教學(xué)過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，還都要具有換熱器相關(guān)的課題研究、工程設(shè)計或企業(yè)技術(shù)合作經(jīng)驗。我校在學(xué)科專業(yè)發(fā)展過程中有許多一直從事?lián)Q熱器科研與設(shè)計開發(fā)的專業(yè)教師，在能源動力領(lǐng)域積累了充足的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢人才，因此組建的教學(xué)團隊整體水平和結(jié)構(gòu)層次都比較高，教學(xué)、科研實踐經(jīng)驗豐富，成果比較顯著。組成的教師團隊可以確保理論和實踐不脫節(jié)，具有學(xué)科前沿拓展的深度和廣度，同時具有豐富的課程教學(xué)專業(yè)知識、工程意識、國家行業(yè)標準的認知。通過建設(shè)一支高素質(zhì)的師資隊伍，保證了換熱器原理與設(shè)計課程群的教學(xué)質(zhì)量，進而推動了能源與動力工程專業(yè)“新工科”建設(shè)。

三、結(jié) 語

“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)濟的發(fā)展要求?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)的理念可以通過課程體系得以落實，通過構(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)時及教學(xué)資源，改革教學(xué)方法，加強教師隊伍的建設(shè)，形成學(xué)科知識的交叉與融合不斷提高教學(xué)質(zhì)量，逐步推進能源與動力工程專業(yè)的升級和改造，從而達到“新工科”建設(shè)和專業(yè)人才培養(yǎng)目標。