能源专业研究生课程PBL模式改革

［摘 要］ 研究生的培养质量与国家的科技创新能力密切相关，构建高水平人才和拔尖创新人才培养体系，是全国研究生教育会议提出的研究生培养的重要目标。为提高新工科背景下研究生对基础理论知识的理解能力和对复杂工程问题的分析解决能力，以PBL学习模式对东北大学动力工程及工程热物理专业的研究生课程进行了改革。旨在解决东北大学能源专业研究生教学中的一些不足，以期为设立有相关专业研究生的院校课程教学改革提供参考和借鉴。

［关键词］ 思政改革；新工科计划；研究生教学

［基金项目］ 2021年度高等学校能源动力类教学研究与实践项目（重点）“基于问题/项目学习法（PBL）在东北大学能源动力类专业教学中的应用研究”（NDJZW2021Z-29）；2022年度东北大学教学改革项目“基于问题/项目学习法（PBL）+OBE在能源专业中的应用研究”（PBL-JX2022yb021）

［作者简介］ 董 辉（1969—），男，辽宁黑山人，博士，东北大学冶金学院教授，主要从事余热资源回收利用、PBL教学方法研究；陈 进（1982—），男，辽宁沈阳人，博士，东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室副教授，主要从事新能源利用及PBL教学方法研究；王 强（1971—），男，山东烟台人，博士，东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室教授，主要从事冶金与材料过程的外场控制及PBL教学方法研究。

［中图分类号］ G643.2 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）07-0069-04 ［收稿日期］ 2023-11-01

引言

能源、信息、生物和材料被称为现代科学技术和现代文明的四大支柱。每一种能源的发现与利用，都成为推动人类文明发展变迁的重要因素之一。人类的所有生活和生产活动都无法离开能源，并且对能源利用提出了越来越高的要求。随着国际能源供需形式的重大变化以及我国“双碳”目标的全面展开，提高传统能源的利用效率与开发多种形式的新能源并推广应用成为能源专业最迫切和重要的责任。因此，培养国家建设和能源发展所需的具有创新能力的高层次人才成为我国高校特别是能源专业的重要目标之一。

本文针对东北大学研究生传统教学模式中存在的问题，通过以学生为中心、主动学习的方法进行改革实践。传统教学和人才培养模式以教师和教学为中心，更多关注现有专业框架内知识的讲授，在知识广度、问题分析、团队合作等能力培养方面已经不能满足当下国家、社会及行业日新月异的发展和需求。找到一种可以解决上述问题、持续发展的教学模式势在必行。

一、研究生课程存在的问题

1.授课内容陈旧，教学模式僵化［1-2］。研究生的课程内容体系相对陈旧，具有一定的滞后性与重复性，与专业学术发展的前沿水平相对脱节，课程知识结构跟不上技术知识更新的速度。部分教师长期直接沿用之前的教案和教材，忽略了前沿知识和新理论的更新，固守成规，导致学生难以在课堂上了解学科研究进展，接触不到国际领域的最新成果。

2.理论学习与工程实践脱节，培养方法单一［2］。课程教学主要处在传授理论基础知识的层次上，导致学生在所掌握的基础理论教学与现实工程实际运用过程中出现了一定的脱节现象。同时，传统的教学方法难以将理论基础知识与工程实践知识系列化、理论化，因而把学到的基础知识有效运用到工程实际中，减小二者差距是当前研究生教学改革的重点所在。

3.评估体系片面［1，3］。目前，部分高校的课程评估体系不完善，没有全面考虑学生评教、教师评估和教学成果评价等对评价结果的综合影响。学生难以有效地向教师反馈课程意见及建议，教师对学生上课过程中的真实需求不够了解，导致教学水平停滞不前。课程评估结果不仅可以反映课程内在价值，还可以间接反映教学质量与研究生教育水平，建立健全课程评估体系是研究生教学改革的重要一环。

二、基于问题/项目学习

基于问题/项目学习（problem/project based learning， PBL）方法是一种以学习者为中心的学习，是基于建构主义、主动学习的学习理论。同时，问题或项目涉及的知识是多维度的、广泛的，往往也是跨学科的，PBL的这个特点打破了传统的学科界限。基于问题/项目学习方法始于20世纪60年代加拿大麦克马斯特大学的医学专业，新课程涵盖了全面的人文观和对传统医学专业的批评观，倡导全局观，整个学习过程有小组成员共同参与和完成，从而确立了PBL学习的重要特征。该学院PBL的典型特点是，整个学习过程由小组成员共同参与完成。20世纪60—70年代，在一场激烈的学生运动的影响下，丹麦成立了两所大学，1972年成立的洛斯基尔德大学和1974年成立的奥尔堡大学。奥尔堡大学的成立是由于当时产业界对工程师能力提出了种种新要求，是PBL教学改革的另一典范，并且确立了“从行动中学”和“从经验中学”的两个原则。20世纪70年代，社会科学界较为关注项目工作是否会成为推动整个社会变革的要素之一。在丹麦、德国和荷兰等国家，学习能力和新技能的获取开始成为社会发展的突出优势。综述，基于问题/项目学习方法经历了三次发展，成为世界范围认可、以问题或项目导向为基础的学习方法。学习者积极主动地以解决相关学科问题为目的进行学习，计划、安排并管理自己的学习活动，并阶段性地反思自己的学习成效，进行相应的评估。通过团队合作的形式解决问题或完成项目的过程实现对学生的激励，能力的培养包括高级思维以及团队合作、沟通和项目管理等社会性能力。PBL是有潜力推动学科与行业精准对接，多学科的交叉融合的重要教学方法［4-5］，并且PBL教学法已经在东北大学等国内多所高校得到了推广和应用［6-11］。

三、课程改革实践

建立学科教学改革小组，作为学生与各研究团队教学工作的桥梁和纽带，改革小组与学生、教师的关系见图1。改革小组对研究生导师及团队的研究方向进行统计并分类，每年对各团队、导师的研究方向进行确认，并每年对参与课程研究生的毕业课题进行统计，从而了解本专业学生需要学习的知识和技能，并将结果通报授课教师，有针对性地对课程内容进行调整，确保课程内容与学生需求保持一致，建立动态的课程体系。研究生课程在保持现有方法论相关核心课程主体的基础上，参考丹麦奥尔堡大学博士课程的讲座模式，对研究生必修课程“动力工程及工程热物理研究方法”进行全面改革。具体方案如图1所示。

由改革小组根据学生参与所在课题组题目和教育部一流学科建设评估政策指导意见，提出学科课程重点方向和内容，对提炼的方向和内容的研究前沿、发展现状，以及主要研究方法和重要成果，选择专业不同的团队的多位教师以讲座形式进行联合教授。

同一主题讲座可以由若干位教师共同完成，特别在案例分享，成果介绍部分，安排教师介绍本人或其熟悉的成果，为学生解析从成果立项选择到完成的全过程。讲座题目每年汇总后通告教师和学生。

授课/讲座过程采用PBL模式，教师将课程内容提炼分解为多个关键问题，在课堂教学中提出问题，由学生进行分组讨论。在讲座基础上增加实践类课时，即增加分组完成项目的部分。分组原则，根据讲座主题确定该主题项目参与的学生，学生可以根据感兴趣的讲座选择分组实践的主题，根据选择相同主题的学生进行分组，并保证每组一般不超过5人，不少于2人，推荐3～4人每组，并由该主题讲座的教师和所属团队教师作为指导教师。不同学生团队根据主题自行定题，设计实验/模拟方案，并在指导教师的协助下完成相关方案调整及实施，以团队形式进行工作分配和安排，共同完成项目。由改革小组组织协调指导教师和学生的关系，并鼓励、监督学生团队完成分组实践项目。

课程评价形式如图2，对课堂表现采用过程评价，包括教师点评、组内互评和组间互评等。对分组实践项目由改革小组组织指导教师及外聘专家对各组工作进行评审，评审模式参考节能减排大赛等，包括文本等函评（由任课教师完成）和最终答辩的现场评审（任课教师及外聘专家），由学生按组完成项目报告和答辩过程。指导教师还须根据平时团队表现给出成绩作为总成绩的一部分，以及对作业和作品的总结性评价。对表现优秀的项目予以多种形式的资助，并择优参与国家、国际级竞赛，为学科评估储备成果。

案例1：以“动力工程及工程热物理研究方法”课程为例（32学时），上课学生人数44，目前课程由专业四个主要研究方向的学术带头人为主要讲座组织者，每位组织者负责8学时的讲座内容，介绍其研究方向的前沿技术和成果、主要的研究方法，并邀请企业专家进行相关行业发展和亟待解决的工程问题的介绍。同时邀请计算机方向的专家介绍互联网相关技术在能源行业的应用情况。并对上课的同学进行分组（4人一组，共11组），以组为工作单元选择任意研究方向作为小组项目/作业的主题，同时由该方向讲座教师进行课题指导和评价如图2所示。其中有关冶金烧结炉窑的发展和研究方法介绍，邀请了中冶南方的炉窑专家进行了行业主流技术和技术难题的介绍，其中3组选择了炉窑方向，选择炉窑的节能降耗、超低排放和自动控制三个主题，以小论文和课堂答辩的形式完成项目/作业。最终12名学生的成绩中8人取得了优秀，4人良好，并且过程中有组员之间、师生之间的交流和沟通，学生在社会性能力上有了比较明显的提高。

案例2：以能量系统热力学分析方法为例（32学时），上课学生人数57。本课程主要以工程热力学基本原理在工业实际过程中的应用为主体，由3位教师分别授课。首先，选择热力学基本概念中的焓熵㶲、热力学第一定律、热力学第二定律等易混淆、难理解的概念和原理，分解为“为什么放热反应能释放热量？——焓变与化学反应的关系”“如何理解熵的宏观和微观定义？”“为什么㶲分析方法体现了热力学第二定律”等问题，由学生自由分组讨论，小组内达成统一认识后，分别汇报各小组的讨论成果，由教师和其他同学点评，从而加深学生对热力学基本概念的认识和理解。之后，针对钢铁制造流程能量分析方法及应用和电力系统能量分析方法及应用两个专题，分别邀请不同领域的行业专家为学生拓宽视野，讲授行业前沿问题，让学生运用热力学的基本原理系统分析工程中的实际问题。

参考文献

［1］杨永明，李霄.以创新人才培养为导向的研究生教学改革探索：以损伤与断裂力学课程为例［J］.高教学刊，2023，8（17）：49-52.

［2］吴晓璇，李正茂，张新，等.以创新实践能力培养为导向的研究生教学实践探索：以数字图像处理课程为例［J］.电脑知识与技术，2023，19（17）：169-171.

［3］王桂芳，梁广传，唐鹏.基于创新型人才培养的研究生教学改革与实践初探［J］.广州化工，2020，48（24）：200-202.

［4］杜翔云，钟秉林，Anisette Kolmos.以问题为基础的学习理念及其启示［J］.中国高等教育，2008（2）：20-24.

［5］杜翔云，Anette Kolmos，钟秉林.基于问题的学习：理论与实践［M］.北京：高等教育出版社，2013：1-10.

［6］庞丽东，潘维东.PBL教学法在建筑环境学实践教学中的应用［J］.中国冶金教育，2019（3）：77-81.

［7］罗祖云，韩淑萃，吕燕根，等.“新工科”视角下基于PBL-s教学模式的化工设计课程改革与研究［J］.化工教学，2019，45（10）：179-180.

［8］陈进，张伟，李传文，等.PBL教学法在冶金概论课程教学中的应用［J］.中国冶金教育，2021（2）：24-26.

［9］陈进，王强，董辉，等.PBL教学法在风能科学与工程课程教学中的应用［J］.中国冶金教育，2023（2）：27-29.

［10］李玉文，张铁军.PBL与PBL/CBL教学模式在神经外科教学中的对比研究［J］.中国继续医学教育，2020，12（18）：24-27.

［11］陈国栋，夏火松.新工科视域下信息管理类大学生实践知识创生路径研究［J］.高等工程教育研究，2020（5）：37-42.

Teaching Reform of Postgraduate Courses in Energy Major Based on PBL Model

DONG Huia， CHEN Jinb，c， WANG Qiangb， ZHAO Lianga