新工科背景下能源动力类高校学生实验技能培养思考

［摘 要］ 随着科技的不断进步和能源动力领域的快速发展，行业和产业在能源动力类学生须具备的实验技能方面提出了新的要求。探讨了在新工科背景下如何有效培养与提高能动类高校毕业生的实验技能。首先，结合新工科概念分析了能源动力类高校的实验教育目前存在的问题与须要改进的方向。其次，从策略与执行角度提出创新且可行的改进建议与方案，以为相关培养单位更好地帮助学生掌握实验技能、提高他们的实践能力和创新能力。

［关键词］ 新工科；能源动力类；实验技能提高

［基金项目］ 2022年度内蒙古工业大学校级课程建设项目“固体废物处理与处置工程课程建设”（RC2200003020）

［作者简介］ 杨燕茹（1973—），女，北京人，学士，华北电力大学能源电力创新研究院教师，主要从事实验室管理建设和本科人才培养研究；王桥虹（1996—），男，辽宁凌海人，内蒙古工业大学能源与动力工程学院2023级动力工程专业硕士研究生，研究方向为滑移减阻耦合多尺度微结构热沉；王硕林（1988—），男（蒙古族），内蒙古乌兰浩特人，博士，内蒙古工业大学能源与动力工程学院热工流体力学教学部副主任，校聘副教授（通信作者），主要从事能源动力专业本科生和研究生人才培养研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）07-0161-04 ［收稿日期］ 2023-05-15

引言

随着科技的不断进步与社会发展，能源动力领域已成为当今世界各国关注与竞争的重点领域。能源动力类专业毕业生的就业方向涉及燃烧、动力机械、新能源、储能等行业与产业，上述行业与产业对学生的实验技能均提出了较高的要求。然而，传统的实验教育模式在新工科背景下已经不能满足学生的培养需求。因此，如何有效地培养能源动力类高校学生的实验技能成为一个亟待解决的问题。本文旨在探讨新工科背景下，如何有效地培养能源动力类高校学生的实验技能，通过分析当前存在的问题和挑战，提出新的思考和解决方法，以期能够提高学生的实验技能，从而加强学生的实践能力和创新能力，为促进高校能源动力类专业学生实际应用能力的提高和能源动力领域高校的发展提供见解。

一、新工科背景下的能源动力类高校实验教育

（一）新工科的概念和特点

随着科学技术的不断发展，新工科概念应运而生［1-2］。新工科是一种基于信息技术、融合多学科知识和关注学生创新能力培养的工科教育模式［3-4］。与传统工科相比，新工科更加注重跨学科融合、实践能力培养和创新思维培养。它致力于培养具备广泛知识背景和跨领域合作能力的工程技术人才，能够独立思考、解决实际问题和面对未来挑战。

新工科具有以下三个特点：（1）跨学科融合。新工科倡导学科间的融合与交叉，鼓励工科与理工科、人文社科等学科之间的互动与合作。在能源动力类学科中，学生不仅须要掌握能源和动力方面的知识，还须要了解材料科学、机械设计制造、电气工程、控制工程、环境科学等相关学科的基本原理和方法。（2）注重实践能力培养。新工科注重培养学生的实践能力，学生须要通过实际操作、实验研究等实践活动，将所学知识应用于解决实际问题。在能源动力类学科中，学生须要通过实验教学、实习实训等方式掌握实验技能，了解实际工程问题的处理方法。（3）注重创新思维培养。新工科鼓励学生培养创新思维和创新能力，学生须要具备开放性思维、跨学科思维和系统思维，能够在实际问题中提出创新的解决方案。在能源动力类学科中，学生须要关注能源可持续发展和新技术应用，积极探索创新的能源动力解决方案。

（二）能源动力类学科的实验教育需求

能源动力类学科是应用性较强的学科，实验教育在其中起着重要的作用。实验教育对学生动手能力和创新能力的培养都有很大的帮助，有利于学生巩固理论知识。能源动力类学科的实验教育具有以下需求。

1.实验设备和资源需求。能源动力类学科对实验设备和资源的需求较高，如在燃烧学实验中需要燃烧装置、气体分析仪等设备［5］，在能源转换实验中需要发电装置、传感器等设备［6］。为了满足学生的实验需求，高校须要投入一定的经费和资源进行实验室建设和设备更新。

2.实验项目的多样性需求。能源动力类学科实验项目的多样性较高，学生须要进行基础实验、综合实验和创新实验等不同类型的实验项目。基础实验可以帮助学生掌握基本的实验技能和方法，综合实验可以将多学科知识进行融合应用，创新实验可以培养学生的创新思维和创新能力。

3.实验技能培养的需求。能源动力类学科的实验技能培养对学生的能力提出了要求，学生须要掌握实验设计、仪器操作、数据处理和结果分析等实验技能。对学生进行实验技能的培养，不只是为了学生能够熟练操作实验设备。仅仅掌握教学使用的仪器操作不是实验教学的目的，更重要的是让学生能够在实验中发现问题、解决问题，培养学生的实践能力、自主解决问题能力和创新能力。

（三）学生实验技能培养的重要性

实验技能是能源动力类学生必备的基本能力之一。培养学生的实验技能具有以下重要性。

1.提高实验过程的把控能力。良好的实验技能可以提高学生对实验过程的把控能力。学生能够熟练操作实验设备，准确测量数据，合理处理数据并分析结果。这样可以保证实验的准确性和可靠性，提高实验的效果和可重复性。

2.培养观察力和分析力。实验技能的培养可以提高学生的观察力和分析力。学生在实验过程中须要仔细观察现象、分析数据，并结合理论知识进行解释。通过实验，学生可以更深入地了解能源动力领域的实际问题，掌握分析和解决问题的能力。

3.培养实践能力和创新能力。实验技能的培养不仅仅是为了掌握实验操作的技巧，更重要的是培养学生的实践能力和创新能力。在实验过程中，学生须要发现问题、提出假设、设计实验方案，并从实验中得出结论。这样可以培养学生独立思考、解决问题的能力，为未来的科研和工程实践打下基础。

（四）实验教学模式改革的必要性

针对新工科背景下能源动力类高校学生实验技能培养的需求，传统的实验教学模式存在一定的不足。因此，实验教学模式的改革势在必行。

1.单一的实验教学模式无法满足要求。传统的实验教学模式通常采用“教师讲解、学生操作”的方式，学生的实践经验相对较少。这种单一的实验教学模式无法满足新工科背景下对学生实践能力和创新能力的要求。学生需要更多的机会参与到实验设计和实验过程中，培养独立思考和解决问题的能力。

2.学生对实验技能的认识和态度问题。部分学生对实验技能的认识存在偏差，认为实验只是一个烦琐的操作过程，缺乏对实验技能的重视。这导致学生在实验中缺乏主动性和创造性，只是机械地完成实验任务，无法真正掌握实验技能。因此，改革实验教学模式是提高能源动力类高校学生实验技能的关键。下一节将探讨如何通过设计多样化的实验项目、引入虚拟实验和模拟软件、建立实验技能培养的评估体系以及加强实践能力和创新能力的培养来促进学生实验技能的提升。

二、能源动力类高校学生实验技能培养的策略与方法

（一）设计多样化的实验项目

为了提高能源动力类高校学生的实验技能，设计多样化的实验项目是一种有效的策略。多样化的实验项目可以帮助学生掌握不同类型的实验技能，培养其实践能力和创新能力。设计多样化实验项目的方法如下：（1）基础实验项目是学生掌握实验技能的基础，包括基本的实验操作、数据测量与处理等内容。例如，在能源动力类学科中，可以设计基于能源转换原理的实验项目，让学生了解能源转换过程中的能量转化和效率计算方法。（2）综合实验项目可以将多学科知识进行融合应用，帮助学生理解能源动力领域的复杂问题。例如，设计一个综合实验项目，要求学生通过能源调度和优化算法，实现能源系统的最优运行，考虑到能源供需平衡、环境影响和经济效益等因素。（3）创新实验项目可以激发学生的创新思维和创造力。通过自主设计和实施实验方案，学生可以探索新的实验方法和技术，解决能源动力领域的实际问题。例如，可以鼓励学生设计新型能源转换装置或开展新能源材料的研究。

在设计多样化的实验项目时，须要充分考虑学生的学习阶段和实验能力水平，合理安排实验的难度和复杂度。此外，为了提高学生的参与度和积极性，还可以鼓励学生参与实验项目的选题和设计过程，增加学生的主动性和创造性。

（二）引入虚拟实验和模拟软件

随着信息技术的发展，虚拟实验和模拟软件成为提高实验教学效果的重要手段。通过引入虚拟实验和模拟软件，可以增加学生的实验机会，扩展实验内容和范围，提高学生的实验技能。以下是一些引入虚拟实验和模拟软件的策略与方法：（1）建立虚拟实验平台，提供模拟实验环境和实验操作。学生可以通过虚拟实验平台进行实验操作的模拟，观察实验现象和数据变化，培养实验技能。虚拟实验平台还可以提供多样化的实验场景和实验参数设置，增加学生的实验体验。（2）利用模拟软件对能源动力系统进行建模和仿真。学生可以通过模拟软件设计和优化能源系统，分析系统性能及效果。模拟软件还可以提供实验数据的统计分析和可视化展示，帮助学生理解实验结果与数据处理方法。

虚拟实验和模拟软件的引入可以扩展实验的范围和内容，提供更多的实验机会和实验资源。同时，虚拟实验和模拟软件可以在实验过程中进行反复练习和调试，提高学生的实验技能水平。然而，虚拟实验和模拟软件仅是实验教育的补充手段，不能完全取代真实实验。因此，在实验教学中须要综合运用虚拟实验、模拟软件和真实实验，使其相互补充，实现更好的教学效果。

（三）建立实验技能培养评估体系

为了有效评估学生的实验技能培养情况，建立科学的实验技能培养评估体系是必要的。评估体系可以帮助教师和学生了解实验技能的发展情况，及时发现问题并采取相应的改进措施。以下是一些建立实验技能培养评估体系的策略和方法：（1）多元化评估指标。实验技能的培养涉及实验设计、仪器操作、数据处理和结果分析等多个方面。评估指标应涵盖这些方面，既包括学生的基本实验操作能力，也包括学生的实验设计和创新能力。可以通过实验报告、实验操作记录、实验成果展示等方式进行评估。（2）定期评估与反馈。实验技能的培养是一个循序渐进并非一蹴而就的过程，须要定期进行评估和反馈。教师可以定期安排对学生的实验操作和实验结果进行评估和反馈。通过定期评估和反馈，学生可以了解自己的实验技能发展情况，及时调整学习策略并改进实验技能。（3）学生自我评估和互评。学生自我评估和互评是培养实验技能的重要环节。学生可以通过自我评估和互评的方式，对自己的实验技能进行评价，并与同学进行交流和讨论，这样可以促进对实验技能的深入思考和自我提高。

建立实验技能培养的评估体系有助于全面评估学生的实验技能发展情况，帮助学生认识自身的优势和不足，促进实验技能的全面提升。

（四）加强实践能力和创新能力的培养

实践能力和创新能力是能源动力类高校学生实验技能培养的重要目标。加强实践能力和创新能力的培养，可以帮助学生更好地应对实际问题和挑战，提高解决问题的能力。以下是一些加强实践能力和创新能力培养的策略和方法。（1）参与实践项目：鼓励学生参与实践项目的设计和实施。实践项目可以与产业界、科研机构等合作，解决实际问题，并为学生提供实践锻炼的机会。通过实践项目的参与，学生可以将所学知识应用到实际问题中，培养实践能力和创新能力。（2）加强科研导师的指导：为学生配备科研导师，提供科研项目的指导和支持。学生可以在科研项目中进行实验设计、数据分析和结果解释等工作，培养科研能力和创新能力。科研导师可以根据学生的兴趣和能力指导学生开展科研工作，帮助学生培养实验技能。（3）建设创新实验室：建立创新实验室，提供创新实验项目的场地和资源。创新实验室可以提供先进的实验设备和工具，为学生开展创新实验提供支持。学生可以在创新实验室中进行自主实验设计和创新研究，培养创新能力和实践能力。