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［摘要］在建設創(chuàng)新型國家的時代背景下，面向創(chuàng)新教育的課程目標，基于能源與動力工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，課題組總結(jié)了專業(yè)創(chuàng)新實踐的教學現(xiàn)狀，探究了增強學生參與度的教學方法，分析了教學內(nèi)容的創(chuàng)新途徑。課題組還針對三維造型軟件在本專業(yè)發(fā)揮的重要作用，將造型設計列入創(chuàng)新實踐教學內(nèi)容，融合專業(yè)研究對象和個性化設計的教學素材，發(fā)展學生的創(chuàng)新創(chuàng)造思維，通過學生作品展示了專業(yè)創(chuàng)新的實踐效果，為新工科人才培養(yǎng)注入了新的活力。

［關(guān)鍵詞］創(chuàng)新實踐；軟件；仿真；能源與動力工程

創(chuàng)新是推動社會發(fā)展的動力。提高自主創(chuàng)新能力，建設創(chuàng)新型國家，已成為我國重要的發(fā)展戰(zhàn)略。工科人才培養(yǎng)注重實踐，將專業(yè)理論知識和專業(yè)技能應用于工程實踐，從實踐中發(fā)現(xiàn)問題并尋找解決問題的辦法，是工科教學中的基本內(nèi)容。在“新工科”時代背景下，需要強化工程背景，提升工程實踐能力，對工科教師和工科學生提出了新的要求。教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》提出：制訂高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學基本要求，開發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，納入學分管理[1]。眾多高校開展了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程的建設工作，大批創(chuàng)新實踐課程被列入大學生的培養(yǎng)計劃。為了有效發(fā)揮創(chuàng)新實踐課在工科人才培養(yǎng)中的作用，課題組以揚州大學能源與動力工程專業(yè)為例，對能源與動力工程專業(yè)創(chuàng)新實踐課進行了教學研究。

一、創(chuàng)新實踐課程的教學現(xiàn)狀

在工科大類背景下，能源與動力工程專業(yè)以培養(yǎng)適應國家現(xiàn)代化建設需要的高級工程技術(shù)人才為目標，在“新工科”建設時期，培養(yǎng)知識面廣、專業(yè)基礎扎實、創(chuàng)新能力強的復合型高級人才，為本專業(yè)的建設明確了具體任務[2]。能源與動力工程專業(yè)學生主要學習能源利用與轉(zhuǎn)換、動力機械與測試、電氣設備及控制等方面的基礎理論，構(gòu)建“能源—機械—電力”為系統(tǒng)的知識體系。傳統(tǒng)課程設置包括公共教育課程、學科基礎課程、專業(yè)必修和選修課程，近幾年新增的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，配合實踐性教學環(huán)節(jié)和第二課堂的學習，強化培養(yǎng)本專業(yè)學生順應時展的創(chuàng)新實踐能力。目前，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程涵蓋了專業(yè)創(chuàng)新基礎、專業(yè)創(chuàng)新思維訓練、專業(yè)創(chuàng)新精神與實踐等課程。課題組結(jié)合教學實例，研究能源與動力工程專業(yè)創(chuàng)新實踐課程的教學現(xiàn)狀，探討了以下內(nèi)容。（一）教學方法。不同于傳統(tǒng)的教師授課、學生記錄的課堂教學模式，創(chuàng)新實踐課程教學中貫穿了師生互動環(huán)節(jié)，通過相對頻繁的課堂提問調(diào)動學生的積極性，增強學生對課堂的參與度，但在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，提問效果因?qū)W生個體差異而不同，對于部分相對被動的學生，課堂提問對其激勵作用并不顯著。于是，教學中采用探究式教學模式[3]，通過分小組的形式，布置課后學習任務，設立課堂匯報環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生自主學習、深入探究、合作交流的能力。學生通過查閱課外資料、拓展專業(yè)知識視野、掌握搜集和整理信息的方法、在講臺進行授課體驗等方式鍛煉語言組織和表達能力，匯報內(nèi)容也為教師教學補充了素材，經(jīng)過師生和學生間的相互學習，營造集體學習、共同進步的良好氛圍。我們在探索創(chuàng)新實踐課程教學方法的過程中發(fā)現(xiàn)，強化學生的參與意識，全面實現(xiàn)全員參與、全程參與和有效參與勢在必行。（二）教學內(nèi)容。專業(yè)創(chuàng)新課程以專業(yè)知識為背景，以創(chuàng)新公共基礎課程為依托，內(nèi)容包括創(chuàng)新思維的基本概念、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新實例，教學內(nèi)容覆蓋社會生產(chǎn)和國民生活的多方面，引導學生從科學常識學習專業(yè)知識，避免課程與專業(yè)脫節(jié)的常見問題[4]。在此列舉一個教學實例：在眾多創(chuàng)新方法中，仿生創(chuàng)新是一種向大自然的生物學習從而發(fā)明創(chuàng)造并為人類服務的過程，以仿狼群學習為例，一方面，讓學生了解企業(yè)管理領域是如何學習狼群的團隊合作精神和危機處理能力，從而優(yōu)化管理模式的，另一方面，為本專業(yè)學生介紹一種基于狼群群體智能的優(yōu)化算法——狼群算法[5]，該算法在水電站優(yōu)化調(diào)度和泵站經(jīng)濟運行方面發(fā)揮著重要作用。在創(chuàng)新實踐課堂中，介紹本專業(yè)常用的商業(yè)軟件MATLAB，引導學生利用已掌握的計算機語言進行算法演練，深入理解優(yōu)化算法在節(jié)能降耗方面的工程意義，強化訓練能源與動力工程學生的專業(yè)素養(yǎng)。通過諸如此類的教學實例，構(gòu)建專業(yè)創(chuàng)新課程與創(chuàng)新公共基礎課程的聯(lián)系，引導學生掌握本專業(yè)數(shù)學軟件、設計軟件、仿真軟件等計算機應用技術(shù)，豐富教學內(nèi)容。（三）教學成果。考核創(chuàng)新實踐課程的學習效果，不同于傳統(tǒng)理論教學借助課程考試來評定，而是需要通過創(chuàng)新與實踐成果來展現(xiàn)。參照各類大學生科技創(chuàng)新競賽項目可見，實踐成果不應止步于抽象的思路或概念，而應拓展至具體的物件或?qū)嵱玫姆椒??？紤]到能源與動力工程專業(yè)的教學特點，大量與流體動力相關(guān)的科學問題依賴于實驗測試與現(xiàn)象分析，但是實驗設備少、測試周期長等因素往往制約了學生開展實驗探索的親身體驗，相比實驗研究，計算機輔助設計和仿真技術(shù)成為更可行的研究工具[6]。能源與動力工程專業(yè)需要運用多款計算機軟件，其中制圖、造型、仿真等軟件的應用是能源動力類學生需要掌握的基本技能。軟件學習通常不被列入課堂教學內(nèi)容，學生自學又抓不到重點，需要較長的周期，實際掌握效果并不理想。借助創(chuàng)新實踐課堂，教師可引導學生以專業(yè)軟件為工具，進行專業(yè)創(chuàng)新探索，通過一系列的訓練與實踐，為從事能源與動力工程相關(guān)工作儲備技術(shù)力量。

二、應用三維造型軟件的專業(yè)創(chuàng)新實踐教學

能源與動力工程專業(yè)涉及多種流體機械的研究，各類流體機械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理等信息，往往需要通過圖形、圖像直觀展現(xiàn)，學生通過學習制圖技術(shù)，積累能夠應用于能源動力工程設計、制造、安裝等環(huán)節(jié)的能力。畫法幾何、機械制圖、機械設計課程為本專業(yè)學生奠定了手工制圖的技術(shù)基礎，計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，簡稱CAD）提高了制圖的效率，靈活運用CAD技術(shù)也成為眾多工科專業(yè)學生需要掌握的技能[7]。AutoCAD軟件是由Autodesk公司開發(fā)且成為國際上廣為流行的制圖工具，應用該軟件熟悉繪制、編輯圖形的技術(shù)，已成為能源與動力工程專業(yè)的本科教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生掌握二維制圖和基本的三維設計方法。三維建模是在二維制圖基礎上，將繪圖目標立體化和形象化，有助于直觀認識各類流體機械。三維造型技術(shù)已從最初的三維CAD發(fā)展到目前專用的基于特征造型的三維軟件，常用軟件有UG/NX、Solid⁃Works、CATIA、Pro/E等。在本科生的畢業(yè)設計階段，圍繞流體機械的結(jié)構(gòu)設計、流動仿真等工作都離不開三維造型軟件的使用，學生零基礎自學三維造型軟件常面臨周期長、抓不到重點的問題，嚴重時影響畢業(yè)設計的進度和任務主次關(guān)系。因此，應利用本科新生的專業(yè)創(chuàng)新實踐課程，將三維造型軟件的應用列入教學計劃，引導學生盡早掌握能源與動力工程的專業(yè)技能。教學改革的具體環(huán)節(jié)如下。（一）課程指導。各類三維造型軟件因內(nèi)置模塊和標準件庫的差異，在不同領域的適用性略有不同，但基本操作和制圖原理是相通的，本次教學實踐選擇UG（UnigraphicsNX）軟件作為教學工具。首先，介紹UG軟件中的草圖界面，在草圖單一平面上繪制圖線、編輯圖形、約束尺寸，相關(guān)操作與學生已掌握的AutoCAD二維制圖類似，引導學生熟悉UG軟件的操作方法。其次，介紹在草圖中創(chuàng)建不同平面的方法，建立空間圖形的區(qū)域輪廓，為三維造型奠定基礎。最后，圍繞三維造型的常用操作，演示調(diào)用圖庫元素和根據(jù)草圖構(gòu)建曲面或?qū)嶓w的制圖方法。課程指導以教師的演示為主，學生在課堂同步操作，同時錄制了相應的教學視頻，供學生課后進行針對性學習，并加強課后練習，夯實對軟件基本操作的認識。（二）造型訓練。離心泵是能源與動力工程專業(yè)水動力方向的研究對象，在泵站工程中廣泛使用，并與國民生活息息相關(guān)。離心泵的葉輪是一種典型的旋轉(zhuǎn)部件，其葉片建模涉及空間曲面的造型，泵體外殼的非對稱性增加了三維造型的復雜程度，以離心泵流道的三維造型作為訓練題目，有助于掌握流體機械三維造型的相關(guān)基本操作。圖1展示了學生對離心泵三維造型的完成情況。從繪制二維木模圖到生成三維流道及葉片，學生掌握了利用UG軟件進行草圖繪制和實體構(gòu)建的技能。通過了解離心泵的設計和制造流程，學生認識了離心泵的旋轉(zhuǎn)葉輪結(jié)構(gòu)，為后續(xù)專業(yè)課程的課程設計1離心泵造型展示（三）創(chuàng)新實踐。創(chuàng)新類課程鼓勵學生創(chuàng)造、更新，引導學生把自己的想法融入課程學習過程中。于是，在學生掌握了離心泵的三維造型技能之后，提供姓名設計和動漫造型兩個素材，以期提升學生的學習興趣和創(chuàng)新動力，推動學生進一步熟悉UG軟件的造型功能。教學實踐表明，姓名設計環(huán)節(jié)突破了學生對軟件自身添加文字功能的認識，強化了學生對草圖繪制方法的應用。圖2是部分學生的姓名設計作品，悉心融入了個人的創(chuàng)造特色。（a）學生作品一（b）學生作品二圖2利用UG軟件的姓名符號造型（a）學生作品一（b）學生作品二圖3利用UG軟件的動漫造型動漫造型的想法源于網(wǎng)絡熱議的“小豬佩奇”形象，在“佩奇”成為各行業(yè)創(chuàng)新優(yōu)選素材的同時，有能源與動力工程專業(yè)的學生利用UG進行了“佩奇”的三維造型。這個看似玩鬧的行為卻體現(xiàn)了對專業(yè)軟件的靈活應用，同時為本課程的創(chuàng)新訓練提供了思路。圖3是學生自選動漫形象的造型作品，自學探索的過程中體現(xiàn)了學生對零件拼接、結(jié)構(gòu)布局、顏色渲染等造型技能的掌握。（四）經(jīng)驗交流。實踐環(huán)節(jié)中充滿了探索與嘗試，其中不乏成功與挫敗的經(jīng)歷，創(chuàng)新實踐課堂為學生提供了經(jīng)驗交流的平臺。通過展示個性創(chuàng)造成果，分享自主學習的樂趣，學生的邏輯思維能力和語言表達能力得到了提升。匯報過程中，學生自主設計演示文稿，融入個人特色和創(chuàng)新元素，進一步促進了創(chuàng)新思維的發(fā)展。通過總結(jié)經(jīng)驗教訓，提出學習中遇到的疑惑和困難，學生勤于思考的習慣得到培養(yǎng)。經(jīng)驗交流環(huán)節(jié)促進了師生間的共同討論與相互幫助，教師為學生答疑解惑、引導思路，學生作品也為教師提供了豐富的教學素材，同時明確了教學內(nèi)容中的難點和要點。師生之間的相互探討，活躍了教學氛圍，增強了學生的課堂參與度。實踐表明：針對能源與動力工程專業(yè)，應用三維造型軟件進行創(chuàng)新實踐教學，有利于學生熟悉并掌握本專業(yè)的學習工具，加強了對本專業(yè)“能源—機械—電力”知識系統(tǒng)中的科學問題的認知，拓展了學生的專業(yè)領域視野，為本專業(yè)其他課程的教學與實踐奠定了基礎。

三、結(jié)語

以揚州大學能源與動力工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程為研究對象，總結(jié)專業(yè)創(chuàng)新實踐課的教學現(xiàn)狀，對比分析了傳統(tǒng)與探究式的教學方法，利用專業(yè)軟件和專業(yè)知識豐富了教學內(nèi)容，強化了成果創(chuàng)造和展示的考核機制?；谌S造型軟件在能源與動力工程專業(yè)中的重要應用，將軟件教學列入專業(yè)創(chuàng)新實踐課程內(nèi)容，通過課程指導、造型訓練、創(chuàng)新實踐和經(jīng)驗交流等教學環(huán)節(jié)，引導學生學習三維造型軟件，經(jīng)歷從陌生到了解、從能用到會用的積累過程，將創(chuàng)新思維培養(yǎng)和創(chuàng)造力訓練貫穿教學始終，最終，學生的作品詮釋了對共性和個性的理解，也體現(xiàn)了對專業(yè)軟件的熟練應用。創(chuàng)新是不斷發(fā)展和創(chuàng)造更新的過程，以上教學改革方案也會隨教學實踐的過程進一步更新和完善。

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作者:黃先北 郭 嬙 李小川 仇寶云 單位:揚州大學電氣與能源動力工程學院