“卓越計(jì)劃”專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室功能定位及實(shí)現(xiàn)

周 律，周克寧

（浙江科技學(xué)院 電氣學(xué)院 工程實(shí)踐中心，浙江 杭州 310023）

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡稱卓越計(jì)劃）是教育部于2010年聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)會(huì)共同在有關(guān)高校中組織實(shí)施的計(jì)劃。推行此計(jì)劃的目的在于培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。我?！半姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化”專業(yè)為教育部批準(zhǔn)的首批試點(diǎn)專業(yè)，并依據(jù)CDIO理念制定并實(shí)施了特別的教育培養(yǎng)計(jì)劃。計(jì)劃突出了課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和企業(yè)實(shí)踐，學(xué)生總體上要經(jīng)過校內(nèi)理論課學(xué)習(xí)、課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及1年企業(yè)實(shí)踐才能完成學(xué)業(yè)。為了發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力方面的作用，眾多高校在這方面進(jìn)行了探索［1-3］。為提高實(shí)驗(yàn)室利用率，給學(xué)生創(chuàng)造自由進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的條件，開放性實(shí)驗(yàn)室模式得到重視［4］。2010年“卓越計(jì)劃”的推出帶動(dòng)了試點(diǎn)高校教育或教學(xué)模式的改革，其中實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也是研究的重點(diǎn)［5-6］。但是，無論實(shí)驗(yàn)室在運(yùn)行階段采用何種模式進(jìn)行教學(xué)，在新建實(shí)驗(yàn)室前，如何定位實(shí)驗(yàn)室的功能是至關(guān)重要的一步［7］。本專業(yè)在2012年籌建新的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，根據(jù)電氣專業(yè)的教學(xué)要求，確定了以增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域工作能力為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)室功能定位思路，并在建設(shè)“新能源及應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”中付諸于實(shí)現(xiàn)。

1 實(shí)驗(yàn)室的功能定位

我校并非是原有的部屬院校，電氣專業(yè)辦學(xué)也沒有很強(qiáng)的行業(yè)背景，因此專業(yè)辦學(xué)是根據(jù)本地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及人才需求情況來確定。本地區(qū)的特點(diǎn)是中小企業(yè)、私營及民營企業(yè)多，而且涉及電氣技術(shù)的企業(yè)也幾乎包含電氣工程學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域。鑒于此，我校電氣專業(yè)設(shè)定3個(gè)專業(yè)方向：電機(jī)與控制技術(shù)、供配電技術(shù)及電能變換技術(shù)。其目的是使學(xué)生能比較全面地掌握電氣工程學(xué)科中某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)知識，以盡快適應(yīng)企業(yè)對人才的要求。

本文所涉及“新能源及應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”是“電能變換技術(shù)”方向的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在籌建該實(shí)驗(yàn)室的方案時(shí)如何定位實(shí)驗(yàn)室的功能至關(guān)重要。定位不妥，建成后的實(shí)驗(yàn)室就發(fā)揮不了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)“卓越”人才的作用。卓越計(jì)劃實(shí)施的目的之一是希望培養(yǎng)出具有較強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力的卓越現(xiàn)場工程師。要做到這點(diǎn)，需要在拓寬學(xué)生專業(yè)知識面的同時(shí)，加強(qiáng)在某類電氣技術(shù)領(lǐng)域的知識學(xué)習(xí)，以提高學(xué)生的某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的知識水平和實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生的行業(yè)競爭力。

1.1 多門課程知識的綜合功能

在高校，不少實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)思路仍然是局限于為某一課程服務(wù)，因而實(shí)驗(yàn)室建成后只能對一門課程服務(wù)。這不僅使得實(shí)驗(yàn)室利用率十分低下，同時(shí)還易造成學(xué)生知識隔裂、缺乏將相關(guān)知識有機(jī)結(jié)合起來理解或運(yùn)用的能力?！靶履茉醇皯?yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”作為新建的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，在方案制定時(shí)就充分意識到這一問題。新能源及應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)知識包含有新能源（根據(jù)現(xiàn)有條件和應(yīng)用廣度，考慮風(fēng)能和太陽能）的特性、能量的存儲(chǔ)、電能的轉(zhuǎn)換技術(shù)等，并牽涉電氣電子產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)、EMC及安全性能檢測技術(shù)、儲(chǔ)能及發(fā)電的系統(tǒng)集成技術(shù)等概念。從課程上講，新能源及應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)知識涉及有太陽能光伏、風(fēng)能發(fā)電機(jī)、現(xiàn)代電力電子、電磁兼容技術(shù)、電氣測量技術(shù)等課程知識?；谶@一考慮，新建實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和儀器應(yīng)能夠開設(shè)出為這些課程服務(wù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2 產(chǎn)業(yè)技術(shù)的結(jié)合功能

電能變換技術(shù)實(shí)際上在行業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在電力電子產(chǎn)品層面、產(chǎn)品測試技術(shù)層面、新能源應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架層面等3個(gè)層次。在本地區(qū)眾多相關(guān)企業(yè)中，有的專業(yè)開發(fā)生產(chǎn)電力電子產(chǎn)品或裝置，有的生產(chǎn)光伏電池和風(fēng)能發(fā)電機(jī)，而有的企業(yè)專門研發(fā)新能源發(fā)電系統(tǒng)集成。這就要求實(shí)驗(yàn)室設(shè)有針對3個(gè)層次不同需求的實(shí)驗(yàn)功能，也就是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生既可進(jìn)行產(chǎn)品級的電路實(shí)驗(yàn)，也可進(jìn)行產(chǎn)品測試和新能源儲(chǔ)能及發(fā)電的系統(tǒng)組成實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過這部分的實(shí)驗(yàn)及訓(xùn)練，學(xué)生就能比較好地應(yīng)對不同的企業(yè)需求。

1.3 實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的多樣性功能

有許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只能開設(shè)出驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法進(jìn)行設(shè)計(jì)性、探究性實(shí)驗(yàn)，制約了學(xué)生學(xué)習(xí)探索的能動(dòng)性，極大削弱了實(shí)驗(yàn)室的綜合功能［8］。例如本校的電力電子實(shí)驗(yàn)室、電機(jī)與控制實(shí)驗(yàn)室，都只能進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備是外購成套設(shè)備，結(jié)構(gòu)和功能都已固化，要改造十分困難。根據(jù)教學(xué)改革趨勢和卓越人才培養(yǎng)的方式，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)應(yīng)盡量能開設(shè)出具有多種性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)［9］。實(shí)驗(yàn)性質(zhì)多樣性體現(xiàn)在驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、探究性和操作性實(shí)驗(yàn)都能在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。依此而建的實(shí)驗(yàn)室能大大提高實(shí)驗(yàn)綜合的功能，同時(shí)為發(fā)揮學(xué)生的潛能提供很好的平臺。

1.4 教學(xué)和科研的雙重功能

普通本科院校同樣承擔(dān)科學(xué)研究、服務(wù)社會(huì)的責(zé)任，實(shí)驗(yàn)室的功能定位應(yīng)考慮這些需求，尤其是當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。事實(shí)上，確實(shí)有一些實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)沒有這樣做，導(dǎo)致的結(jié)果往往是實(shí)驗(yàn)室占據(jù)較大空間，但實(shí)驗(yàn)裝置和儀器無法為科研服務(wù)。而且由于單純?yōu)榻虒W(xué)服務(wù)，因此開放時(shí)間較短。這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的空間和時(shí)間的利用率都比較低，而無法發(fā)揮為社會(huì)服務(wù)的功效。

為了能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，要使購置或開發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置不僅具有教學(xué)功能，同時(shí)還具有進(jìn)行科研的功能，以支撐科研及為社會(huì)服務(wù)。不僅如此，實(shí)驗(yàn)室還可吸收教師與優(yōu)秀學(xué)生共同開展科研活動(dòng)，為培養(yǎng)優(yōu)秀創(chuàng)新人才起到奠基作用［10-11］。

2 實(shí)驗(yàn)室功能的實(shí)現(xiàn)

基于上述實(shí)驗(yàn)室功能定位的思考，我們在制定新能源及應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方案時(shí)貫徹了強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室功能的思想，制定了對應(yīng)的實(shí)施計(jì)劃。在方案實(shí)施過程中與實(shí)驗(yàn)裝置供貨方共同商定裝置的技術(shù)和功能要求。

2.1 融合電能變換相關(guān)技術(shù)知識構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置

在建設(shè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置輻射面寬的實(shí)驗(yàn)室，打破實(shí)驗(yàn)室僅能服務(wù)一門課程的常規(guī)做法，結(jié)合新能源的電能變換裝置技術(shù)領(lǐng)域，將現(xiàn)代電力技術(shù)、電磁兼容技術(shù)及電氣測量技術(shù)等課程的內(nèi)容整合在一套實(shí)驗(yàn)裝置之中。具體做法是開發(fā)一套綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包含有光伏充電模塊、高頻變壓器隔離式DC-DC變換模塊及逆變模塊等，同時(shí)在這些模塊中結(jié)合了輻射檢測、傳導(dǎo)干擾檢測以及電壓電流測量電路模塊。這樣做的突出優(yōu)點(diǎn)就在于學(xué)生僅通過一套裝置的實(shí)驗(yàn)操作，就能清楚地了解到電能變換裝置在開發(fā)及應(yīng)用過程中所要觸及的大部分知識，并將相關(guān)課程知識有機(jī)地串接起來。

2.2 實(shí)驗(yàn)室裝置與產(chǎn)業(yè)技術(shù)緊密結(jié)合

裝置的結(jié)構(gòu)、布局、功能盡量貼近生產(chǎn)實(shí)際，具體來講，從電能變換裝置的具體電路到裝置構(gòu)成的光伏發(fā)電系統(tǒng)，再到裝置的EMC測試設(shè)備，構(gòu)成了比較完整的應(yīng)用體系，體現(xiàn)了新能源應(yīng)用技術(shù)之間的相互聯(lián)系。在這方面，開發(fā)了電能變換電路模塊綜合裝置，學(xué)生可以直接熟悉電路結(jié)構(gòu)、測試電路參數(shù)、觀察電路工作波形。同時(shí)購置專門定制的光伏風(fēng)能實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)臺掌握充電控制器、逆變器、光伏風(fēng)能互補(bǔ)控制器、監(jiān)控儀表的使用方法和系統(tǒng)連接、調(diào)試方法。通過這些裝置開設(shè)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅知道電能變換技術(shù)的電路知識，也能掌握應(yīng)用系統(tǒng)組成的相關(guān)知識，這對學(xué)生今后在電源產(chǎn)業(yè)、新能源利用及發(fā)電行業(yè)發(fā)揮作用極其有利。

2.3 實(shí)驗(yàn)電路模塊設(shè)計(jì)成組合式、積木式結(jié)構(gòu)形式

首先每個(gè)模塊的功能是獨(dú)立的，由這些模塊構(gòu)成的綜合裝置可以實(shí)現(xiàn)從充電、升壓、逆變及監(jiān)測的完整儲(chǔ)能、發(fā)電體系。裝置具有一套演示模塊，但是這些模塊進(jìn)出端都設(shè)計(jì)成插件式并可由其他模塊替換演示模塊。這意味著學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)功能模塊，只要留出相應(yīng)端口就可取代演示模塊而接入系統(tǒng)。同時(shí)，演示模塊的設(shè)計(jì)也非常靈活，模塊采用真正意義上的嵌入式結(jié)構(gòu)，即微控制器單元也都設(shè)計(jì)成插板形式。而插板上的微處理器芯片可以是DSP、ARM或高性能單片機(jī)。這樣，換上不同的插板，就可熟悉和運(yùn)用不同芯片構(gòu)成的控制器技術(shù)，而不需要改動(dòng)電路硬件。顯然這種模式為學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)提供了良好的條件。

2.4 配置能用于科研項(xiàng)目開發(fā)的設(shè)備和儀器

為了能最大限度發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室裝置和設(shè)備的功效，同時(shí)又能讓學(xué)生熟悉和了解在生產(chǎn)及開發(fā)產(chǎn)品過程中需要什么樣的儀器，在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)費(fèi)中合理地進(jìn)行分配，從中劃出一部分購置可用于科研的設(shè)備儀器。舉例來說，圍繞電能變換裝置的研究開發(fā)，配置了電子負(fù)載、磁性材料特性測試儀、電能質(zhì)量分析儀、穩(wěn)定交流電源等常用設(shè)備和儀器。這些裝備（包括部分EMC測試設(shè)備）為教師開展科研工作和為企業(yè)服務(wù)創(chuàng)造了有利的條件，并使實(shí)驗(yàn)室的時(shí)空利用率大為提高。

3 結(jié)束語

對實(shí)驗(yàn)室的功能定位是實(shí)驗(yàn)室籌建前必須認(rèn)真考慮的工作，這項(xiàng)工作對制定實(shí)驗(yàn)室建設(shè)計(jì)劃具有重要意義。如果功能定位不合適或者太過單一，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目完成后往往會(huì)成為遺憾工程項(xiàng)目。常見的情況是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)容易陷入僅為課程服務(wù)的思維定式，而較少考慮如何和產(chǎn)業(yè)技術(shù)緊密結(jié)合及訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力。雖然有的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)考慮到了科研需求，但缺乏其他功能的考慮。而本實(shí)驗(yàn)室的功能定位是把上述4種功能綜合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中。與之對應(yīng)的是，實(shí)驗(yàn)室裝備平臺分成4個(gè)功能區(qū)塊：光伏實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺、電能變換模塊綜合實(shí)驗(yàn)裝置、電能變換裝置產(chǎn)品研發(fā)設(shè)備平臺及EMC測試設(shè)備平臺。這4個(gè)功能平臺滿足了上述實(shí)驗(yàn)室功能定位的要求，能有效發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室綜合作用，提高實(shí)驗(yàn)室的利用率［12］。2013年10月實(shí)驗(yàn)室投入運(yùn)行后，電氣專業(yè)選擇“電能變換技術(shù)”方向的91名學(xué)生按計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室完成了規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，其中包含1項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和1項(xiàng)探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。此外，有多名學(xué)生課外參與了在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“300VA光伏并網(wǎng)逆變器”等企業(yè)項(xiàng)目。

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