試論新能源科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標與課程體系設(shè)置

摘要：研究探討了新能源科學與工程的專業(yè)方向及課程體系建設(shè)的問題。在分析國內(nèi)新能源電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢的基礎(chǔ)上，比較國內(nèi)部分高校開設(shè)新能源科學與工程專業(yè)的課程設(shè)置情況，結(jié)合學校自身的特色與資源優(yōu)勢，得出結(jié)論：本專業(yè)在強化工程實踐能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，必須以風力發(fā)電、太陽能發(fā)電作為就業(yè)主戰(zhàn)場，以學科為基礎(chǔ)設(shè)置大類專業(yè)，以產(chǎn)業(yè)為支撐開設(shè)專業(yè)方向，分別面向風電機組設(shè)計與制造、風電場工程、太陽能發(fā)電工程三個主要領(lǐng)域，設(shè)置各具特色的專業(yè)方向的課程體系。

關(guān)鍵詞：新能源科學與工程；風力發(fā)電；太陽能發(fā)電；人才需求；課程體系

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0046-02

新能源屬于我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。面對環(huán)境污染與能源危機的雙重壓力，全球都在加快推進新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。規(guī)模化開發(fā)與利用太陽能、風能、生物質(zhì)能、地熱能等為代表的新能源，實現(xiàn)我國傳統(tǒng)化石能源過渡為清潔、可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu)是必然之舉。中國將大力推動新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在加大水電、核電、太陽能和風能設(shè)施建設(shè)的同時，計劃在2020年前使新能源消費比例達到15%。特別是近年來風力發(fā)電和太陽能發(fā)電作為新能源電力的兩支主力軍迅猛發(fā)展，出現(xiàn)并駕齊驅(qū)的局面，新能源電力產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展對新能源專業(yè)人才提出迫切需求。在這種形勢下，怎樣培養(yǎng)適應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)需求的人才，既有巨大的機遇，也有很大的挑戰(zhàn)性。

為適應(yīng)我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的需要，自2006年以來我國相繼有華北電力大學、河海大學、長沙理工大學等多所高等院校開辦風能與動力工程本科專業(yè)；2010年教育部緊急下達《關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報和審批工作的通知》，自2011年開始，我國部分高等院校設(shè)置了新能源科學與工程、新能源材料與器件等新能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)的本科專業(yè)。但怎么樣才能更好地為國家發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)起到人才培養(yǎng)的支撐作用，培養(yǎng)什么樣的新能源產(chǎn)業(yè)人才以及如何培養(yǎng)，怎么樣結(jié)合學校自身的特色與資源優(yōu)勢開設(shè)專業(yè)方向和課程體系，是當前面臨的主要課題。

一、我國新能源電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形勢

自2007年，我國風電裝機容量呈高速增長趨勢。2010年，我國（不包括臺灣地區(qū)）新增風電裝機1893萬千瓦，累計風電裝機容量4473萬KW，超過美國躍居世界第一位。至2012年底，全國新增安裝風電機組7872臺，裝機容量1296萬KW；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量達到7532萬KW；風電并網(wǎng)總量達到6083萬KW，發(fā)電量達到1004億千瓦時，風電已超過核電成為繼煤電和水電之后的第三大主力電源。2013年我國風電又新增風電并網(wǎng)容量1492萬千瓦。2014年我國風電發(fā)展目標為1800萬千瓦。根據(jù)2014年國家能源局印發(fā)“十二五”第四批風電項目計劃顯示，列入“十二五”第四批風電核準計劃的項目總裝機容量為2760萬千瓦（27.6GW）。從2011年開始，我國為把握風電發(fā)展節(jié)奏，促進產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，國家能源局開始制定風電項目核準計劃，前三批風電核準規(guī)模分別為2683萬千瓦、1676萬千瓦（后又增補852萬千瓦）和2797萬千瓦。至此，“十二五”以來擬核準的風電項目規(guī)模累計已超過1億千瓦。

在風電大規(guī)模發(fā)展的同時，自2009年以來我國太陽能光伏發(fā)電也迅速擴張。截至2012年底，我國累計光伏裝機容量達到7.5GWp；截至2013年底，中國光伏發(fā)電新增裝機容量達到10.66GWp，光伏發(fā)電累計裝機容量達到18.16GWp。2013年全球光伏新增裝機39GWp，比2012年增長28%。2013年，就新增光伏裝機而言，中國、日本和美國成為世界上最大的三個市場，而德國則退居第四。中國2014年光伏發(fā)電的發(fā)展目標是全年新增光伏裝機14GWp。根據(jù)《太陽能發(fā)電“十二五”規(guī)劃》，中國光伏發(fā)電裝機容量與發(fā)展目標如表1所示。

在太陽能光伏發(fā)電快速成長的過程中，全球太陽能光熱發(fā)電也正以驚人的速度發(fā)展。截至2013年底為止，美國已有5座大型太陽能光熱發(fā)電站投入運行，規(guī)模都在100MW以上。其中美國NRG能源公司聯(lián)合Google、Brightsource公司投資22億美元在加州莫哈維沙漠建設(shè)的太陽能發(fā)電站于2013年成功發(fā)電，裝機規(guī)模為392MW，這是目前世界上規(guī)模最大的塔式電站。美國能源部SunShot計劃光熱發(fā)電的研發(fā)目標是到2020年實現(xiàn)75%的成本削減，在不依賴政策補貼的前提下將光熱發(fā)電推至每千瓦時6美分甚至更低的水平。歐洲早在2009年12家跨國公司在德國慕尼黑簽署協(xié)議，計劃投資4000億歐元在北非建立太陽能熱發(fā)電廠，10年后開始供電，據(jù)估計到2050年，該項目在北非的發(fā)電廠將滿足歐洲15%的用電需求，這也是目前世界上擬建中太陽能發(fā)電廠同類中最大的太陽能項目。此外，西班牙、南非、印度、智利、摩洛哥、以色列、沙特、阿聯(lián)酋、科威特以及澳大利亞都已經(jīng)開始了大規(guī)模光熱發(fā)電的興建，印度已有50MW規(guī)模的電站并網(wǎng)運行。中國在北京延慶縣八達嶺建設(shè)了首個規(guī)模為1MW的太陽能熱發(fā)電示范電站，于2012年8月成功發(fā)電，但還沒有商業(yè)化規(guī)模電站?？梢灶A(yù)見，隨著國外太陽能光熱發(fā)電公司進入中國和國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的研究進展，中國未來十年將在太陽能光熱發(fā)電方向上大有作為。

二、新能源科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的定位

2012年，教育部將原風能與動力工程和新能源科學與工程合并統(tǒng)一改為新能源科學與工程。相應(yīng)地，風動專業(yè)也將面向更寬廣意義的新能源產(chǎn)業(yè)需求，需要對專業(yè)培養(yǎng)方案進行調(diào)整；特別是更名為新能源科學與工程，就業(yè)的主戰(zhàn)場不能較好地定位，致使專業(yè)課程體系達不到市場的期望值，對該專業(yè)課程體系怎樣設(shè)計仍需繼續(xù)研究探討。從用人單位和學生自身需求上來看，專業(yè)課程設(shè)置和職業(yè)能力培養(yǎng)占有很重要的位置。其主要原因有兩個：一是我國經(jīng)濟水平還欠發(fā)達，從讀大學所付出的成本上來看，大多數(shù)學生期望接受到職業(yè)技能方面的訓練；二是用人單位企盼招收到適合于工程技術(shù)需要的、能夠盡快進入工作角色的應(yīng)用型、技能型、復合型人才。

對于專業(yè)設(shè)置，國內(nèi)其它專業(yè)的普遍做法是根據(jù)就業(yè)渠道下設(shè)專業(yè)方向。專業(yè)必須有支撐產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)才會有生命力。因此，本文提出“以學科為基礎(chǔ)設(shè)置大類專業(yè)，以產(chǎn)業(yè)為支撐開設(shè)專業(yè)方向”的觀點。新能源科學與工程專業(yè)應(yīng)該在強化“工程實踐能力培養(yǎng)”的基礎(chǔ)上，必須以風力發(fā)電、太陽能發(fā)電作為就業(yè)主戰(zhàn)場，分別面向風電機組設(shè)計與制造、風電場工程、太陽能發(fā)電工程三個主要領(lǐng)域，設(shè)置各具特色的專業(yè)方向的課程體系。

三、新能源科學與工程專業(yè)課程體系的優(yōu)化

新能源科學與工程專業(yè)自2010年教育部批準開設(shè)以來，全國已有34所高校開設(shè)此專業(yè)。2013年5月19日，“首屆全國新能源科學與工程專業(yè)建設(shè)研討會”在華北電力大學召開，指出課程體系是否合理、課程內(nèi)容是否先進直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量?，F(xiàn)階段我國系統(tǒng)培養(yǎng)新能源科學與工程專業(yè)本科生、研究生的工作才剛剛起步，對于相應(yīng)課程體系的構(gòu)建正處于探索階段。

根據(jù)國內(nèi)部分高校新能源科學與工程專業(yè)公布的培養(yǎng)方案，其課程體系設(shè)置與專業(yè)定位（如表2所示）?？傮w上來看，各高校的課程體系呈現(xiàn)自由發(fā)展、特色發(fā)展的局面，這有利于各學科交叉融合，促進新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但同時應(yīng)注意一些專業(yè)基礎(chǔ)課程的共性、相通性問題。課程體系可以大致分為兩大類：一類是遵循厚基礎(chǔ)、寬口徑的原則，強調(diào)能源類基礎(chǔ)理論課程教學（A類），但專業(yè)核心課程各高校有所偏重；另一類則是專業(yè)方向針對性較強，更強調(diào)職業(yè)能力培養(yǎng)（B類）。例如風動方向加強了力學、機械、電氣方面的課程模塊，太陽能方向則強調(diào)了半導體物理、材料科學的課程模塊，但缺少光學、熱學、電氣工程方面的教學。

表2 國內(nèi)部分高校新能源科學與工程專業(yè)的課程設(shè)置與專業(yè)定位

學 校專業(yè)課程體系專業(yè)定位

A類：

浙江大學、華中科技大學、西安交通大學、中南大學、重慶大學、上海理工大學等專業(yè)基礎(chǔ)課程：工程熱力學、工程流體力學、傳熱學、應(yīng)用電化學、固體與半導體物理、材料科學基礎(chǔ)、工程制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)、自動控制原理等

專業(yè)核心課程：可再生能源和新能源概論、太陽能電池原理與制造技術(shù)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與應(yīng)用、太陽能熱利用原理與技術(shù)、風力發(fā)電原理、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)、核能發(fā)電概論、氫氣大規(guī)模制取的原理和方法、能源與環(huán)境、燃料電池概論、薄膜材料與器件、半導體材料、新能源材料、熱泵技術(shù)、能源低碳利用技術(shù)、Matlab及其工程應(yīng)用、CFD軟件應(yīng)用等具備熱學、力學、電學、機械、自動控制、能源科學、系統(tǒng)工程等理論基礎(chǔ)，掌握可再生能源與新能源專業(yè)知識

B類1：

華北電力大學、河海大學、長沙理工大學、沈陽工業(yè)大學等專業(yè)基礎(chǔ)課程：理論力學、風力機空氣動力學、材料力學、機械設(shè)計基礎(chǔ)與CAD、、畫法幾何與機械制圖、電機學、電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電機學、電力電子技術(shù)、自動控制原理、微機原理與接口技術(shù)等

專業(yè)核心課程：新能源與可再生能源概論、風力發(fā)電原理、風資源測量與評估、風電機組設(shè)計與制造、液壓與氣壓傳動、風電場電氣工程、風電機組控制與優(yōu)化運行、風力機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、風電機組測試與認證、風電場施工與管理、風電場建模與仿真、風力機設(shè)備材料、新能源材料、近海風力發(fā)電、風能與其它能源互補發(fā)電系統(tǒng)、風電場并網(wǎng)、風力發(fā)電機組計算機輔助設(shè)計、風電場規(guī)劃與設(shè)計等面向風電機組設(shè)計與制造、風電場工程等

B類2：

福建師范大學理論物理基礎(chǔ)、材料科學基礎(chǔ)、固體物理學、材料分析方法與技術(shù)、材料熱力學、單片機技術(shù)、電工電子技術(shù)、工程制圖、磁性材料與器件、光電子材料與技術(shù)、太陽電池物理、光伏工程與技術(shù)、光熱工程與技術(shù)、固體發(fā)光材料、半導體材料、電化學基礎(chǔ)、磁熵變材料與磁制冷技術(shù)、傳感材料及其傳感技術(shù)、X射線分析技術(shù)、儲能材料與技術(shù)、先進功能材料、光電薄膜與器件、鋰離子電池原理與技術(shù)、材料設(shè)計與模擬計算、納米材料與應(yīng)用、新型能源材料與技術(shù)、太陽能光熱轉(zhuǎn)換理論及設(shè)備、太陽能熱利用、薄膜材料與技術(shù)、光源設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)等面向太陽電池及其它新能源材料技術(shù)研發(fā)

應(yīng)當指出，大學的專業(yè)課程體系不可能完全為企業(yè)的需求而量身定做；即使課程體系相同，但由于學校資源的差別和培養(yǎng)方式、途徑及方法的不同，人才培養(yǎng)的類型、質(zhì)量與層次也會存在很大的差別。因此新能源本科專業(yè)教育主要考慮人才質(zhì)量的基礎(chǔ)性、技能型、創(chuàng)新型、復合型與可拓展性。專業(yè)基礎(chǔ)課應(yīng)該以能源科學為基礎(chǔ)，兼顧高校各自的資源優(yōu)勢，設(shè)定各具特色的專業(yè)課程。

以長沙理工大學（以下簡稱“我?！保┬履茉纯茖W與工程專業(yè)為例，應(yīng)針對風機制造、風電場、太陽能發(fā)電站三個就業(yè)領(lǐng)域，結(jié)合學校現(xiàn)有學科與專業(yè)優(yōu)勢，培養(yǎng)目標定位于既具有較寬廣、厚實的專業(yè)基礎(chǔ)，又有專業(yè)方向的特長。為此，針對新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求和我校的學科優(yōu)勢，新能源科學與工程專業(yè)可增設(shè)太陽能發(fā)電工程方向。主要面向太陽能光伏、光熱發(fā)電站及并網(wǎng)工程，同時兼顧太陽能領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，為太陽能光熱發(fā)電儲備人才，開設(shè)材料科學、光學、熱學、電氣工程等模塊的課程，主干學科為材料科學、電氣工程，使學生具有材料科學、光學、熱學理論基礎(chǔ)，具備電氣工程的職業(yè)能力。目前我校已有的材料科學與工程、光電信息科學與工程、熱能與動力工程、電氣工程及自動化專業(yè)為太陽能方向的開設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

當前，我國風電、光伏發(fā)電呈規(guī)模化發(fā)展的趨勢，太陽能光熱發(fā)電也未雨綢繆。為適應(yīng)新能源電力產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的需要，新能源科學與工程專業(yè)應(yīng)該“以學科為基礎(chǔ)設(shè)置大類專業(yè)，以產(chǎn)業(yè)為支撐開設(shè)專業(yè)方向”。在風力發(fā)電、太陽能發(fā)電專業(yè)方向上，遵循厚基礎(chǔ)、寬口徑的原則，在強化“工程實踐能力培養(yǎng)”的基礎(chǔ)上，分別面向風機制造、風電場工程、太陽能發(fā)電工程三個主要領(lǐng)域，專業(yè)基礎(chǔ)課應(yīng)以能源科學為基礎(chǔ)，兼顧高校各自的資源優(yōu)勢，設(shè)定各具特色的專業(yè)課程體系。新能源產(chǎn)業(yè)屬于國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)；面對環(huán)境污染與能源危機的雙重壓力，全球都在加速發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。應(yīng)當抓住這一有利時機，整合各校相關(guān)的資源優(yōu)勢，推動新能源科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展，打造新能源專業(yè)品牌。

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（責任編輯：劉翠枝）