新能源科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究

饒政華+廖勝明+周繼承

[摘 要]可以根據(jù)高等工程教育要求和新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，研究建立與理論教學(xué)體系相輔相成的實(shí)踐教學(xué)體系，分析新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)體系、內(nèi)容體系、管理體系及其所構(gòu)成的有機(jī)聯(lián)系，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、基本實(shí)踐技能、工程綜合能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]新能源科學(xué)與工程；實(shí)踐教學(xué)；工程教育

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）09-0042-03

新能源的轉(zhuǎn)換、分散式生產(chǎn)、通過(guò)能源“互聯(lián)網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)分配和規(guī)?；瘧?yīng)用，將構(gòu)成新的能源經(jīng)濟(jì)模式，其關(guān)鍵在于培養(yǎng)高素質(zhì)的新能源專業(yè)科技人才。新能源科學(xué)與工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“新能源專業(yè)”）是2011年教育部批準(zhǔn)設(shè)置的本科專業(yè)，涉及能源動(dòng)力、材料、機(jī)械、電氣、化學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，旨在培養(yǎng)適應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)需求的工程設(shè)計(jì)運(yùn)行、產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)和科學(xué)研究的高級(jí)專門人才。[1]在當(dāng)前快節(jié)奏、強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)的工業(yè)型社會(huì)背景下，企業(yè)往往要求大學(xué)畢業(yè)生盡量縮短從理論到實(shí)際操作的過(guò)渡時(shí)間。這就要求畢業(yè)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，還要具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力以及解決問(wèn)題、交流溝通、理解行業(yè)規(guī)則的能力。[2]因此，傳統(tǒng)的以理論知識(shí)為主的教育模式已不能完全適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，高等工程教育的重要性日益凸顯，其中實(shí)踐教學(xué)體系是主要載體。[3][4]然而，如何根據(jù)新能源產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)和社會(huì)用人需求，科學(xué)建立與課程體系相適應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)體系[5]，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，是新能源專業(yè)人才培養(yǎng)中面臨的重大挑戰(zhàn)。

一、新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)體系

確定實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)體系，即明確工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的方向，應(yīng)結(jié)合新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形勢(shì)及社會(huì)需求，涵蓋工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案、現(xiàn)代工具應(yīng)用、項(xiàng)目管理、道德操守等素質(zhì)培養(yǎng)方面，促進(jìn)學(xué)生掌握從事本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H工作的基本技能和素養(yǎng)。新能源的資源種類多，能夠采取不同的技術(shù)方式和途徑實(shí)現(xiàn)多樣化的能源產(chǎn)品供應(yīng)，其中相當(dāng)一部分新能源技術(shù)仍需依靠傳統(tǒng)能源利用技術(shù)的學(xué)科基礎(chǔ)。另外，不同技術(shù)的商業(yè)化水平差異也較大，開(kāi)發(fā)條件受到各種因素的制約。[6]因此，新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)，應(yīng)兼顧新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的差別性要求，既能滿足現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)需要，又能代表未來(lái)技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)方向。通過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生可以理解能質(zhì)傳遞、能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)運(yùn)、能源系統(tǒng)集成與控制的基本概念與規(guī)律，掌握新能源應(yīng)用系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法與運(yùn)行調(diào)控技術(shù)措施，從而具備研發(fā)和制造新能源設(shè)備的工程能力。這既能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新能源專業(yè)知識(shí)的理解，又能強(qiáng)化以創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、職業(yè)道德、現(xiàn)代企業(yè)制度認(rèn)知等為特征的工程教育。

二、新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容體系

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系是合理配置實(shí)踐教學(xué)各環(huán)節(jié)（包括實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文、社會(huì)實(shí)踐等）而呈現(xiàn)的具體教學(xué)內(nèi)容。由于新能源專業(yè)涵蓋面廣（包括太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光熱、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿龋?，專業(yè)實(shí)踐內(nèi)容體系應(yīng)以主干課程為重點(diǎn)，突出體現(xiàn)層次性、獨(dú)立性及系統(tǒng)性。在目標(biāo)體系的引導(dǎo)下，可以按教學(xué)進(jìn)度安排將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系劃分為不同的學(xué)習(xí)階段，包括基礎(chǔ)技能實(shí)踐、專業(yè)技能實(shí)踐和研究創(chuàng)新實(shí)踐（如圖1所示）。整合優(yōu)化各階段的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，在滿足課堂教學(xué)需要的同時(shí)，為學(xué)生提供充分的動(dòng)手機(jī)會(huì)，探索課堂理論知識(shí)—實(shí)驗(yàn)室研究—工廠生產(chǎn)的理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。

（一）基礎(chǔ)技能實(shí)踐學(xué)習(xí)階段

結(jié)合通識(shí)教育課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程，設(shè)置與新能源專業(yè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電工、電子和與專業(yè)技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)技能實(shí)踐內(nèi)容。其中，專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐包括傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、測(cè)控技術(shù)、固體電子、能源化學(xué)等與知識(shí)要素相關(guān)的實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）項(xiàng)目。這樣做的目的是使學(xué)生掌握常用儀器儀表的合理選擇及正確使用方法，明確所測(cè)參量的物理意義和數(shù)據(jù)處理方法，具備基本的實(shí)踐技能，掌握自然科學(xué)、工程學(xué)、新能源領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)。

（二）專業(yè)技能實(shí)踐學(xué)習(xí)階段

根據(jù)專業(yè)理論課程的教學(xué)目標(biāo)要求及進(jìn)度安排，該階段分為單項(xiàng)專業(yè)技能實(shí)踐和綜合技能提高實(shí)踐。

單項(xiàng)專業(yè)技能實(shí)踐以專業(yè)課程為依托，建立專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課知識(shí)之間的聯(lián)系。設(shè)置課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等教學(xué)模塊，學(xué)生以個(gè)體為單位獨(dú)立進(jìn)行，這旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作能力及解決問(wèn)題的能力。學(xué)生通過(guò)專業(yè)課程設(shè)計(jì)，可以掌握太陽(yáng)能光伏、光熱、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源系統(tǒng)典型部件的設(shè)計(jì)方法；通過(guò)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)，可以學(xué)習(xí)新能源應(yīng)用產(chǎn)品和設(shè)備的工程測(cè)試方法，了解典型部件的工作特性；通過(guò)企業(yè)崗位認(rèn)知實(shí)習(xí)，可以了解新能源企業(yè)生產(chǎn)組織與管理的初步知識(shí)，獲得新能源產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝流程、工程運(yùn)行的感性認(rèn)識(shí)，這些可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和調(diào)查研究的能力。

綜合技能提高實(shí)踐通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等利用系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握典型新能源系統(tǒng)的集成與工況調(diào)節(jié)方法，加強(qiáng)對(duì)專業(yè)理論課程中相關(guān)的技術(shù)原理、工程分析方法的理解。根據(jù)教師開(kāi)展的工程實(shí)踐、社會(huì)合作、科研項(xiàng)目等設(shè)置相關(guān)題目，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位合作完成。這種方式能強(qiáng)化學(xué)生實(shí)際操作技能，培養(yǎng)學(xué)生良好的組織和管理能力、合作精神、團(tuán)隊(duì)意識(shí)。通過(guò)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)與實(shí)施測(cè)試方案，可以對(duì)工程系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)分析和效果評(píng)價(jià)。通過(guò)企業(yè)頂崗生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在太陽(yáng)能電池與組件及設(shè)備制造、生物質(zhì)發(fā)電、太陽(yáng)能熱發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等企業(yè)開(kāi)展輪崗跟班學(xué)習(xí)，可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)新能源產(chǎn)品生產(chǎn)與制造技術(shù)、系統(tǒng)運(yùn)維狀況等生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程的了解，增進(jìn)其對(duì)現(xiàn)代企業(yè)制度的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和社會(huì)責(zé)任感。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成一個(gè)完整的新能源系統(tǒng)工藝及產(chǎn)品設(shè)計(jì)，進(jìn)行理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選型與匹配，計(jì)算工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可以讓學(xué)生建立從局部設(shè)備到整體工程系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí)。

（三）研究創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)習(xí)階段

在課外研學(xué)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生合作開(kāi)展的科技活動(dòng)，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。在教師的指導(dǎo)下，針對(duì)新能源工程實(shí)踐中的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題，學(xué)生自由選題，開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目研究，立足于自主實(shí)踐解決實(shí)際問(wèn)題及驗(yàn)證新的想法，并參加新能源領(lǐng)域相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽等。根據(jù)新能源專業(yè)的工程和科研雙重需求，推行“雙結(jié)業(yè)”（畢業(yè)設(shè)計(jì)+畢業(yè)論文）。根據(jù)教師科研擬定畢業(yè)論文題目，學(xué)生將所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐技能融會(huì)貫通，完成一個(gè)完整的工藝、產(chǎn)品研發(fā)或基礎(chǔ)研究工作，這能培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的基本素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)。可以鼓勵(lì)學(xué)生參與相關(guān)職業(yè)資格認(rèn)證，促進(jìn)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，獲得工程師所需的知識(shí)素質(zhì)與能力素質(zhì)。endprint

（四）實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵是由淺到深、循序漸進(jìn)地設(shè)置實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)選取專業(yè)覆蓋面廣、科研承載力強(qiáng)、專業(yè)特色明顯的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)項(xiàng)目。表1為新能源科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)典型內(nèi)容，表2為實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生培養(yǎng)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣。

三、新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的管理體系

實(shí)踐教學(xué)管理體系在教學(xué)過(guò)程中起到信息反饋和調(diào)控的作用，包括制度管理、組織管理、運(yùn)行管理等?？梢越Y(jié)合新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系，建立院、系、教師三級(jí)監(jiān)督管理制度，完善管理措施。

（一）制度管理

根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)體系與內(nèi)容體系，制定出一系列符合專業(yè)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)等教學(xué)管理文件。對(duì)學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等自主性、創(chuàng)新性、綜合性強(qiáng)的環(huán)節(jié)，制定具有針對(duì)性與實(shí)用性的鼓勵(lì)獎(jiǎng)勵(lì)措施。

（二）組織管理

二級(jí)學(xué)院組織對(duì)新能源系實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行宏觀管理，系所教師分工合作，教師與學(xué)生采用“一對(duì)多”的管理模式，縱向監(jiān)督管理，橫向相互配合。針對(duì)新能源專業(yè)特點(diǎn)及工程教育的要求，制定針對(duì)性、實(shí)用性措施，確保實(shí)踐教學(xué)組織一體化，保障新能源專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的有序?qū)嵤?/p>

（三）運(yùn)行管理

根據(jù)新能源行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及社會(huì)實(shí)際需求情況，制定新能源專業(yè)獨(dú)立的、完整的教學(xué)計(jì)劃，編制教學(xué)大綱，撰寫詳略得當(dāng)?shù)膶?shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書，安排實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，確立考評(píng)機(jī)制。成績(jī)?cè)u(píng)定機(jī)制應(yīng)與培養(yǎng)目標(biāo)相一致，加大平時(shí)監(jiān)管考核力度及成績(jī)比例，考評(píng)采用平時(shí)表現(xiàn)、科研能力、答辯能力等多維機(jī)制。

四、結(jié)語(yǔ)

新能源科學(xué)與工程專業(yè)是教育部批準(zhǔn)設(shè)立的新專業(yè)，在專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)施方面缺乏現(xiàn)成的模板和成功經(jīng)驗(yàn)。筆者通過(guò)理論和教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，研究了新能源專業(yè)課程設(shè)置、理論基礎(chǔ)和實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)在關(guān)系，按照高等工程教育的具體要求構(gòu)建了新能源科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)體系、內(nèi)容體系、管理體系及其所構(gòu)成的有機(jī)聯(lián)系整體。

在此基礎(chǔ)上提出通過(guò)實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)（實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、社會(huì)實(shí)踐等）的合理配置，在目標(biāo)體系引導(dǎo)下加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和掌握，強(qiáng)化以創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、職業(yè)道德、現(xiàn)代企業(yè)制度認(rèn)知等為特征的工程教育。根據(jù)新能源專業(yè)涵蓋面廣、學(xué)科交叉明顯的特點(diǎn)，筆者提出以太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光熱、生物質(zhì)能、風(fēng)能等主干課程為重點(diǎn)，確定各門課程對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，整合實(shí)踐教學(xué)資源，確定實(shí)踐教學(xué)各環(huán)節(jié)的具體安排。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[3] 葉志攀，金佩華.中國(guó)工程教育實(shí)踐教學(xué)研究綜述[J].高等工程教育研究，2007（4）：74-77.

[4] 張智鈞.工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的問(wèn)題分析與改革探討[J]. 中國(guó)高教研究，2005（6）：81-82.

[5] 蔣華林，朱曉華.面向新工業(yè)革命的新能源領(lǐng)域本科課程體系建設(shè)[J].高等工程教育研究，2015（4）：183-188.

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[責(zé)任編輯：陳 明]endprint