新能源科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心的建設(shè)實踐

潘啟勇, 錢　斌, 李俊峰, 張根華, 冀　宏, 范　瑜,周學(xué)禮, 侯海虹, 馬玉龍

(1. 常熟理工學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院, 江蘇 常熟　215500； 2. 常熟理工學(xué)院 校地合作辦公室,江蘇 常熟　215500； 3. 常熟理工學(xué)院 教務(wù)處, 江蘇 常熟　215500)

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新能源科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心的建設(shè)實踐

潘啟勇1, 錢斌1, 李俊峰2, 張根華3, 冀宏3, 范瑜1,周學(xué)禮1, 侯海虹1, 馬玉龍1

(1. 常熟理工學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院, 江蘇 常熟215500； 2. 常熟理工學(xué)院 校地合作辦公室,江蘇 常熟215500； 3. 常熟理工學(xué)院 教務(wù)處, 江蘇 常熟215500)

通過政校企聯(lián)合,構(gòu)建了常熟理工學(xué)院面向職業(yè)需求的實驗教學(xué)、創(chuàng)新訓(xùn)練、工程實踐和企業(yè)實踐四大平臺教學(xué)資源。實驗教學(xué)中心按照工程化教學(xué)方式方法改革,構(gòu)建了內(nèi)容、設(shè)備、時間、場地全方位開放的運行模式,搭建了新能源全產(chǎn)業(yè)鏈虛擬仿真平臺,為品牌專業(yè)的建設(shè)與教學(xué)改革提供強有力的支撐。

新能源科學(xué)與工程； 實驗教學(xué)改革； 實驗教學(xué)中心建設(shè)

新能源科學(xué)與工程專業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)之一[1-2]。早在2009年,常熟理工學(xué)院就與知名光伏企業(yè)進行了戰(zhàn)略合作,政(江蘇省教育廳和蘇州市人民政府)校企三方合作成立了蘇州市首家光伏科技學(xué)院,設(shè)置了光電信息工程(光伏技術(shù)與產(chǎn)業(yè))專業(yè),為蘇州及周邊地區(qū)培養(yǎng)新能源人才,是江蘇省內(nèi)最早設(shè)置新能源科學(xué)與工程本科教育的高校。2012年,學(xué)校根據(jù)教育部新增設(shè)的普通高等學(xué)校新能源科學(xué)與工程專業(yè)[2],正式招收新能源科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生,并通過政校企聯(lián)合,建成新能源科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中心[3]。新能源科學(xué)與工程專業(yè)于2012年獲得教育部高等學(xué)校專業(yè)綜合改革試點建設(shè)項目；于2015年獲得江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程一期項目(A類)資助。本文介紹常熟理工學(xué)院在品牌專業(yè)視角下建設(shè)新能源科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中心的具體做法和經(jīng)驗。

1　實驗室建設(shè)規(guī)劃

實驗室建設(shè)規(guī)劃在實驗室建設(shè)與管理工作中具有十分重要的地位與作用。常熟理工學(xué)院根據(jù)應(yīng)用型本科高校的辦學(xué)定位、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和蘇州市產(chǎn)業(yè)對人才的需求,確定新能源科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中心建設(shè)的思路是“突出重點,凝練基礎(chǔ),強化實訓(xùn),兼顧科研”。

突出重點,即以光伏技術(shù)為重點；

凝練基礎(chǔ),即整合現(xiàn)有省級基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心；

強化實訓(xùn),即注重建設(shè)校內(nèi)工程實訓(xùn)平臺,培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力；

兼顧科研,即在滿足教學(xué)需要的基礎(chǔ)上,兼顧應(yīng)用型科研實驗平臺和學(xué)生創(chuàng)新制作平臺建設(shè),為學(xué)生進行畢業(yè)設(shè)計、科技創(chuàng)新、教師科研以及相關(guān)學(xué)科建設(shè)服務(wù)[4-5]。

圖1為常熟理工學(xué)院新能源科學(xué)與工程品牌專業(yè)建設(shè)的愿景。該專業(yè)面向社會,根據(jù)智能家庭、智慧城市、低碳生活、生態(tài)城市的建設(shè)需要培養(yǎng)人才,確定本專業(yè)的知識、能力架構(gòu),并以學(xué)校現(xiàn)有的云平臺、三網(wǎng)融合和海洋檢測等學(xué)科或基地為支撐,按照光伏發(fā)電、新型儲能技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電3個方向制訂新能源科學(xué)與工程專業(yè)實驗室的建設(shè)規(guī)劃。

圖1　品牌專業(yè)建設(shè)與實驗室規(guī)劃愿景

2　實驗室建設(shè)內(nèi)容

2009年,國內(nèi)某知名光伏企業(yè)向常熟理工學(xué)院捐贈了250萬元資金共建太陽能電池組件實驗室；同時,學(xué)校獲得中央財政支持地方高校建設(shè)光伏技術(shù)實驗室建設(shè)經(jīng)費600萬元。2011年,在常熟市政府的政策扶持下,政校企三方積極推進光伏示范工程建設(shè),聯(lián)合建設(shè)了一座1.1MW的太陽能屋頂示范發(fā)電站,為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生實踐教學(xué)提供了良好的硬件條件[6-7]。通過面向職業(yè)需求的實踐資源配置,打破了傳統(tǒng)的以學(xué)科配置實驗室和實訓(xùn)室的框架,通過校企共建、冠名競賽、企業(yè)捐贈、合作建立研發(fā)中心等方式,構(gòu)建了校內(nèi)校外實踐環(huán)節(jié)相互貫通、相互推動的新能源科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系、學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練體系和職業(yè)訓(xùn)練體系。與該體系相匹配,進行了如圖2所示的實驗教學(xué)、創(chuàng)新訓(xùn)練、工程實踐和企業(yè)實踐四大平臺資源建設(shè)。這些平臺從設(shè)計到建設(shè)都有企業(yè)的參與,實現(xiàn)了校企共建、資源共享、互利共贏,充分體現(xiàn)校企合作教育的思想[8]。

圖2　四大平臺資源建設(shè)

在實驗中心建設(shè)初期,參考了澳大利亞新南威爾士大學(xué)光伏與可再生能源工程學(xué)院、南昌大學(xué)太陽能光伏學(xué)院和華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院的相關(guān)實驗室,并與中利騰暉光伏科技有限公司等十幾家大中型新能源企業(yè)全面合作,考察相關(guān)設(shè)備的實際應(yīng)用狀況,努力提高實驗室建設(shè)的科學(xué)性和前瞻性,為后續(xù)設(shè)備的購置提供了重要的參考[9-10]。遵循學(xué)校專業(yè)發(fā)展規(guī)劃和突出學(xué)科特色、合理調(diào)整布局、優(yōu)化資源配置、強化科學(xué)管理、提高投資效益的原則,以省級基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)示范中心、省級電工電子實驗教學(xué)示范中心為基礎(chǔ),建設(shè)專業(yè)化、綜合性的新能源科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心,中心架構(gòu)如圖3所示。其中新能源技術(shù)實驗教學(xué)中心幾個主要實驗平臺的用途和對應(yīng)課程見表1。

圖3　新能源科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心架構(gòu)

實驗室名稱主要用途對應(yīng)課程光伏材料制備實驗平臺單晶硅和多晶硅的提煉、硅片切割、研磨、腐蝕、拋光、清洗等生產(chǎn)工藝訓(xùn)練硅材料,電池原理及制造光伏電池測試實驗平臺各種太陽能電池片、組件和成品在模擬實際環(huán)境情況下的性能測試光伏電池可靠性測試及測試標(biāo)準(zhǔn)光伏組件實驗平臺熟悉太陽能組件的生產(chǎn)工藝光伏電池組件的設(shè)計及制造薄膜太陽能電池實驗平臺用化學(xué)氣相沉積等方法制備薄膜太陽能電池的工藝和過程薄膜太陽能電池制備和組裝發(fā)電與控制實驗平臺太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換實驗、環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)換影響實驗、光伏發(fā)電控制器實驗、光伏發(fā)電逆變器實驗、戶用型控制器充放電保護實驗、太陽能系統(tǒng)電器負(fù)載實驗、風(fēng)電互補發(fā)電實驗光伏發(fā)電與控制鋰電池與超級電容實驗平臺、燃料電池實驗平臺鋰電池、超級電容、燃料電池等新型儲能材料制備技術(shù)儲能材料及其制備技術(shù)

3　實驗室運行措施

3.1工程化教學(xué)改革

中心聘請了國內(nèi)新能源領(lǐng)域著名的10位專家擔(dān)任兼職教授。兼職教授承擔(dān)部分專業(yè)課程教學(xué)工作,并擔(dān)任本科生的聯(lián)合導(dǎo)師,參與指導(dǎo)創(chuàng)新訓(xùn)練、工程實踐和畢業(yè)設(shè)計。中心根據(jù)新能源科學(xué)與工程專業(yè)實踐性強的特點以及“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求,以學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新意識與初步科學(xué)研究能力的培養(yǎng)為核心,以工程實踐與科研訓(xùn)練為主線,將專業(yè)知識體系劃分為公共基礎(chǔ)教育、工程基礎(chǔ)教育、工程專業(yè)教育、企業(yè)工程實踐4個層次。培養(yǎng)方案突出新能源材料、發(fā)電與控制系統(tǒng)設(shè)計、儲能技術(shù)、光伏電站運行與管理、能源管理等教學(xué)內(nèi)容,大大增加了實踐環(huán)節(jié)的比重,確保專業(yè)實踐教學(xué)學(xué)分達(dá)到總學(xué)分的40%以上,使學(xué)生有興趣、有研究、有實踐地學(xué)習(xí)專業(yè)領(lǐng)域的知識,逐步、系統(tǒng)地增強工程實踐能力、創(chuàng)新能力與科學(xué)研究能力。用基于項目的研中學(xué)、做中學(xué)的思路改革實踐教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新實踐教學(xué)模式,著力提高學(xué)生的工程素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、強化學(xué)生知識能力體系的行業(yè)印記[11]。

3.2構(gòu)建全方位開放的運行模式

開放的實驗教學(xué)體現(xiàn)了以人為本的教學(xué)新理念,把學(xué)習(xí)主動權(quán)交給學(xué)生,給予學(xué)生更大的自由度。面

對新的教學(xué)理念,實驗中心實行時間、內(nèi)容、設(shè)備、場地全方位開放。學(xué)生可自己安排實驗時間,根據(jù)自身的基礎(chǔ)和所學(xué)專業(yè),自主挑選適合自己知識基礎(chǔ)、特長和興趣的實驗項目和實驗內(nèi)容,并自主設(shè)計實驗方法、選擇所需的實驗儀器和設(shè)備,在不同的實驗室甚至到宿舍、到野外進行實驗。實驗室的全方位開放促使學(xué)生主動、積極地去學(xué)習(xí)和思考,有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力、獨立分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力[12]。近年來,學(xué)生發(fā)表高質(zhì)量論文的數(shù)量不斷增加,學(xué)生在創(chuàng)新訓(xùn)練、科技項目和學(xué)科競賽中也取得了豐碩的成果。

3.3強化基于企業(yè)現(xiàn)場的實踐實訓(xùn)

中心與中利騰暉光伏科技有限公司、江蘇潤達(dá)光伏科技有限公司、江陰海潤太陽能電力公司、蘇州迅通太陽能科技有限公司、蘇州冠碩新能源有限公司、無錫晶石新型能源有限公司、蘇州宇量電池有限公司等13家大中型新能源企業(yè)簽訂全面合作協(xié)議,為新能源科學(xué)與工程專業(yè)提供了堅實的實踐實訓(xùn)基礎(chǔ)。校企雙方采取融合式教學(xué),進行10余周的現(xiàn)場實踐教學(xué),做到企業(yè)工程教育課程群與企業(yè)實踐緊密結(jié)合,明確學(xué)生的實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計必須與企業(yè)生產(chǎn)實際密切相關(guān),學(xué)生要參與工程方案的設(shè)計、開發(fā),有機會提出、審查、選擇為完成工程任務(wù)所需的工藝、步驟和方法,強化學(xué)生工程實踐能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

3.4搭建全產(chǎn)業(yè)鏈虛擬仿真實驗平臺

中心以培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力為出發(fā)點,整合了信息化實驗教學(xué)資源,創(chuàng)造性地建設(shè)了能夠貫通光伏全產(chǎn)業(yè)鏈的虛擬仿真實驗平臺。該仿真平臺實現(xiàn)了從光伏材料的數(shù)值計算、實驗與數(shù)據(jù)分析、光伏器件制造、發(fā)電與控制、并網(wǎng)等全過程的協(xié)同仿真。在該平臺,硬件實驗與軟件仿真無縫對接、遠(yuǎn)程控制與實地操作相互支持,目前已經(jīng)實現(xiàn)了與專業(yè)應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)共享、云端存儲和虛擬實驗的遠(yuǎn)程計算。虛擬仿真實驗平臺的構(gòu)建,推動了信息化條件下自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等實驗教學(xué)方法的綜合改革。通過不斷完善與實際應(yīng)用,該仿真實驗平臺在提高教學(xué)能力、拓展實踐領(lǐng)域、豐富教學(xué)內(nèi)容、降低成本與風(fēng)險、開展綠色實驗教學(xué)等方面發(fā)揮了重要的作用。

4　結(jié)語

常熟理工學(xué)院按照應(yīng)用型本科的辦學(xué)定位以及“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求,建設(shè)了新能源科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中心,探索并構(gòu)建了一個適合應(yīng)用型本科院校學(xué)生進行專業(yè)實踐實訓(xùn)的教學(xué)體系和實踐教學(xué)模式,為品牌專業(yè)的建設(shè)與教學(xué)改革提供了強有力的支撐。中心的建設(shè)經(jīng)驗可為相關(guān)高校提供參考和借鑒。

References)

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Practiceonconstructionofexperimentalteachingcenterforrenewableenergyscienceandengineering

PanQiyong1,QianBin1,LiJunfeng2,ZhangGenhua3,JiHong3,FanYu1,ZhouXueli1,HouHaihong1,MaYulong1

(1.CollegeofPhysics&ElectronicEngineering,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu215500,China； 2.OfficeofInstitution-localityCooperation,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu215500,China; 3.OfficeofAcademicAffairs,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu,215500,China)

Throughthecooperationofthegovernment,collegesandenterprises,theteachingresourcesforfourplatformsarebuilt,including,experimentalteaching,innovativetraining,engineeringpracticeandbusinesspractice,whichfacetowardscareerdemands.Thereformofexperimentalteachinginthecenterisperformedaccordingtoengineeringteachingmethods.Theall-roundopeningoperationmodesofcontent,equipment,timeandspaceareconstructed,andalsoavirtualsimulationplatformfortherenewableenergyindustryisbuilt.Allthethingsprovidethestrongsupportfortheconstructionofthetop-notchacademicprogramsandthereformofeducation.

renewableenergyscienceandengineering;reformofexperimentalteaching;constructionofexperimentalteachingcenter

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.042

2016-03-14修改日期：2016-05-16

江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目(PPZY2015A030)；教育部“十二五”本科專業(yè)綜合改革試點項目；江蘇省“十二五”高等學(xué)校重點專業(yè)能源動力類建設(shè)項目(蘇教高[2012]23號)；江蘇省2015年高等教育教改研究重點課題(2015JSJG041)

潘啟勇(1971—),男,江蘇寶應(yīng),碩士,副教授,副院長,主要研究方向為實踐教學(xué)管理與實驗室建設(shè).

E-mail：panqy@cslg.edu.cn

G482

B

1002-4956(2016)7-0171-04