新能源科學與工程專業實踐教學體系研究

饒政華+廖勝明+周繼承

[摘 要]可以根據高等工程教育要求和新能源科學與工程專業人才培養目標，研究建立與理論教學體系相輔相成的實踐教學體系，分析新能源專業實踐教學的目標體系、內容體系、管理體系及其所構成的有機聯系，加強學生的動手能力、基本實踐技能、工程綜合能力及創新能力的培養。

[關鍵詞]新能源科學與工程；實踐教學；工程教育

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）09-0042-03

新能源的轉換、分散式生產、通過能源“互聯網”實現分配和規模化應用，將構成新的能源經濟模式，其關鍵在于培養高素質的新能源專業科技人才。新能源科學與工程專業（以下簡稱“新能源專業”）是2011年教育部批準設置的本科專業，涉及能源動力、材料、機械、電氣、化學等多學科的交叉融合，旨在培養適應新能源產業需求的工程設計運行、產品研發生產和科學研究的高級專門人才。[1]在當前快節奏、強競爭的工業型社會背景下，企業往往要求大學畢業生盡量縮短從理論到實際操作的過渡時間。這就要求畢業生在掌握理論知識的同時，還要具有較強的實踐能力以及解決問題、交流溝通、理解行業規則的能力。[2]因此，傳統的以理論知識為主的教育模式已不能完全適應社會發展，高等工程教育的重要性日益凸顯，其中實踐教學體系是主要載體。[3][4]然而，如何根據新能源產業的特點和社會用人需求，科學建立與課程體系相適應的實踐教學體系[5]，強化工程實踐能力培養，是新能源專業人才培養中面臨的重大挑戰。

一、新能源專業實踐教學的目標體系

確定實踐教學的目標體系，即明確工程實踐能力培養的方向，應結合新能源產業的發展形勢及社會需求，涵蓋工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、現代工具應用、項目管理、道德操守等素質培養方面，促進學生掌握從事本專業領域實際工作的基本技能和素養。新能源的資源種類多，能夠采取不同的技術方式和途徑實現多樣化的能源產品供應，其中相當一部分新能源技術仍需依靠傳統能源利用技術的學科基礎。另外，不同技術的商業化水平差異也較大，開發條件受到各種因素的制約。[6]因此，新能源專業實踐教學的目標，應兼顧新能源產業對專業基礎知識的差別性要求，既能滿足現有產業的現實需要，又能代表未來技術發展的先進方向。通過實踐學習，學生可以理解能質傳遞、能量轉換與儲運、能源系統集成與控制的基本概念與規律，掌握新能源應用系統的工藝設計方法與運行調控技術措施，從而具備研發和制造新能源設備的工程能力。這既能加強學生對新能源專業知識的理解，又能強化以創新精神和創新能力、動手能力、職業道德、現代企業制度認知等為特征的工程教育。

二、新能源專業實踐教學的內容體系

實踐教學內容體系是合理配置實踐教學各環節（包括實驗、實訓、實習、課程設計、畢業設計/論文、社會實踐等）而呈現的具體教學內容。由于新能源專業涵蓋面廣（包括太陽能光伏、太陽能光熱、風能、生物質能、地熱能等），專業實踐內容體系應以主干課程為重點，突出體現層次性、獨立性及系統性。在目標體系的引導下，可以按教學進度安排將實踐教學內容體系劃分為不同的學習階段，包括基礎技能實踐、專業技能實踐和研究創新實踐（如圖1所示）。整合優化各階段的實踐教學內容，在滿足課堂教學需要的同時，為學生提供充分的動手機會，探索課堂理論知識—實驗室研究—工廠生產的理論與實踐相結合的教學模式。

（一）基礎技能實踐學習階段

結合通識教育課程和專業基礎課程，設置與新能源專業相關的計算機、機械、電工、電子和與專業技術相關的基礎技能實踐內容。其中，專業基礎實踐包括傳熱學、工程熱力學、流體力學、測控技術、固體電子、能源化學等與知識要素相關的實驗（實訓）項目。這樣做的目的是使學生掌握常用儀器儀表的合理選擇及正確使用方法，明確所測參量的物理意義和數據處理方法，具備基本的實踐技能，掌握自然科學、工程學、新能源領域的基礎知識。

（二）專業技能實踐學習階段

根據專業理論課程的教學目標要求及進度安排，該階段分為單項專業技能實踐和綜合技能提高實踐。

單項專業技能實踐以專業課程為依托，建立專業基礎課與專業課知識之間的聯系。設置課程設計、實驗、實習等教學模塊，學生以個體為單位獨立進行，這旨在培養學生獨立操作能力及解決問題的能力。學生通過專業課程設計，可以掌握太陽能光伏、光熱、風能、生物質能等新能源系統典型部件的設計方法；通過專業課程實驗，可以學習新能源應用產品和設備的工程測試方法，了解典型部件的工作特性；通過企業崗位認知實習，可以了解新能源企業生產組織與管理的初步知識，獲得新能源產品生產、工藝流程、工程運行的感性認識，這些可以培養學生理論聯系實際和調查研究的能力。

綜合技能提高實踐通過太陽能、風能、生物質能等利用系統的綜合實驗和設計，讓學生掌握典型新能源系統的集成與工況調節方法，加強對專業理論課程中相關的技術原理、工程分析方法的理解。根據教師開展的工程實踐、社會合作、科研項目等設置相關題目，學生以團隊為單位合作完成。這種方式能強化學生實際操作技能，培養學生良好的組織和管理能力、合作精神、團隊意識。通過專業綜合實驗，設計與實施測試方案，可以對工程系統運行進行調節分析和效果評價。通過企業頂崗生產實習，在太陽能電池與組件及設備制造、生物質發電、太陽能熱發電、風電設備制造等企業開展輪崗跟班學習，可以強化學生對新能源產品生產與制造技術、系統運維狀況等生產實踐過程的了解，增進其對現代企業制度的理解，提高學生學習主動性和社會責任感。通過畢業設計，完成一個完整的新能源系統工藝及產品設計，進行理論分析、設計計算、設備選型與匹配，計算工程技術經濟指標，可以讓學生建立從局部設備到整體工程系統的深入認識。

（三）研究創新實踐學習階段

在課外研學和創新創業教學的基礎上，引導學生合作開展的科技活動，可以培養學生的綜合實踐能力、創新能力及團隊合作意識。在教師的指導下，針對新能源工程實踐中的熱點和前沿問題，學生自由選題，開展創新實踐項目研究，立足于自主實踐解決實際問題及驗證新的想法，并參加新能源領域相關的學科競賽等。根據新能源專業的工程和科研雙重需求，推行“雙結業”（畢業設計+畢業論文）。根據教師科研擬定畢業論文題目，學生將所學專業理論知識與實踐技能融會貫通，完成一個完整的工藝、產品研發或基礎研究工作，這能培養學生從事科學研究的基本素養和創新意識。可以鼓勵學生參與相關職業資格認證，促進學生通過自主學習，獲得工程師所需的知識素質與能力素質。endprint

（四）實踐教學內容與培養要求的對應關系

實踐教學的關鍵是由淺到深、循序漸進地設置實踐教學內容，應選取專業覆蓋面廣、科研承載力強、專業特色明顯的實驗、實習和設計項目。表1為新能源科學與工程專業實踐教學典型內容，表2為實踐教學對學生培養要求的對應關系矩陣。

三、新能源專業實踐教學的管理體系

實踐教學管理體系在教學過程中起到信息反饋和調控的作用，包括制度管理、組織管理、運行管理等。可以結合新能源專業實踐教學內容體系，建立院、系、教師三級監督管理制度，完善管理措施。

（一）制度管理

根據實踐教學的目標體系與內容體系，制定出一系列符合專業特點的實驗、實訓、實習、設計等教學管理文件。對學科競賽、創新創業等自主性、創新性、綜合性強的環節，制定具有針對性與實用性的鼓勵獎勵措施。

（二）組織管理

二級學院組織對新能源系實踐教學進行宏觀管理，系所教師分工合作，教師與學生采用“一對多”的管理模式，縱向監督管理，橫向相互配合。針對新能源專業特點及工程教育的要求，制定針對性、實用性措施，確保實踐教學組織一體化，保障新能源專業實踐教學的有序實施。

（三）運行管理

根據新能源行業的發展現狀及社會實際需求情況，制定新能源專業獨立的、完整的教學計劃，編制教學大綱，撰寫詳略得當的實踐教學指導書，安排實踐教學內容，確立考評機制。成績評定機制應與培養目標相一致，加大平時監管考核力度及成績比例，考評采用平時表現、科研能力、答辯能力等多維機制。

四、結語

新能源科學與工程專業是教育部批準設立的新專業，在專業實踐教學體系構建與實施方面缺乏現成的模板和成功經驗。筆者通過理論和教學實踐相結合，研究了新能源專業課程設置、理論基礎和實踐教學的內在關系，按照高等工程教育的具體要求構建了新能源科學與工程專業實踐教學的目標體系、內容體系、管理體系及其所構成的有機聯系整體。

在此基礎上提出通過實踐教學各個環節（實驗、實習、實訓、課程設計、畢業設計、社會實踐等）的合理配置，在目標體系引導下加強學生對專業知識的理解和掌握，強化以創新精神和創新能力、動手能力、職業道德、現代企業制度認知等為特征的工程教育。根據新能源專業涵蓋面廣、學科交叉明顯的特點，筆者提出以太陽能光伏、太陽能光熱、生物質能、風能等主干課程為重點，確定各門課程對應的實踐教學環節，優化實踐教學內容，整合實踐教學資源，確定實踐教學各環節的具體安排。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 饒政華，廖勝明.新能源科學與工程專業課程體系研究[J].中國大學教學，2015（3）：44-46.

[2] 王孫禺，雷環.《華盛頓協議》影響下的各國高等工程教育[J].中國高等教育，2007（17）：61-63.

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

[4] 張智鈞.工科專業實踐教學的問題分析與改革探討[J]. 中國高教研究，2005（6）：81-82.

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

[6] 中國能源中長期發展戰略研究項目組.中國能源中長期（2030、2050）發展戰略研究：可再生能源卷[M].北京：科學出版社，2011.

[責任編輯：陳 明]endprint