“新工科”背景下的新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探討

熊連松 南京工程學院

社會變革和產(chǎn)業(yè)革命對工科高等教育提出了新的要求，“新工科”是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的工程教育改革方向，通過培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才，讓工程科技進步和創(chuàng)新成為中國乃至人類社會發(fā)展的重要引擎，這為工程教育創(chuàng)新變革帶來了重大發(fā)展機遇[1]。

從教育部公布的新工科專業(yè)來看，與電力電子工程密切相關(guān)的是新能源科學與工程專業(yè)。該專業(yè)期望培養(yǎng)具備能源工程、電氣工程、熱能工程、變流技術(shù)等基礎(chǔ)知識，熟練掌握新能源轉(zhuǎn)換與利用原理、新能源裝置及系統(tǒng)運行技術(shù)、新能源科學領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，能在新能源科學與工程領(lǐng)域開展教學、科研、技術(shù)開發(fā)、工程應(yīng)用、經(jīng)營管理等方面的高級專門人才。相對于傳統(tǒng)的電氣工程、電力電子工科人才，智能電網(wǎng)及新能源這些新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟需要實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型新工科人才。

在“新工科”教育背景下，本文探討了新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)所面臨的挑戰(zhàn)及教學實踐過程中應(yīng)當注意的地方。力圖在智能電網(wǎng)、新能源等“新工科”人才培養(yǎng)需求下改進工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的內(nèi)容、模式及理念，以培養(yǎng)能夠適應(yīng)智能電網(wǎng)以及新能源這些新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展需要的高層次專門人才。

一、“新工科”對新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出的技術(shù)挑戰(zhàn)

新能源科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標要求學生能夠立足風力發(fā)電、光伏發(fā)電、綠色電源、電動車控制、波浪發(fā)電、智能電網(wǎng)、電力儲能以及生物質(zhì)能等領(lǐng)域，在新能源電力裝備技術(shù)、新能源發(fā)電接入技術(shù)、電網(wǎng)智能調(diào)度與控制技術(shù)等方面學有所長，可以在新能源電氣系統(tǒng)領(lǐng)域從事生產(chǎn)制造、工程設(shè)計、系統(tǒng)運行、技術(shù)開發(fā)、教育科研等方面的工作，上述培養(yǎng)目標對新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出了諸多重大挑戰(zhàn)[2]。

(一)教學內(nèi)容更加廣泛，對師生的專業(yè)知識要求更高

從專業(yè)角度來看，教學內(nèi)容應(yīng)當包括能源工程、電氣工程、電機工程、電力電子技術(shù)、傳熱學、控制工程、流體力學、動力機械等專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識與基本技能。專業(yè)技術(shù)的廣泛性要求教學內(nèi)容要緊跟著進行必要的增加，以儲備該領(lǐng)域的必備知識[3]，同時也增加了學生的學習負擔。相應(yīng)地，為了搞好本領(lǐng)域的教學科研工作，也要求教師的專業(yè)背景要相應(yīng)地拓寬，從而能夠勝任新能源這一學科交叉領(lǐng)域的教學科研工作。

(二)教學設(shè)備需要升級改造，培養(yǎng)成本明顯增加

在工程應(yīng)用人才培養(yǎng)方面，實驗教育與實踐教育至關(guān)重要，培養(yǎng)學生的動手能力和解決問題的能力是專業(yè)人才培養(yǎng)的主要內(nèi)容。然而，由于新能源專業(yè)的學科交叉特性，以及新能源本身的多樣性，因此實驗項目以及教學設(shè)備也必然很多。傳統(tǒng)的實驗實踐教學主要圍繞經(jīng)典的電氣工程、能源動力工程等傳統(tǒng)工科專業(yè)進行設(shè)置，很多教學單位目前并不具備直接開展新能源實驗實踐教學的基礎(chǔ)設(shè)備要求。若直接將傳統(tǒng)學科的實驗內(nèi)容進行簡單組合，就會導致傳統(tǒng)實驗教學任務(wù)加重，學生的實驗培訓壓力增大，對新能源專業(yè)本身的訓練也極其有限。如何解決傳統(tǒng)實驗教學的固有問題，是目前新能源這一新工科建設(shè)、課程改革的熱點。

(三)行業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)不斷更新，對師生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力要求更高

新能源行業(yè)目前正處于快速發(fā)展的時代，知識更新很快，很多新能源開發(fā)利用技術(shù)都尚未形成標準化的技術(shù)路線。以太陽能的開發(fā)利用為例，目前主要有光伏發(fā)電、光熱發(fā)電這兩種方式。在產(chǎn)業(yè)形成初期，光伏發(fā)電的路線占據(jù)了太陽能開發(fā)利用的主要形式，但大規(guī)模的光伏發(fā)電并網(wǎng)導致了電力系統(tǒng)慣量水平降低、系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱的問題。因此，發(fā)展一直很緩慢的光熱技術(shù)重新被行業(yè)所認識，未來可能形成光伏發(fā)電以及光熱發(fā)電同步發(fā)展、互為補充的新局面。此外，若以光伏發(fā)電技術(shù)本身為例，其運行控制技術(shù)也在不斷更新，從最大功率跟蹤并網(wǎng)，到現(xiàn)在的慣量支撐、一次調(diào)頻等輔助服務(wù)。新能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得很多潛在問題不斷地曝光，圍繞這些問題的解決也催生出了一系列新原理、新技術(shù)、新裝備。為了勝任新能源知識與技術(shù)快速變革的需求，新能源專業(yè)的師生必須具備優(yōu)秀的學習能力以及創(chuàng)新實踐能力。

二、“新工科”背景下的新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探討

(一)立足傳統(tǒng)工科，兼容新興學科，以適當?shù)慕嵌惹腥胄履茉垂こ虅?chuàng)新人才培養(yǎng)

以筆者的觀點來看，教育部批準的大部分新工科專業(yè)其實是面向新興行業(yè)而批準設(shè)置的。也就是說，新工科專業(yè)是從行業(yè)的角度進行設(shè)置，而不是從學科門類的角度設(shè)置。因此，新工科面向新興行業(yè)，但是支撐其發(fā)展的專業(yè)知識和專門技術(shù)依然是傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)，同時應(yīng)用了新興的技術(shù)(信息化、數(shù)據(jù)化等)來發(fā)展新興的產(chǎn)業(yè)。

以新能源為例，該專業(yè)主要面向非常規(guī)能源進行開發(fā)利用，但支撐新能源技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)依然是常規(guī)的電氣工程、熱能動力工程等傳統(tǒng)的工科，基礎(chǔ)知識體系并沒有發(fā)生本質(zhì)上的改變，特別是學科門類依然沒有發(fā)生變化。眾所周知，學科門類的增減通常是因為物理、化學、生物等基礎(chǔ)學科的重大突破帶來的。基于此，新能源專業(yè)人才培養(yǎng)依然應(yīng)該立足傳統(tǒng)工科，兼容新興的學科(大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能科學等)，以適當?shù)膶W科角度切入新能源工程的創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

(二)創(chuàng)新教學手段、教學設(shè)備，以經(jīng)濟高效的方式投入新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)

應(yīng)用型學科的人才培養(yǎng)必須重視學生實踐能力的培養(yǎng)。新能源科學與工程這一“新工科”批準之后，很多能源行業(yè)的頂級高校都加大了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的力度，以培養(yǎng)出一批有著理解和解決復雜能源工程問題能力的卓越工程人才。然而，對于大部分普通高等學校而言，基礎(chǔ)教學條件仍然有限，人才培養(yǎng)成本是不得不面臨的現(xiàn)實問題，因此，應(yīng)該以創(chuàng)新的思維來革新教學手段、教學設(shè)備，力爭以經(jīng)濟高效的方式進行新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

以電力電子學科開展新能源創(chuàng)新人才培養(yǎng)為例，可以把最新的半實物仿真技術(shù)應(yīng)用到新能源工程的教學與科研創(chuàng)新實踐中，讓學生把電力電子以及電機理論應(yīng)用于新能源開發(fā)應(yīng)用實踐之中。利用電力電子半實物仿真技術(shù)及其設(shè)備，學生不僅能學習到新能源能量變換的基本理論，還能通過半實物仿真實驗平臺培養(yǎng)學生的動手實踐能力，更加直觀地學習電力電子等新能源相關(guān)系統(tǒng)的工作原理和運行控制方法，掌握半實物仿真這種先進的科研測試手段，可減少對物理硬件設(shè)備的需求。

(三)夯實基礎(chǔ)知識與技能，提高創(chuàng)新意識與能力，以不變應(yīng)萬變的方式應(yīng)對新能源技術(shù)的日新月異

新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一系列新原理、新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn)，催生了很多新產(chǎn)品、新企業(yè)，創(chuàng)造了新的經(jīng)濟增長點和就業(yè)崗位。然而，支撐新能源技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)知識和技能依然來源于傳統(tǒng)學科，特別是常規(guī)的電氣工程、熱能動力工程等傳統(tǒng)工科。因此，面對新能源技術(shù)的日新月異態(tài)勢，新能源專業(yè)的師生應(yīng)當以不變應(yīng)萬變的方式，不斷地夯實傳統(tǒng)工科的基礎(chǔ)知識與實踐技能，聚焦新能源開發(fā)利用這一戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)，不斷提高創(chuàng)新意識與創(chuàng)新實踐能力，密切追蹤行業(yè)發(fā)展趨勢，用扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識和過硬的技術(shù)能力，用創(chuàng)新的思維解決新能源開發(fā)利用過程中不斷出現(xiàn)的新問題、新需求。

三、結(jié)語

新能源工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識橫跨電氣工程、能源動力工程兩個一級學科，使得該專業(yè)的教學內(nèi)容更加廣泛，現(xiàn)有的教學設(shè)備需要升級改造，對師生的專業(yè)知識、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力要求更高。為此，新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)應(yīng)立足傳統(tǒng)工科，兼容新興學科，以適當?shù)膶W科角度切入新能源工程的創(chuàng)新人才培養(yǎng)；應(yīng)創(chuàng)新教學手段、教學設(shè)備，以經(jīng)濟高效的方式投入新能源工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)；應(yīng)夯實基礎(chǔ)知識與技能，提高創(chuàng)新意識與能力，以不變應(yīng)萬變的方式來積極地應(yīng)對新能源技術(shù)日新月異的發(fā)展態(tài)勢。