校企合作新能源工程訓練營探索與實踐

易 磊， 張 蓉， 尹 仕

(華中科技大學 電氣與電子工程學院， 湖北 武漢 430074)

0 引言

新經(jīng)濟的快速發(fā)展迫切需要新型工科人才予以支撐，尤其需要高校面向未來布局新工科建設(shè)，探索多樣化和個性化的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程科技人才。而工程意識是工程師最重要、最基本的素質(zhì)之一，也是如今高等院校工程教育的薄弱環(huán)節(jié)。把工程的基本知識納入大學通識教育范疇，在高等教育中貫穿工程文化和工程倫理教育，是中國工程教育改革必須面對的時代課題[1～5]。

目前各高校在校企合作方面進行積極探索，但是對于當前的工程教育，從內(nèi)容上看，與實踐和社會需求脫節(jié)，滯后于產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展需求；從模式上看，合作環(huán)節(jié)多采用“生產(chǎn)實習”方式，企業(yè)是被動參與，并且傳統(tǒng)合作企業(yè)對象單一化，無法滿足學生全面培養(yǎng)要求。企業(yè)多以捐贈、冠名、獎學金、組織競賽等形式進行淺層次合作，以盈利為目標，對教育投入缺乏內(nèi)在動力，導致學生動手實踐能力和創(chuàng)新素養(yǎng)難以提升，不易達到學校實踐育人的培養(yǎng)目標[6～8]。

為解決以上校企合作存在的不足，本課程組邀請深圳禾望電氣股份有限公司共同參與新能源工程訓練營的設(shè)計與實施。在學習目標上，邀請企業(yè)參與制定，從而在一定程度上反映社會和行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求；在教學內(nèi)容上，將企業(yè)的真實案例和項目導入，學生借此接觸產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展，同時為學生營造更真實的學習情境；在教學組織上，將企業(yè)的工程項目管理的方法和流程引入到訓練營之中，學生以接近于實際工程項目開發(fā)的形式進行實踐和學習，繼而幫助學生建立起現(xiàn)代工程和工程師的認知。本文結(jié)合我校開展校企合作新能源工程訓練營課程的基本情況，探討高校工程教育課程的教學方法與模式[9～10]。

1 新能源工程訓練營課程介紹

“新能源工程訓練營”是我校與深圳禾望電氣有限公司合作開發(fā)的、為增強實踐教學體系工程性和綜合性而新開設(shè)的一門工程實訓課程。課程授課對象為電氣專業(yè)本科二年級學生，授課時間為暑期。課程目標是培養(yǎng)學生現(xiàn)代工程意識和工程實踐能力，開拓學生社會視野，引導學生解決工程實際問題，為學生創(chuàng)造有意義的工程教育體驗，激發(fā)學生探索和解決復(fù)雜工程問題的勇氣和熱情。課程采用校企協(xié)同育人模式，由企業(yè)工程師和本校專業(yè)教師共同進行課程設(shè)計、共同實施教學，共同評價學生學習成果，校企合作舉辦和進行知識與技術(shù)講座、技能培訓并提供詳細學習資料和工具軟件。

課程分為兩個階段，第一階段是電氣工程與自動化專業(yè)學生必修模塊，學生按照工程開發(fā)管理流程，理解和應(yīng)用新能源發(fā)電涉及的相關(guān)理論知識，圍繞某類新能源發(fā)電設(shè)備或系統(tǒng)，完成功能定義、性能測試、產(chǎn)品/功能設(shè)計、安裝調(diào)試、運行驗證等各階段的工程訓練，初步具備一定的工程意識和工程能力。

第二階段是電氣工程與自動化專業(yè)學生選修模塊，學生在第一階段基礎(chǔ)上，能系統(tǒng)設(shè)計和制作完成一個具有新能源理念的創(chuàng)意設(shè)計，初步具備工程意識和工程設(shè)計能力。

在本課程結(jié)束時，學生將能達成以下具體目標：

(1)核心知識目標：能描述系統(tǒng)意識、創(chuàng)新意識、團隊合作意識，管理意識、實踐操作能力、團隊合作能力、項目管理能力、溝通表達能力的定義，與工程營項目有關(guān)的概念；能識別并定義一個項目，能確定項目的結(jié)構(gòu)、主次與重點。

(2)學以致用目標：能用系統(tǒng)思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維、實踐性思維完成項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作；能應(yīng)用實踐操作技能、團隊合作技能、項目管理技能、溝通表達技能完成項目各項任務(wù)；能形成目標導向思維，即圍繞項目目標的達成學習知識與實施項目管理。

(3)觸類旁通目標：能運用所學的工程知識與技能解決工程訓練營任務(wù)或項目的設(shè)計、實施、運行中的問題；能描述工程營項目所在行業(yè)的基本概念及未來發(fā)展，并能綜合分析其對社會、經(jīng)濟的影響；能分享工程營、項目、企業(yè)、社會的認知，并思考學業(yè)發(fā)展與職業(yè)規(guī)劃。

(4)人性維度目標：學生能評估自己的工程意識認知程度，能評估自己的工程能力水平；能評估企業(yè)、產(chǎn)品、工程項目、團隊的社會價值。

(5)人文關(guān)愛目標：能運用項目管理技能管理項目，并能與項目利益攸關(guān)方進行有效溝通；能運用團隊技能管理團隊或知道如何為一個團隊工作，并能與團隊成員進行有效溝通；能領(lǐng)會工程師的角色與責任；能用系統(tǒng)思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維、實踐性思維和目標導向思維處理生活中遇到的問題；能確立從事或放棄與項目所在行業(yè)，并為之做好準備。

(6)學會學習目標：能閱讀教師與企業(yè)導師提供的學習資料，并完成相關(guān)任務(wù)；能組建團隊、管理團隊或以團隊的一員行事；能制定項目管理制度并執(zhí)行；能圍繞項目目標和擁有的資源學習知識，并與團隊成員合作開展項目的設(shè)計、實施與運行；能反思項目設(shè)計、開發(fā)與實施經(jīng)歷，構(gòu)建新的、更有意義的工程意識。

2 新能源工程訓練營教學內(nèi)容

新能源工程訓練營的教學內(nèi)容是根據(jù)課程目標和人才需求而確定的，課程內(nèi)容分兩個階段設(shè)置，各階段教學內(nèi)容設(shè)計如下。

第1階段：

(1)通識單元：學生能領(lǐng)會終身學習、團隊合作定義，并應(yīng)用終身學習、團隊合作和溝通技能開展自主學習與實踐、協(xié)作解決相關(guān)工程問題或項目；

(2)通識單元：學生描述項目管理的項目評估及立項流程，概述項目進度管理方式，工業(yè)設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中的作用，描述成本管控和供應(yīng)鏈管理；

(3)文獻綜述：學生通過查閱文獻，有效收集整理有關(guān)新能源發(fā)展相關(guān)資料信息，綜合分析新能源發(fā)展對政治、社會和環(huán)境的影響，撰寫相關(guān)綜述報告，并用海報形式闡述自己觀點；

(4)系統(tǒng)方案：根據(jù)典型案例，能應(yīng)用現(xiàn)代工具，對新能源設(shè)備和系統(tǒng)方案進行分析和評價，提出改進意見；描述和選取不同的形式的新能源設(shè)備，構(gòu)建新能源發(fā)電系統(tǒng)方案；

(5)方案仿真：能處理松散定義和不完整輸入數(shù)據(jù)，據(jù)此構(gòu)建新能源發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學模型，解釋解決方案的合理性；采用Matlab進行控制器的仿真設(shè)計，而在光伏電池板安裝上采用Archelios CALC進行設(shè)計，充分考慮日照、安裝場地等因素。

(6)分析優(yōu)化：處理模型中多耦合因素，如環(huán)境、氣候、負荷等，應(yīng)用優(yōu)化評估方案的經(jīng)濟可行性(能量調(diào)度控制策略)；

(7)實施運行：設(shè)計完成一個小型光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，完成一定的應(yīng)用型功能(太陽能路燈、太陽能家居)，通過仿真和實驗驗證方案有效性。

在第1階段，學生通過班級團隊合作的方式進行動手實踐操作，完成任務(wù)包括：光伏電池板的安裝、施工與電池板串并聯(lián)連接，光伏并網(wǎng)逆變器實物的組裝與測試、并網(wǎng)數(shù)據(jù)分析。通過動手實踐，學生初步了解項目開發(fā)、設(shè)計與施工流程，掌握一定的工程意識和工程能力。

第2階段：

(1)自我評估：進一步完善方案、功能拓展，發(fā)展工程評估的認知階段。

(2)創(chuàng)新創(chuàng)意：自由拓展，激發(fā)創(chuàng)新意識，形成較完整的產(chǎn)品原型機，發(fā)展工程創(chuàng)造的認知階段，并能進一步工程化和社會化。

在第2階段，學生以3-5人一組完成光伏并網(wǎng)逆變器中單元電路的設(shè)計、PCB、電路焊接與調(diào)試，可提供升壓boost電路、逆變器電路等供學生選擇。

“新能源工程訓練營”教學內(nèi)容如下圖1所示。

圖1 《新能源工程訓練營》教學流程示意圖

3 新能源工程訓練營教學方法

新能源工程訓練營的教學方法采用案例教學、項目驅(qū)動和全開放式的方法，具體如下：

(1)案例研究：提供新能源產(chǎn)品案例供學生團隊分解，用逆向工程幫助學生構(gòu)建新能源系統(tǒng)認知；參觀光伏新能源研究院/公司企業(yè)/實驗室，幫助學生構(gòu)建新能源產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)及生產(chǎn)的過程認知。

(2)項目驅(qū)動：分階段設(shè)置不同挑戰(zhàn)難度的項目任務(wù)，學生團隊自主論證光伏項目設(shè)計實施方案、開展項目管理和團隊建設(shè)、圍繞光伏項目的功能需求學習方案設(shè)計、工程管理、計算機仿真、工業(yè)設(shè)計等與新能源開發(fā)相關(guān)的基礎(chǔ)知識，利用所學知識與技能完成項目任務(wù)。

(3)全開放：向?qū)W生開放學習場地和設(shè)備，提前告知學生課程培養(yǎng)目標、教學方法、學習方法及教學評價，將學習資料、工具軟件提前發(fā)放給學生；邀請學生參與教學設(shè)計、教學管理及教學評價，知識與技術(shù)講座、技能培訓和項目功能實現(xiàn)緊密結(jié)合，學生可根據(jù)項目需求或自身興趣自由選擇參與。

4 教學效果

課程組與華中科技大學教育科學研究院團隊合作，開展大學生工程實踐能力評價體系的研究。以電氣學院2016級一屆本科生為研究對象，以“新能源工程訓練營”課程為研究載體，采用前后側(cè)評價方法，對比分析課程實施前后學生自我體驗，并以此對修訂后的課程體系實施成效進行評價分析，目前完成第一階段數(shù)據(jù)分析。設(shè)計了專門的工程實踐能力評價量表，如表1所示，共分為5個一級指標和19個二級指標。

表1 工程實踐能力量表

1)課程前后學生工程實踐能力整體對比

課程開始前后，學生工程實踐能力整體得分均值M明顯提升，如表2所示，五項子能力均在不同程度上得到了提升，按照提升程度由高到低依次為工程操作能力(△M=0.61)、項目管理能力(0.53)、工程設(shè)計能力(△M=0.46)、工程溝通能力(△M=0.39)、系統(tǒng)思維能力(△M=0.29)。

表2 工程實踐能力五因子前后測均值比較

2)課程前后學生工程實踐分項能力對比

圖2呈現(xiàn)課程前后19項具體指標的均值分布。課程結(jié)束后，19項指標的均值M介于3.07至3.60之間；19項指標均得到了顯著提升。

通過統(tǒng)計分析可知，學生通過學習在工程實踐能力的五項子能力上都有顯著提升，增量從多到少依次是工程操作能力、項目管理能力、工程設(shè)計能力、工程溝通能力、系統(tǒng)思維能力。說明本次新能源工程訓練營在增強學生實踐能力和綜合設(shè)計與管理能力上有一定提升。極大培養(yǎng)學生現(xiàn)代工程意識和工程實踐能力，幫助學生分析與解決實際工程問題，為學生創(chuàng)造有意義的工程教育學習經(jīng)歷。

圖2 工程實踐能力19項指標前后測均值散點分布圖

5 結(jié)語

總之，新能源工程訓練營的開展充分發(fā)揮了校企的資源優(yōu)勢，為學生提供很好的工程教育實踐平臺。本工程訓練營的開設(shè)既實現(xiàn)了實踐育人的目的，同時在教學內(nèi)容上緊跟產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展的前沿需求，推進與企業(yè)的深層次合作。