新能源科學與工程新專業實驗室建設思考

秦方博 沈娜 胡少強 林濤 楊上興 郭長興 韓鳳琴

摘 要：華南理工大學廣州學院作為廣東省首家開辦新能源科學與工程專業的院校，無論是專業建設還是實驗室建設都無可借鑒的成熟經驗。本文根據新能源科學與工程專業實驗室建設過程中遇到的問題，指出了新能源專業實驗室建設的必要性和緊迫性，從新專業實驗室的目標定位、建設過程、運行保障等方面論述了實驗室建設的基本措施，歸納了新能源專業實驗室建設的初步經驗。

關鍵詞：新能源科學與工程; 新專業; 實驗室建設

中圖分類號：G482? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）4-172-002

實驗室是有組織的開展實驗教學的場所，對于新建專業，實驗室建設不僅是培養學生專業實踐能力的重要基礎條件，更是應用型學校提高辦學質量的重要保障。

作為應用型本科院校（華南理工大學廣州學院），實驗教學是學生課程學習的重要組成部分，對培養應用型人才起著至關重要的作用。2016年，華南理工大學廣州學院獲批在電氣工程學院開設新能源科學與工程專業，成為廣東省首個開辦新能源科學與工程專業的院校。新專業的建設離不開實驗室建設。本文提出了有關新能源科學與工程新專業實驗室建設的一些思考和建議。

1.新專業實驗室建設的必要性與緊迫性

高校實驗室不僅是開展實驗教學和科學研究的重要陣地，更是推動科技創新的重要場所[1]。實驗室有教學型和研究型之分。新能源科學與工程作為新專業。首先應滿足基礎層次和專業層次實驗教學的需要，確保課程基本實驗能夠開出，然后考慮綜合和創新層次實驗的開展[2]，為學生提供自主探索的實驗環境。新能源科學與工程新專業實驗室在建設過程中曾面臨以下問題：

1.1專業特色決定必須建設新能源科學與工程專業實驗室

新能源科學與工程是2011年教育部批準設置的本科專業，是能源動力學科下發展起來的新專業。我校新能源科學與工程專業課程設置涵蓋了能源動力和電氣兩個學科。因此，我校新能源科學與工程實驗教學內容要兼顧能源動力和電氣兩個方面。我校已有的電工技能實訓室、輸電基地、電力工程管理實驗室和電機與電力電子實驗室已面向我校電氣工程及其自動化專業展開實驗教學，具備成熟的實驗教學體系和豐富的實驗師資，可以服務于新能源科學與工程專業課設的電氣類實驗如電工進網作業許可證技能培訓、塔桿技能訓練、工程概預算、電機學實驗等，但這還遠遠不夠也不符合新能源專業實驗教學特點。亟需補充符合新能源科學與工程專業特點的相關實驗，如“新能源工學基礎實驗”“太陽能發電實驗”“風力發電實驗”等，建設新能源科學與工程專業實驗室。

1.2人才培養要求建設新能源科學與工程專業實驗室

學校各專業在不斷進行理論教學改革，實驗教學應據此做出相應的改革調整，以滿足學生實驗學習的需要。對于應用型本科院校中實踐性強的專業新能源科學與工程來說，在保留傳統基礎驗證性實驗的基礎上，更需開出綜合性、設計性實驗，培養適應國家建設需要的、具有創新能力的應用型人才。因此，新能源科學與工程專業實驗室亟需建設與完善。

1.3“新工科”建設要求建設新能源科學與工程專業實驗室

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展等一系列國家戰略，2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設。對于高校而言，新工科專業建設跨學科、重實踐，注重創新創業教育。我校新能源科學與工程專業應順應“新工科”建設要求，進一步加強和完善實驗室建設，為培養學生的創新思維、實踐能力營造有利氛圍和環境。

2.新專業實驗室的目標定位

實驗室定位是新專業實驗室建設的首要任務，在實驗室建設前應對實驗室定位進行嚴格、縝密的論證[3]。實驗室定位既要與專業培養目標相一致，也要考慮各方面的人力、物力、財力等現實情況。

專業培養目標要符合學校的辦學理念。我校新能源科學與工程專業結合學校應用型本科院校的辦學定位，基于廣東省新能源企業的現實需求和產業發展規劃，確定以太陽能、風能利用技術為專業建設重點，致力于培養能夠在風能、太陽能等新能源領域從事相關工程技術領域的開發研究、工程設計、優化運行及生產管理工作的跨學科復合型高級工程技術人才。我校于2016年成功申報新能源科學與工程專業，成為廣東省首家開辦新能源科學與工程專業的院校，專業建設和實驗室建設可借鑒的經驗較少，同時還面臨著資金短缺和生產配套實驗設備的廠家較少的問題?；谏鲜銮闆r，我校新能源科學與工程專業實驗室的建設應以培養學生的專業基礎能力和專業創新能力為主，兼顧科學研究的綜合性實驗室建設。

2.1專業基礎能力培養

實驗室建設要嚴格按照實驗教學的總體要求，體現出新能源科學與工程的專業特點。實驗室建設應首先滿足學生基礎驗證性實驗的開出，如流體力學，熱工基礎等?；A驗證性實驗教學應重點選擇新能源專業基礎知識的內容，注重培養學生對新能源科學與工程的實踐操作能力、問題分析能力及問題解決能力，同時加深對專業理論教學內容的理解和領悟。在建設過程中，應立足我校新能源專業建設實際情況，滿足實驗室近期基礎驗證性實驗教學，著眼未來實驗室發展建設。

2.2專業創新能力培養

隨著化石能源的日益減少、環境污染的日益嚴重，新能源產業獲得了前所未有的發展機遇。我國從保障能源安全的基本點出發，大力推動新能源技術研發，提倡新能源資源的利用。然而，當前我國新能源領域仍處于初步發展階段，重要的關鍵設備及核心技術基本依賴國外市場[4]。具有自主創新能力的人才是新能源企業發展自身和抵御未來經濟風險的需要。因此，我校新能源專業實驗室建設應在滿足基礎驗證性實驗開出的前提下，結合社會需求，兼顧學生專業創新能力的培養?？梢越Y合實際開設新能源發電與控制設計類實驗、新能源利用系統綜合性實驗，鼓勵引導學生參加學生創新項目等。逐步完善開放實驗室管理模式，為培養學生的自主創新能力提供良好的實驗氛圍和充足的實驗設備。

3.新專業實驗室的建設過程

基于以上認識，我們在新能源科學與工程專業實驗室建設時做了以下工作。

3.1申報實驗場地

2016年，我院向學校遞交了新能源專業實驗室申報材料，學校批準將B8-401、B8-402、B8-403、B8-404、B8-406分別建設為新能源與輸電仿真實驗室、新能源工學基礎實驗室、太陽能發電實驗室、光伏創新及微網控制實驗室、風力發電實驗室。各實驗室面積充足，為實驗教學提供了寬敞的場地，其中60-80平方米的實驗室單次可為10-20人提供實驗教學，100-120平方米的實驗室單次可為40-50人提供實驗教學。

同時，學院還在校外建立了適合新能源科學與工程專業的校外就業與實習基地?；匾詮V州地區企業為主，逐步向周邊發展和延伸;涵蓋國家級大學生校外教學實踐基地、新能源發電站、新能源科技公司、新能源建設工程公司、電力設計院等共計16家。其中三峽水利樞紐實踐基地為我院建立的畢業實習基地，該基地接受學生容量大，每次能接收260名學生，管理規范，與新能源專業結合緊密，能達到畢業實習相關目標;我院與廣州南方電力建設集團有限公司共建的國家級大學生校外教學實踐基地能為新能源學科與工程專業學生提供良好的實踐訓練項目和場地，每次接收學生約100人，對學生實踐能力培養能起到良好促進作用;其他的實踐基地可為本專業學生提供參觀和專業實習，能進一步拓寬學生專業面，提升學生綜合素質，有的基地接收學生量約為30人，部分基地可接收5-10人。

3.2購買和添置實驗設備

實驗設備是實驗教學的硬件基礎，實驗室建設離不開實驗設備的購買與添置。儀器設備購買前，我們收集了相關信息和資料，認真進行了市場調研，以確保所購實驗設備性能優良，滿足實驗教學要求。此外，為提高設備的利用率，我們在擬定購置計劃時進行了充分論證，盡可能使同一套設備服務于多門課程。目前，新能源專業購置的實驗儀器和設備有：光伏產品開發創新綜合實訓平臺、風力發電實驗研發裝置、太陽能綜合測試實驗裝置、多能源互補微網控制及能量管理系統、智能風光互補發電測量控制及實訓系統、生物質氣化-燃蒸聯合循環發電工藝流程模擬設備、數字型伯努利方程綜合實驗、氣體定壓比熱測定儀/氣壓定壓比熱測定裝置、塔式光熱集熱模型系統等等。光伏產品開發創新綜合實訓平臺可進行“光伏系統搭建”、“PLC控制設計”等8個實驗，可為太陽能發電及其控制，風力發電、新能源發電技術等課程服務。并可開發設計新的實驗項目，設備利用率大大提高。風力發電實驗研發裝置可進行“垂直軸風力發電特性測試實驗”“控制器工作模式實驗”等5個實驗，可為風力發電，新能源發電技術等課程服務。太陽能綜合測試實驗裝置可進行“太陽能光伏電池與直接負載實驗”“光伏發電系統實驗”等7個實驗，可為太陽能發電、新能源發電技術等課程服務。氣體定壓比熱測定儀/氣壓定壓比熱測定裝置、數字型伯努利方程綜合實驗可分別服務于熱工基礎、流體力學等專業基礎課，為學生掌握專業基礎知識提供保證。經過近幾年的實驗室硬件建設，新能源科學與工程專業實驗室已初具規模，本專業課程實驗開出率達到100%。

3.3編寫實驗教學大綱和實驗指導書

新能源科學與工程專業的各門課程都有教學大綱，包括課程設計、金工實習等，實驗課程也不例外。實驗教學大綱由各實驗課程的教師編寫，主要內容包括本課程實驗的學時學分、實驗原理介紹、實驗儀器設備的使用說明、實驗過程的注意事項、實驗報告的基本要求、實驗考核方式等等。實驗大綱在教學過程中可不斷修改完善。

針對新能源專業特點，借鑒參考了國內開設新能源專業院校的一些經驗，根據各門實驗課的實驗教學大綱編寫配套的實驗指導書。實驗指導書主要內容包括實驗原理、實驗目的、實驗步驟、數據記錄和處理、注意事項、思考題等。

4.新專業實驗室的運行保障

4.1加強實驗室的規章制度建設

為確保新專業實驗室的正常運行，需對新建設實驗室進行高效合理的管理，這就離不開健全的管理規章制度。小到實驗室教學大綱的制定、實驗講義的編寫、儀器設備的維修和保養以及實驗教學過程中的安全注意事項，大到實驗教學、科研、社會服務情況的審核評估制度，實驗室工作人員的管理制度，實驗室物資的管理制度以及經費使用制度等，都應以具體的規章制度的形式體現出來，明確各相關崗位的工作內容和責任。目前，我院電氣工程實驗中心已制定了一系列管理制度（教學管理制度、實驗室管理制度、實驗設備管理制度等等），與學校現有管理制度共同構成了比較完備的管理體系。在現有實驗室規章制度的基礎上，針對新能源專業實驗的特殊性（大部分實驗屬于弱電實驗，部分涉及強電），應大力加強實驗用電安全教育，落實防火責任制。

4.2加強實驗室師資隊伍建設

良好的師資力量和合理的師資結構是搞好新專業實驗室建設的基本保障。新專業實驗室中設備儀器的高效利用和長期維護離不開一支管理高效、具有較高專業水平的實驗技術人員隊伍。華南理工大學廣州學院是一所文理滲透、多學科專業協調發展的應用型本科院校。學校結合地方企業的人才需求，旨在培養具有創新能力的高素質應用型人才。因此，我校新能源專業實驗室師資隊伍的建設也應面向應用型人才，在實驗人員分配合理、滿足基本的實驗教學任務的基礎上，兼顧學生創新項目的發展，吸收培養較高水平的實驗技術人員。為提高實驗室教師的技術水平，我院定期開展實驗室技術培訓，組織實驗教學和技術人員去其他學院、學校參觀學習;支持和鼓勵實驗技術人員參與到科研中去，在搞科研的過程中去思考如何更科學、有效的管理實驗室。

對于新建專業來說，實驗室建設涉及因素較多，是一項復雜的系統工程。作為應用型本科院校的新專業——新能源科學與工程，實驗室建設顯得迫切和必要。新建專業實驗室如何保證日常實驗教學的順利開出，并且在培養學生基礎實踐能力的同時突出創新能力的鍛煉至關重要。新專業實驗室如何定位、新專業實驗室建設的具體舉措、新專業實驗室建設的運行保障等是新能源科學與工程等新建專業實驗室建設需要考慮的問題。

基金項目：華南理工大學廣州學院2020年校級高等教育教學改革項目：55JY200301、55JY200304;華南理工大學廣州學院2019質量工程建設項目：JY191401;廣東省高等教育教學研究和改革項目：55SC180301

參考文獻：

[1]任文蓮.高校實驗室管理及教學模式分析[J].當代教育實踐與教學研究，2019，（13）：93-94

[2]王莉，杜艷紅，靳登超，等.新能源科學與工程專業實踐教學的探究[J]實驗室科學，2016，19，（04）：159-162

[3]盧佃清，李新華，蔡立，等.應用型本科院校新能源科學與工程專業實驗室建設的探索與實踐[J]實驗技術與管理，2014，31（12）：226-229

[4]章藝.新時期我國新能源發展現狀分析[J]中國電力企業管理，2019：62-63