地方院校的新能源科学与工程专业建设探索与实践

2018-12-27张兰红何坚强

电气电子教学学报 2018年6期

张兰红，何坚强

(盐城工学院电气工程学院，江苏盐城 224051)

0 引言

我国高等院校新能源科学与工程专业是培养新能源合理开发及高效清洁利用人才的专业，肩负着培养国家能源类紧缺人才的重任。新能源包括风能、太阳能、生物质能、核能、地热能、氢能以及海洋能等，其应用技术覆盖面广泛，包括上游的材料学科、中游的机械设备制造、土木建筑学科及下游的电气工程学科，因此新能源科学与工程专业开办之初就面临着“宽口径”与“专业化”的困惑[1～5]。从教育部2010年批准设立新能源科学与工程专业至今，目前全国已有70多所高校开设了该专业，涵盖了从“985”大学到独立学院的所有本科类型，发展极为迅速。

各校的办学模式和重点各异，从新能源类型的涉及面上来说，有“宽口径”和“专业化”之分，“宽”的几乎涉及新能源的各个方面；“专”的以一种或两种新能源为主，适当兼顾其它新能源，如有的高校以风力发电为主，有的高校以太阳能发电为主，有的以生物质能利用为主，等等。从总体来看，各校差异极大，标准不一，都还处在探索阶段，远未形成共识。

就地方院校而言，很有必要结合地方产业与各校的办学实践，参考国内外实践经验，探索一条具有特色的地方院校新能源科学与工程专业的建设之路。

1 我院新能源科学与工程专业定位

江苏省盐城市是长江三角洲北翼新兴的工商业城市，拥有优良的深水海港，海洋和滩涂资源十分丰富[6]。2009年，江苏沿海开发战略上升为国家战略，致使拥有江苏省最长海岸线、最大沿海滩涂面积、最广海域面积的盐城迎来了全新的发展机会。随着国家和省市地方政府的共同努力，近几年来盐城的风能、太阳能及生物质等新能源发电产业发展极为迅速，目前已有十几个大型风电场落成，风电发展探索出了由陆上风电场延伸至海上风电场的综合开发之路。目前盐城的风力发电、光伏发电等新能源产业已形成了完整的产业链，正在大力推进能源结构转型，积极探索风光渔、风电车、风电水等综合利用模式，加快构建新能源产业基地。

盐城新能源产业迅速发展的同时，暴露出很多的难题，其中最大的难题是人才缺乏。为适应国家沿海战略与地方经济发展对新能源领域应用型人才持续增长的需要， 2010年我院申请增设新能源科学与工程本科专业并获得批准，2011年9月首次招收全日制普通本科生，目前本专业已连续招收7届本科生，已有三届毕业生。

如何办好这新能源科学与工程专业，首要解决的是专业定位问题。为掌握新能源产业人才需求情况，我院教师走访了大量的沿海新能源企业，发现无论是产品研发，还是运行维护，最缺乏的是下游的电气技术人才，原因是各类新能源的开发最终都要转换为电能使用。因此我院新能源科学与工程专业定位在培养风力发电、光伏发电行业急需的新能源电气技术人才上。

2 培养方案制定

2.1 培养目标

我院新能源科学与工程专业主要培养风能与太阳能开发利用的应用型工程技术人才，所培养的人才能承担风力发电与太阳能发电等新能源发电产品的设计制造、运行维护与管理工作，知识和能力培养体系如图1所示。由图中可以看到对应的知识模块包括三大类：机械、流体、电气和控制基础知识模块；风电场、光伏发电场设计、规划与施工知识模块；风电场、光伏发电运行管理、监控与维护知识模块。

图1 新能源科学与工程专业的知识和能力培养体系

2.2 课程体系

本专业主干学科包括动力工程、电气工程与控制工程，专业模块课程设置如图2所示。

图2 专业模块课程设置

(1)专业基础课包括外围基础课和电气基础课。外围基础课包括“机械工程基础”、“空气动力学”、“工程力学”和“热工学”。学生通过这些课程的学习，掌握与新能源发电有关的机械和力学基础知识。电气基础课包括“电路分析”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“电力电子技术”、“电机学”、“自动控制原理”、“单片机原理与接口技术”。对电气基础课程，在传统教学内容的基础上加入新能源元素，如学习“电力电子技术”课程时要进行光伏充电器、风力发电变流器与光伏发电逆变器的实物设计，学习“单片机原理与接口技术”课程时要进行光伏寻日控制器、风速与风向测试仪等的实物设计，以此强化电气基础知识在新能源领域的应用。

(2)专业课学习风力发电与光伏发电的原理性知识，包括“风力发电原理及应用”、“新能源及分布式发电技术”、“风电机组的监测与控制”、“太阳能光伏发电原理及应用”与“新能源并网发电技术”等。专业选修课安排了“风力发电系统的设计、运行与维护”、“光伏电站设计、运行与控制”等13门选修课，学生可以根据自己的学习兴趣与职业意向进行选择。

3 实践环节建设

3.1 电气与新能源综合实验教学中心建设

为策应沿海开发战略对人才的需求，新能源科学与工程专业成立后，我院优化整合了电气工程学院实验室、电工电子实验中心、电工电子工程训练中心等资源，建立了电气与新能源综合实验教学中心，并于2011年入选江苏省省级实验教学示范中心建设点[7～8]。实验中心建设理念和思路如图3所示，以电气新能源类应用型人才能力培养为主线，面向地方、面向行业、面向新兴产业需求，不断提高学生的工程素养、创新意识和综合实践能力；以服务校内、服务地方为使命，将中心资源主动辐射校内相关专业、主动辐射省内外相关行业，形成“一条主线、三个面向、双重辐射”的中心建设理念与思路。2014年，电气与新能源综合实验教学中心已通过江苏省实验教学示范中心建设点验收。

图3 电气与新能源综合实验中心建设理念和思路

3.2 多层次实践教学体系的建设

新能源科学与工程专业实践教学体系如图4所示，从知识结构、实践能力、创新教育等方面出发，使实践教学与理论教学有机结合，对实践教学体系和内容进行分模块、分层次、分类别的建设。实践平台包括公共基础实验平台、专业基础实验平台、专业实验平台与创新创业训练平台，分别训练学生的专业基础能力、专业系统设计能力与创新能力。

图4 新能源科学与工程专业实践教学体系

(1)公共基础实验平台训练学生对电类基础知识应用、设计及相关仪器仪表的实验动手能力，该平台包括了电工电路、电子技术等实验模块。

(2)专业基础实验平台与专业实验平台培养学生的专业系统设计能力，该部分实验内容与工程应用相结合，是专业人才培养的核心环节，共设置了14个实验模块；

(3)创新创业训练平台包括节能环保、电子电气创新、新能源应用与智能制造技术等实践平台，为学生提供创造空间与研发环节，突出对学生实践和创新能力的培养。

3.3 实践教学设备的联合研制与自制

新能源科学与工程专业是新设专业，到目前为止尚无教指委统一标准，这也导致实践教仪严重缺乏，实验室建设无从参考。我校组织教师结合自身教学与科研实践，采取联合研制与自制实践设备相结合的方法进行实验室建设。对于大型系统性较强的实验设备采取校企合作的联合研制方式，由我院教师提出实验设备要求，制定具体建设方案，参与整个建设过程，并不断调整实施方案，合作的企业负责实验设备的生产与制造。我院先后与河南许继工控有限公司、上海寰晨新能源科技有限公司、南京伟创晶光电设备有限公司、南京研旭电气有限公司等企业联合为室外风光互补发电并网实验室、室内风力发电实验室、风电机组监测与控制实验室、光伏发电实训室、风光互补实训实验室与智能微网实验室研制了相应的实验设备。

针对大型实验教仪集成度高、开放性不够的缺点，我院还组织教师结合自己的科研成果，研制小型/口袋型实验设备。先后开发了单片机学习板、电力电子学习板、小型永磁电机与异步电机控制学习板，将这些学习板提供给学生，使学生不受实验时间和场地的限制，随时可以验证所学的知识，让学生对所学知识有抽丝剥茧的体验。

4 师资队伍建设

通过“内培外引”等措施，建设了一支具有专业学术带头人带队、成员在年龄结构、学历结构、职称结构和学缘结构上配置合理，能够胜任专业教学工作的师资队伍。通过6年的建设，我院新能源科学与工程专业教师团队总数达到16人，其中高职比例达到50%，博士以上学位教师比例达到40%。

采取多种途径进行双师型教师的培养，如定期聘请风电场和风电设备制造企业、光伏发电企业有经验的专业技术人员对教师进行培训，利用寒暑假时间、学生生产实习和毕业实习时间，组织教师与学生一起下企业实践锻炼。先后派教师到江苏金风科技有限公司、龙源风力发电有限公司、华电福新能源股份有限公司、大唐大丰光伏发电有限公司与许继集团等企业实践锻炼，培养教师的实践能力，增强教师的工程素质。还采取教师和企业联合做科研项目、联合编写教材的方式使教师加强和企业的联系，提高对企业生产的参与度。

5 专业建设成效与经验

5.1 专业建设成效

2015年5月，我院的新能源科学与工程专业通过了江苏省学士学位授权评审组的实地评审，目前已经有2015～2017三届毕业生。据统计毕业的学生有70%在盐城和江苏其他各大风力和光伏发电企业工作，学生的新能源电气综合应用能力和创新能力较强，所学知识和生产实践能够很好对接，到工作单位后很快被作为骨干力量。高质量的毕业生也为我院新能源专业的人才培养起到了很好的宣传作用，新能源企业纷纷到我院招收学生，同时委托我院进行技术人员的职业培训，目前我院已经成为盐城及江苏新能源产业相关科技人员的培训基地，为国家沿海战略和地方新能源产业的发展提供了技术和人才支持。

我院自行研制以及与企业共同开发的新能源实验装置已被成功应用于我院实验教学过程，其中，室内外风力发电系统、实训系统、微网系统也被许继集团、南京伟创晶光电设备有限公司等企业推广应用，新能源实验中心的建设方法也已被外校借鉴引用。

5.2 建设经验

1) 根据市场需求确定办学定位

贴近市场办学是高校面向社会，为经济建设培养合格人才的重要渠道，是解决企业技术人才需求的有效途径。我院新能源科学与工程专业结合地方企业需求确定办学定位，根据实践需求进行培养方案的制定和课程体系的设置，除了毕业生受欢迎、容易就业外，还与地方新能源企业合作进行了多个接地气的人才培训与研发项目，真正融入了地方产业，有利于应用型人才的培养。

2) 借力集智进行实验室建设

采用学校和企业联合研制大型实验设备及教师自制小型/口袋型实验设备相结合的方式进行实验室建设。大型实验设备在确定了建设方案后聘请第三方企业如江苏金风科技股份有限公司、龙源大丰风力发电有限公司、大唐大丰光伏发电有限公司的企业工程师参与讨论，获取大量的第一手信息，再对方案进行修改。小型/口袋型实验设备则融入了教师的科研成果，有效弥补了大型设备开放性不足的缺点，使学生对所学知识既有系统的概念，又有细节的概念。

3) 充分激发教师参加专业建设

新能源专业从培养方案的制定、教材建设、实验室建设到具体的课程教学都需要耗费大量的时间和精力，为此我们是鼓励教师积极参与专业建设。为调动教师的积极性，学校为教学工作突出的教师设立了职称评审直通方案，实验室建设在满足教学需要的同时还充分兼顾参与建设的教师的科研需要。