新能源科学与工程新专业实验室建设思考

秦方博 沈娜 胡少强 林涛 杨上兴 郭长兴 韩凤琴

摘 要：华南理工大学广州学院作为广东省首家开办新能源科学与工程专业的院校，无论是专业建设还是实验室建设都无可借鉴的成熟经验。本文根据新能源科学与工程专业实验室建设过程中遇到的问题，指出了新能源专业实验室建设的必要性和紧迫性，从新专业实验室的目标定位、建设过程、运行保障等方面论述了实验室建设的基本措施，归纳了新能源专业实验室建设的初步经验。

关键词：新能源科学与工程; 新专业; 实验室建设

中图分类号：G482        文献标识码：A        文章編号：1006-3315（2021）4-172-002

实验室是有组织的开展实验教学的场所，对于新建专业，实验室建设不仅是培养学生专业实践能力的重要基础条件，更是应用型学校提高办学质量的重要保障。

作为应用型本科院校（华南理工大学广州学院），实验教学是学生课程学习的重要组成部分，对培养应用型人才起着至关重要的作用。2016年，华南理工大学广州学院获批在电气工程学院开设新能源科学与工程专业，成为广东省首个开办新能源科学与工程专业的院校。新专业的建设离不开实验室建设。本文提出了有关新能源科学与工程新专业实验室建设的一些思考和建议。

1.新专业实验室建设的必要性与紧迫性

高校实验室不仅是开展实验教学和科学研究的重要阵地，更是推动科技创新的重要场所[1]。实验室有教学型和研究型之分。新能源科学与工程作为新专业。首先应满足基础层次和专业层次实验教学的需要，确保课程基本实验能够开出，然后考虑综合和创新层次实验的开展[2]，为学生提供自主探索的实验环境。新能源科学与工程新专业实验室在建设过程中曾面临以下问题：

1.1专业特色决定必须建设新能源科学与工程专业实验室

新能源科学与工程是2011年教育部批准设置的本科专业，是能源动力学科下发展起来的新专业。我校新能源科学与工程专业课程设置涵盖了能源动力和电气两个学科。因此，我校新能源科学与工程实验教学内容要兼顾能源动力和电气两个方面。我校已有的电工技能实训室、输电基地、电力工程管理实验室和电机与电力电子实验室已面向我校电气工程及其自动化专业展开实验教学，具备成熟的实验教学体系和丰富的实验师资，可以服务于新能源科学与工程专业课设的电气类实验如电工进网作业许可证技能培训、塔杆技能训练、工程概预算、电机学实验等，但这还远远不够也不符合新能源专业实验教学特点。亟需补充符合新能源科学与工程专业特点的相关实验，如“新能源工学基础实验”“太阳能发电实验”“风力发电实验”等，建设新能源科学与工程专业实验室。

1.2人才培养要求建设新能源科学与工程专业实验室

学校各专业在不断进行理论教学改革，实验教学应据此做出相应的改革调整，以满足学生实验学习的需要。对于应用型本科院校中实践性强的专业新能源科学与工程来说，在保留传统基础验证性实验的基础上，更需开出综合性、设计性实验，培养适应国家建设需要的、具有创新能力的应用型人才。因此，新能源科学与工程专业实验室亟需建设与完善。

1.3“新工科”建设要求建设新能源科学与工程专业实验室

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略，2017年2月以来，教育部积极推进“新工科”建设。对于高校而言，新工科专业建设跨学科、重实践，注重创新创业教育。我校新能源科学与工程专业应顺应“新工科”建设要求，进一步加强和完善实验室建设，为培养学生的创新思维、实践能力营造有利氛围和环境。

2.新专业实验室的目标定位

实验室定位是新专业实验室建设的首要任务，在实验室建设前应对实验室定位进行严格、缜密的论证[3]。实验室定位既要与专业培养目标相一致，也要考虑各方面的人力、物力、财力等现实情况。

专业培养目标要符合学校的办学理念。我校新能源科学与工程专业结合学校应用型本科院校的办学定位，基于广东省新能源企业的现实需求和产业发展规划，确定以太阳能、风能利用技术为专业建设重点，致力于培养能够在风能、太阳能等新能源领域从事相关工程技术领域的开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级工程技术人才。我校于2016年成功申报新能源科学与工程专业，成为广东省首家开办新能源科学与工程专业的院校，专业建设和实验室建设可借鉴的经验较少，同时还面临着资金短缺和生产配套实验设备的厂家较少的问题。基于上述情况，我校新能源科学与工程专业实验室的建设应以培养学生的专业基础能力和专业创新能力为主，兼顾科学研究的综合性实验室建设。

2.1专业基础能力培养

实验室建设要严格按照实验教学的总体要求，体现出新能源科学与工程的专业特点。实验室建设应首先满足学生基础验证性实验的开出，如流体力学，热工基础等。基础验证性实验教学应重点选择新能源专业基础知识的内容，注重培养学生对新能源科学与工程的实践操作能力、问题分析能力及问题解决能力，同时加深对专业理论教学内容的理解和领悟。在建设过程中，应立足我校新能源专业建设实际情况，满足实验室近期基础验证性实验教学，着眼未来实验室发展建设。

2.2专业创新能力培养

随着化石能源的日益减少、环境污染的日益严重，新能源产业获得了前所未有的发展机遇。我国从保障能源安全的基本点出发，大力推动新能源技术研发，提倡新能源资源的利用。然而，当前我国新能源领域仍处于初步发展阶段，重要的关键设备及核心技术基本依赖国外市场[4]。具有自主创新能力的人才是新能源企业发展自身和抵御未来经济风险的需要。因此，我校新能源专业实验室建设应在满足基础验证性实验开出的前提下，结合社会需求，兼顾学生专业创新能力的培养。可以结合实际开设新能源发电与控制设计类实验、新能源利用系统综合性实验，鼓励引导学生参加学生创新项目等。逐步完善开放实验室管理模式，为培养学生的自主创新能力提供良好的实验氛围和充足的实验设备。

3.新专业实验室的建设过程

基于以上认识，我们在新能源科学与工程专业实验室建设时做了以下工作。

3.1申报实验场地

2016年，我院向学校递交了新能源专业实验室申报材料，学校批准将B8-401、B8-402、B8-403、B8-404、B8-406分别建设为新能源与输电仿真实验室、新能源工学基础实验室、太阳能发电实验室、光伏创新及微网控制实验室、风力发电实验室。各实验室面积充足，为实验教学提供了宽敞的场地，其中60-80平方米的实验室单次可为10-20人提供实验教学，100-120平方米的实验室单次可为40-50人提供实验教学。

同时，学院还在校外建立了适合新能源科学与工程专业的校外就业与实习基地。基地以广州地区企业为主，逐步向周边发展和延伸;涵盖国家级大学生校外教学实践基地、新能源发电站、新能源科技公司、新能源建设工程公司、电力设计院等共计16家。其中三峡水利枢纽实践基地为我院建立的毕业实习基地，该基地接受学生容量大，每次能接收260名学生，管理规范，与新能源专业结合紧密，能达到毕业实习相关目标;我院与广州南方电力建设集团有限公司共建的国家级大学生校外教学实践基地能为新能源学科与工程专业学生提供良好的实践训练项目和场地，每次接收学生约100人，对学生实践能力培养能起到良好促进作用;其他的实践基地可为本专业学生提供参观和专业实习，能进一步拓宽学生专业面，提升学生综合素质，有的基地接收学生量约为30人，部分基地可接收5-10人。

3.2购买和添置实验设备

实验设备是实验教学的硬件基础，实验室建设离不开实验设备的购买与添置。仪器设备购买前，我们收集了相关信息和资料，认真进行了市场调研，以确保所购实验设备性能优良，满足实验教学要求。此外，为提高设备的利用率，我们在拟定购置计划时进行了充分论证，尽可能使同一套设备服务于多门课程。目前，新能源专业购置的实验仪器和设备有：光伏产品开发创新综合实训平台、风力发电实验研发装置、太阳能综合测试实验装置、多能源互补微网控制及能量管理系统、智能风光互补发电测量控制及实训系统、生物质气化-燃蒸联合循环发电工艺流程模拟设备、数字型伯努利方程综合实验、气体定压比热测定仪/气压定压比热测定装置、塔式光热集热模型系统等等。光伏产品开发创新综合实训平台可进行“光伏系统搭建”、“PLC控制设计”等8个实验，可为太阳能发电及其控制，风力发电、新能源发电技术等课程服务。并可开发设计新的实验项目，设备利用率大大提高。风力发电实验研发装置可进行“垂直轴风力发电特性测试实验”“控制器工作模式实验”等5个实验，可为风力发电，新能源发电技术等课程服务。太阳能综合测试实验装置可进行“太阳能光伏电池与直接负载实验”“光伏发电系统实验”等7个实验，可为太阳能发电、新能源发电技术等课程服务。气体定压比热测定仪/气压定压比热测定装置、数字型伯努利方程综合实验可分别服务于热工基础、流体力学等专业基础课，为学生掌握专业基础知识提供保证。经过近几年的实验室硬件建设，新能源科学与工程专业实验室已初具规模，本专业课程实验开出率达到100%。

3.3编写实验教学大纲和实验指导书

新能源科学与工程专业的各门课程都有教学大纲，包括课程设计、金工实习等，实验课程也不例外。实验教学大纲由各实验课程的教师编写，主要内容包括本课程实验的学时学分、实验原理介绍、实验仪器设备的使用说明、实验过程的注意事项、实验报告的基本要求、实验考核方式等等。实验大纲在教学过程中可不断修改完善。

针对新能源专业特点，借鉴参考了国内开设新能源专业院校的一些经验，根据各门实验课的实验教学大纲编写配套的实验指导书。实验指导书主要内容包括实验原理、实验目的、实验步骤、数据记录和处理、注意事项、思考题等。

4.新专业实验室的运行保障

4.1加强实验室的规章制度建设

为确保新专业实验室的正常运行，需对新建设实验室进行高效合理的管理，这就离不开健全的管理规章制度。小到实验室教学大纲的制定、实验讲义的编写、仪器设备的维修和保养以及实验教学过程中的安全注意事项，大到实验教学、科研、社会服务情况的审核评估制度，实验室工作人员的管理制度，实验室物资的管理制度以及经费使用制度等，都应以具体的规章制度的形式体现出来，明确各相关岗位的工作内容和责任。目前，我院电气工程实验中心已制定了一系列管理制度（教学管理制度、实验室管理制度、实验设备管理制度等等），与学校现有管理制度共同构成了比较完备的管理体系。在现有实验室规章制度的基础上，针对新能源专业实验的特殊性（大部分实验属于弱电实验，部分涉及强电），应大力加强实验用电安全教育，落实防火责任制。

4.2加强实验室师资队伍建设

良好的师资力量和合理的师资结构是搞好新专业实验室建设的基本保障。新专业实验室中设备仪器的高效利用和长期维护离不开一支管理高效、具有较高专业水平的实验技术人员队伍。华南理工大学广州学院是一所文理渗透、多学科专业协调发展的应用型本科院校。学校结合地方企业的人才需求，旨在培养具有创新能力的高素质应用型人才。因此，我校新能源专业实验室师资队伍的建设也应面向应用型人才，在实验人员分配合理、满足基本的实验教学任务的基础上，兼顾学生创新项目的发展，吸收培养较高水平的实验技术人员。为提高实验室教师的技术水平，我院定期开展实验室技术培训，组织实验教学和技术人员去其他学院、学校参观学习;支持和鼓励实验技术人员参与到科研中去，在搞科研的过程中去思考如何更科学、有效的管理实验室。

对于新建专业来说，实验室建设涉及因素较多，是一项复杂的系统工程。作为应用型本科院校的新专业——新能源科学与工程，实验室建设显得迫切和必要。新建专业实验室如何保证日常实验教学的顺利开出，并且在培养学生基础实践能力的同时突出创新能力的锻炼至关重要。新专业实验室如何定位、新专业实验室建设的具体举措、新专业实验室建设的运行保障等是新能源科学与工程等新建专业实验室建設需要考虑的问题。

基金项目：华南理工大学广州学院2020年校级高等教育教学改革项目：55JY200301、55JY200304;华南理工大学广州学院2019质量工程建设项目：JY191401;广东省高等教育教学研究和改革项目：55SC180301

参考文献：

[1]任文莲.高校实验室管理及教学模式分析[J].当代教育实践与教学研究，2019，（13）：93-94

[2]王莉，杜艳红，靳登超，等.新能源科学与工程专业实践教学的探究[J]实验室科学，2016，19，（04）：159-162

[3]卢佃清，李新华，蔡立，等.应用型本科院校新能源科学与工程专业实验室建设的探索与实践[J]实验技术与管理，2014，31（12）：226-229

[4]章艺.新时期我国新能源发展现状分析[J]中国电力企业管理，2019：62-63