新能源科学与工程实验教学中心的建设实践

潘启勇, 钱　斌, 李俊峰, 张根华, 冀　宏, 范　瑜,周学礼, 侯海虹, 马玉龙

(1. 常熟理工学院 物理与电子工程学院, 江苏 常熟　215500； 2. 常熟理工学院 校地合作办公室,江苏 常熟　215500； 3. 常熟理工学院 教务处, 江苏 常熟　215500)



新能源科学与工程实验教学中心的建设实践

潘启勇1, 钱斌1, 李俊峰2, 张根华3, 冀宏3, 范瑜1,周学礼1, 侯海虹1, 马玉龙1

(1. 常熟理工学院 物理与电子工程学院, 江苏 常熟215500； 2. 常熟理工学院 校地合作办公室,江苏 常熟215500； 3. 常熟理工学院 教务处, 江苏 常熟215500)

通过政校企联合,构建了常熟理工学院面向职业需求的实验教学、创新训练、工程实践和企业实践四大平台教学资源。实验教学中心按照工程化教学方式方法改革,构建了内容、设备、时间、场地全方位开放的运行模式,搭建了新能源全产业链虚拟仿真平台,为品牌专业的建设与教学改革提供强有力的支撑。

新能源科学与工程； 实验教学改革； 实验教学中心建设

新能源科学与工程专业是国家战略性新兴产业相关专业之一[1-2]。早在2009年,常熟理工学院就与知名光伏企业进行了战略合作,政(江苏省教育厅和苏州市人民政府)校企三方合作成立了苏州市首家光伏科技学院,设置了光电信息工程(光伏技术与产业)专业,为苏州及周边地区培养新能源人才,是江苏省内最早设置新能源科学与工程本科教育的高校。2012年,学校根据教育部新增设的普通高等学校新能源科学与工程专业[2],正式招收新能源科学与工程专业学生,并通过政校企联合,建成新能源科学与工程专业实验教学中心[3]。新能源科学与工程专业于2012年获得教育部高等学校专业综合改革试点建设项目；于2015年获得江苏高校品牌专业建设工程一期项目(A类)资助。本文介绍常熟理工学院在品牌专业视角下建设新能源科学与工程专业实验教学中心的具体做法和经验。

1　实验室建设规划

实验室建设规划在实验室建设与管理工作中具有十分重要的地位与作用。常熟理工学院根据应用型本科高校的办学定位、教育部“卓越工程师教育培养计划”和苏州市产业对人才的需求,确定新能源科学与工程专业实验教学中心建设的思路是“突出重点,凝练基础,强化实训,兼顾科研”。

突出重点,即以光伏技术为重点；

凝练基础,即整合现有省级基础实验教学中心；

强化实训,即注重建设校内工程实训平台,培养学生的工程实践能力；

兼顾科研,即在满足教学需要的基础上,兼顾应用型科研实验平台和学生创新制作平台建设,为学生进行毕业设计、科技创新、教师科研以及相关学科建设服务[4-5]。

图1为常熟理工学院新能源科学与工程品牌专业建设的愿景。该专业面向社会,根据智能家庭、智慧城市、低碳生活、生态城市的建设需要培养人才,确定本专业的知识、能力架构,并以学校现有的云平台、三网融合和海洋检测等学科或基地为支撑,按照光伏发电、新型储能技术和风力发电3个方向制订新能源科学与工程专业实验室的建设规划。

图1　品牌专业建设与实验室规划愿景

2　实验室建设内容

2009年,国内某知名光伏企业向常熟理工学院捐赠了250万元资金共建太阳能电池组件实验室；同时,学校获得中央财政支持地方高校建设光伏技术实验室建设经费600万元。2011年,在常熟市政府的政策扶持下,政校企三方积极推进光伏示范工程建设,联合建设了一座1.1MW的太阳能屋顶示范发电站,为新能源科学与工程专业的学生实践教学提供了良好的硬件条件[6-7]。通过面向职业需求的实践资源配置,打破了传统的以学科配置实验室和实训室的框架,通过校企共建、冠名竞赛、企业捐赠、合作建立研发中心等方式,构建了校内校外实践环节相互贯通、相互推动的新能源科学与工程专业实验教学体系、学生创新训练体系和职业训练体系。与该体系相匹配,进行了如图2所示的实验教学、创新训练、工程实践和企业实践四大平台资源建设。这些平台从设计到建设都有企业的参与,实现了校企共建、资源共享、互利共赢,充分体现校企合作教育的思想[8]。

图2　四大平台资源建设

在实验中心建设初期,参考了澳大利亚新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院、南昌大学太阳能光伏学院和华北电力大学可再生能源学院的相关实验室,并与中利腾晖光伏科技有限公司等十几家大中型新能源企业全面合作,考察相关设备的实际应用状况,努力提高实验室建设的科学性和前瞻性,为后续设备的购置提供了重要的参考[9-10]。遵循学校专业发展规划和突出学科特色、合理调整布局、优化资源配置、强化科学管理、提高投资效益的原则,以省级基础物理实验教学示范中心、省级电工电子实验教学示范中心为基础,建设专业化、综合性的新能源科学与工程实验教学中心,中心架构如图3所示。其中新能源技术实验教学中心几个主要实验平台的用途和对应课程见表1。

图3　新能源科学与工程实验教学中心架构

实验室名称主要用途对应课程光伏材料制备实验平台单晶硅和多晶硅的提炼、硅片切割、研磨、腐蚀、抛光、清洗等生产工艺训练硅材料,电池原理及制造光伏电池测试实验平台各种太阳能电池片、组件和成品在模拟实际环境情况下的性能测试光伏电池可靠性测试及测试标准光伏组件实验平台熟悉太阳能组件的生产工艺光伏电池组件的设计及制造薄膜太阳能电池实验平台用化学气相沉积等方法制备薄膜太阳能电池的工艺和过程薄膜太阳能电池制备和组装发电与控制实验平台太阳能光伏板能量转换实验、环境对光伏转换影响实验、光伏发电控制器实验、光伏发电逆变器实验、户用型控制器充放电保护实验、太阳能系统电器负载实验、风电互补发电实验光伏发电与控制锂电池与超级电容实验平台、燃料电池实验平台锂电池、超级电容、燃料电池等新型储能材料制备技术储能材料及其制备技术

3　实验室运行措施

3.1工程化教学改革

中心聘请了国内新能源领域著名的10位专家担任兼职教授。兼职教授承担部分专业课程教学工作,并担任本科生的联合导师,参与指导创新训练、工程实践和毕业设计。中心根据新能源科学与工程专业实践性强的特点以及“卓越工程师教育培养计划”的要求,以学生工程实践能力、创新意识与初步科学研究能力的培养为核心,以工程实践与科研训练为主线,将专业知识体系划分为公共基础教育、工程基础教育、工程专业教育、企业工程实践4个层次。培养方案突出新能源材料、发电与控制系统设计、储能技术、光伏电站运行与管理、能源管理等教学内容,大大增加了实践环节的比重,确保专业实践教学学分达到总学分的40%以上,使学生有兴趣、有研究、有实践地学习专业领域的知识,逐步、系统地增强工程实践能力、创新能力与科学研究能力。用基于项目的研中学、做中学的思路改革实践教学内容、创新实践教学模式,着力提高学生的工程素养、培养学生工程实践能力、强化学生知识能力体系的行业印记[11]。

3.2构建全方位开放的运行模式

开放的实验教学体现了以人为本的教学新理念,把学习主动权交给学生,给予学生更大的自由度。面

对新的教学理念,实验中心实行时间、内容、设备、场地全方位开放。学生可自己安排实验时间,根据自身的基础和所学专业,自主挑选适合自己知识基础、特长和兴趣的实验项目和实验内容,并自主设计实验方法、选择所需的实验仪器和设备,在不同的实验室甚至到宿舍、到野外进行实验。实验室的全方位开放促使学生主动、积极地去学习和思考,有利于培养学生的发散思维能力、独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力[12]。近年来,学生发表高质量论文的数量不断增加,学生在创新训练、科技项目和学科竞赛中也取得了丰硕的成果。

3.3强化基于企业现场的实践实训

中心与中利腾晖光伏科技有限公司、江苏润达光伏科技有限公司、江阴海润太阳能电力公司、苏州迅通太阳能科技有限公司、苏州冠硕新能源有限公司、无锡晶石新型能源有限公司、苏州宇量电池有限公司等13家大中型新能源企业签订全面合作协议,为新能源科学与工程专业提供了坚实的实践实训基础。校企双方采取融合式教学,进行10余周的现场实践教学,做到企业工程教育课程群与企业实践紧密结合,明确学生的实训、毕业设计必须与企业生产实际密切相关,学生要参与工程方案的设计、开发,有机会提出、审查、选择为完成工程任务所需的工艺、步骤和方法,强化学生工程实践能力和工程素质的培养。

3.4搭建全产业链虚拟仿真实验平台

中心以培养学生综合设计能力和创新能力为出发点,整合了信息化实验教学资源,创造性地建设了能够贯通光伏全产业链的虚拟仿真实验平台。该仿真平台实现了从光伏材料的数值计算、实验与数据分析、光伏器件制造、发电与控制、并网等全过程的协同仿真。在该平台,硬件实验与软件仿真无缝对接、远程控制与实地操作相互支持,目前已经实现了与专业应用软件数据共享、云端存储和虚拟实验的远程计算。虚拟仿真实验平台的构建,推动了信息化条件下自主学习、探究学习、协作学习等实验教学方法的综合改革。通过不断完善与实际应用,该仿真实验平台在提高教学能力、拓展实践领域、丰富教学内容、降低成本与风险、开展绿色实验教学等方面发挥了重要的作用。

4　结语

常熟理工学院按照应用型本科的办学定位以及“卓越工程师教育培养计划”的要求,建设了新能源科学与工程专业实验教学中心,探索并构建了一个适合应用型本科院校学生进行专业实践实训的教学体系和实践教学模式,为品牌专业的建设与教学改革提供了强有力的支撑。中心的建设经验可为相关高校提供参考和借鉴。

References)

[1] 田红.基于战略性新兴新能源产业发展的能源动力类专业人才培养探讨[J].中国电力教育,2014(31):59-61.

[2] 郭瑞,王胜辉,高微,等.“新能源科学与工程(太阳能方向)”专业人才培养初探[J].沈阳工程学院学报:社会科学版,2012,8(3):400-402.

[3] 韩新月,何志霞,王谦,等.新能源科学与工程专业人才培养探讨[J].中国电力教育,2013(5):9-11.

[4] 张大良.把握“学校主体、地方主责”工作定位 积极引导部分地方本科高校转型发展[J].中国高等教育,2015(10):23-29.

[5] 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.

[6] 丁晓昌.推进高等教育综合改革 破解体制机制障碍[J].中国高等教育,2013(21):30-33.

[7] 张庆奎.建设应用技术大学的战略思考:基于常熟理工学院的办学探索[J].常熟理工学院学报,2014(3):24-30.

[8] 钱斌,徐健,韩志达,等.全程化立体式“333”大学生创新创业体系的构建和实践[J].实验技术与管理,2014,31(7):137-140.

[9] 吴志功,徐玲玲.太阳能工程教育国际比较及课程标准研究[J].高等工程教育研究,2010(6):77-81.

[10] 杨世关,李继红,董长青.国内外新能源专业人才培养方案对比与分析[J].中国电力教育,2013(2):58-61.

[11] 崔军.回归工程实践:我国高等工程教育课程改革研究[D].南京:南京大学,2011.

[12] 吕小兰,戴延凤,胡满根,等.学分制开放式实验教学模式的探讨[J].实验室研究与探索,2012,31(8):121-124,146.

Practiceonconstructionofexperimentalteachingcenterforrenewableenergyscienceandengineering

PanQiyong1,QianBin1,LiJunfeng2,ZhangGenhua3,JiHong3,FanYu1,ZhouXueli1,HouHaihong1,MaYulong1

(1.CollegeofPhysics&ElectronicEngineering,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu215500,China； 2.OfficeofInstitution-localityCooperation,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu215500,China; 3.OfficeofAcademicAffairs,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu,215500,China)

Throughthecooperationofthegovernment,collegesandenterprises,theteachingresourcesforfourplatformsarebuilt,including,experimentalteaching,innovativetraining,engineeringpracticeandbusinesspractice,whichfacetowardscareerdemands.Thereformofexperimentalteachinginthecenterisperformedaccordingtoengineeringteachingmethods.Theall-roundopeningoperationmodesofcontent,equipment,timeandspaceareconstructed,andalsoavirtualsimulationplatformfortherenewableenergyindustryisbuilt.Allthethingsprovidethestrongsupportfortheconstructionofthetop-notchacademicprogramsandthereformofeducation.

renewableenergyscienceandengineering;reformofexperimentalteaching;constructionofexperimentalteachingcenter

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.042

2016-03-14修改日期：2016-05-16

江苏省高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015A030)；教育部“十二五”本科专业综合改革试点项目；江苏省“十二五”高等学校重点专业能源动力类建设项目(苏教高[2012]23号)；江苏省2015年高等教育教改研究重点课题(2015JSJG041)

潘启勇(1971—),男,江苏宝应,硕士,副教授,副院长,主要研究方向为实践教学管理与实验室建设.

E-mail：panqy@cslg.edu.cn

G482

B

1002-4956(2016)7-0171-04