“一体两创三应用”新能源工科实践体系的构建与实践

黄志高 林应斌

摘 要：目前关于新工科建设中实践教学体系的研究和实践还比较少。本文以新能源工科实践体系构建与实践为例，以“学中做、做中学”为指导思想，以创新创业能力培养为主线，介绍了构建“一体两创三应用”新能源工程实践教学体系、促进新能源工科专业建设的思考和经验。

关键词：新工科；新能源科学与工程专业；实践教学；一体化；创新创业

新工科“新”在哪里？在“天大行动”和“北京指南”中给出了清晰的答案：一是新理念（应对变化，塑造未来）、新要求（培养多元化、创新型卓越工程人才）、新途径（继承与创新，交叉与融合，协调与共享）[1-8]。二是明确“三新”工程学科专业[9]，即新兴、新型和新生工程学科专业。“新兴”指的是全新出现、前所未有的新学科，主要指从其他非工科的学科门类孕育出来的、面向未来新技术和新产业发展的学科，如以新能源、新材料、生物科学为代表的新学科，它们催生了一批如光伏、锂离子电池和基因工程为代表的新产业。“新型”工科代表对传统的、旧工科进行转型、改造和升级。“新生”指的是由不同学科交叉，包括现有不同工程学科的交叉复合、工程学科与其他学科的交叉融合等而产生出来的新学科。

新工科建设中实践教学体系建设的关键要素是什么？通过学习总结应该有如下几点[6-12]：（1）理念引领。在“品行、知识、能力和思维”四位一体的培养理念的引导下，着力培养“精益求精、追求卓越”的工匠精神。（2）建“教育、培训、研发”三位一体的共享型协同育人实践教学平台，打造共商、共建、共享的工程教育责任共同体，深入推进产学合作、产教融合、科教协同，完善协同育人模式。（3）突出研究成果及时转化为教学内容，重点培养学生的设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维。（4）强调“创意—创新—创业”能力的培养，推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式。

新能源科学与工程属于“新兴”工科。学院重点开展了与光伏、锂离子电池和智能测控新产业密切相关的人才培养和实践平台建设，结合我国高校新能源工科实践教学的现状，以“学中做、做中学”为实践教学的指导思想，以创新创业能力培养为主线，构建了“一体两创三应用”工程实践教学体系，促进新能源工科专业建设。

一、新能源科学与工程专业实践教学体系现状

新能源科学与工程专业是教育部2011年批准的第一批战略性新兴产业专业，涉及物理、能源与动力工程等多个学科，属于交叉学科。截至2017年底，全国开设新能源科学与工程专业的大学和院校共计98所（其中89所高校开设了光伏材料或光伏系统方向），不仅有“985工程”“211工程”高校，还有一些新办本科院校，办学基础和实践教学差异性大。部分院校在办学过程中没有结合区域经济发展和自身的优势，适时调整办学理念并制定出符合自身特点的人才培养方案，工科人才培养目标趋同、定位不准确；对于通识教育与工程教育、实践教育与实验教学之间的关系和区别存在模糊认识，实践教学体系的构建缺乏系统设计，体现不出整体性、针对性和办学特色；课程设置呈现“随意性”和“趋同性”，有些课程是“因人而设”和“因设备而设”，实验实践教学呈现“碎片化”；所培养的工科学生普遍存在知识结构缺陷、工程实践能力不强、解决问题能力較差的情况，不能很好地适应社会与企业发展的需求。

另外，新能源工科人才培养模式中所倡导的“校企合作” 在实施过程中面临“学校积极，企业冷淡”尴尬局面。大多数校企合作动力不足且缺乏长效机制，仅仅停留在“为学校解决学生实习”问题上，而在专业建设与发展、工科人才培养模式、课程体系与教学内容改革、共同研发实验教学仪器和共同解决企业生产技术难题等领域的深层次、校企共赢的合作很少。这种浅层次校企合作导致优质资源难以实现双向流动，创新性科研成果难以转移、转化，不容易培养出适应现代企业需求和服务区域经济发展的工科人才。

二、“一体两创三应用”工程实践教学体系的构建

学院在新能源科学与工程专业建设和人才培养过程中，通过与北京海瑞克科技发展有限公司的战略合作，结合社会发展需要和行业发展趋势，共同制定人才培养方案，共同设计实验实践教学模块和课程内容体系，共同开发实验教学设备，形成了教学相长、科教融合的“一体两创三应用”工程实践教学体系。

1.建立“课堂理论教学—实验探索创新研究—综合应用—中试工程训练—企业实训”一体化实践教学体系

学院以社会需求为导向，以提高学生创新创业和工程实践能力为目标，以“学中做、做中学”能力培养为指导思想，依托福建省量子调控与新能源材料重点实验室和福建省太阳能转换和储能工程技术研究中心平台，凝练实验实践要素，构建了“课堂理论教学—材料探索创新研究—综合应用—中试工程训练—企业实训”一体化实践教学体系，开设了“理论基础能力培养模块”“材料基础研究模块”“工程实训实践模块”和“创新创业素质拓展模块” 4个课程模块，增强实践教学体系构建的系统性、整体性和针对性，解决实验教学过程中的“碎片化”，培养理论基础扎实、创新能力强、工程实践能力强、知识面宽广的高素质人才，彰显专业办学特色。

下面以太阳能光伏材料与发电工程一体化实践教学体系为例加以说明。

（1）一年级新生以“学”为主。通过“大学物理”“大学化学”“大学物理实验”“大学化学实验”等公共课和基础课学习，让学生掌握基本的实验知识、实验方法和实验技能，培养学生严谨的科学态度和良好的科学素养；通过开设“新能源导论”课程，使学生了解相关新能源科学与工程专业内涵特点、专业与社会经济发展的关系、专业涉及的主要学科知识和课程体系、专业人才培养基本要求等，帮助学生形成较系统的专业认识，了解专业内涵和发展趋势；通过开设“专业认知实践”课程，增强学生的专业认同感与归属感，让学生意识到培养方案中课程设置的必要性和重要性，明确大学四年的学习目标，提高学生学习的积极性和主动性。

（2）鼓励二年级学生“学中做”，增强学生创新意识。一是开设专业基础知识、新能源基础实验方面的课程；二是通过拔尖人才计划、卓越工程师计划和本科生课外科技立项等人才项目，使学生携带项目进入相关教师课题组参与科研课题的研究，形成“学中做、做中学、边学边做”的良好实践氛围，在科技素养训练过程中培养科研研究能力与创新意识。

（3）强化三年级学生“做学合一”，边做边学。通过20个新能源综合实验和3个工程化实训项目，使学生系统掌握新能源材料的合成、性能测试，掌握新能源器件的设计、生产相关工艺和设备维护维修等实践性强的知识。20个新能源综合实验涵盖太阳能电池、LED光电子材料、储能材料和能源智能管理四个方向，每个学生根据自身特点选做其中的5个实验项目；工程化实训重点涵盖太阳能光伏工程实训、锂离子电池工程化实训和能源智能管理实训三个方向。3个工程化实训平台严格按照企业中试生产线标准建设与管理，教学过程接近于企业生产实践。实训的目的在于检验学生理解、掌握和应用相关知识的程度，培养学生的综合实践能力和创造性，包括分析和解决问题的能力、创新意识和职业道德等，为学生进入企业实习和走向社会奠定坚实的基础。

（4）四年级学生“亲企业”实践（1～5个月）。通过进入生产一线的“亲企业”实践，进一步提升学生的专业基础知识和工程实践综合能力，增强学生的创新创业能力。

2.设计并自主研发了“课程和基础实验—专业实验—综合实验—创新实验和创业实践—‘亲企业工程化实践”五位一体的智能能源教学系统

我们基于工科实践教学需求，将多年的项目研究及应用开发成果，特别是所承担的福建师范大学校园智能能源管理系统项目开发所取得的一系列研究成果（产品、专利等），融入新能源类本科专业工程实践教学体系中，设计并自主研发了“课程和基础实验—专业实验—综合实验—创新实验和创业实践—‘亲企业工程化实践”五位一体的智能能源教学系统。实践证明，这个体系有效提升了新能源工科学生科技创新和工程实践能力。

3.将“两创”教育融入实践教学体系

学院在新能源科学与工程专业人才培养过程中，注意将课堂教学与课外活动、校内教学与校外实践有机结合起来，将创新创业教育融入人才培养全过程，构建出立体化、多层次的实践教学体系，多角度培养学生创新能力和解决实际问题的能力，着力培养学生的创新精神和“精益求精、追求卓越”工匠精神。例如，我们将“能源经济学”等金融思想植入创业实践教学模块，通过开展工程训练实践、挑战式课程、创新创业系列课程，夯实学生自主创业所需的经济管理理论基础与实践能力；鼓励并支持学生积极参加“挑战杯”“互联网+”学科竞赛等，实现经营管理与工程实践的有机结合，努力提升学生的创新、创业、就业能力。

通过践行“两创”教育融入实践教学体系，学院实现了50%以上工科专业学生参加“大学生创新创业训练计划”和相关赛事活动，推动了产学研用紧密结合和科技成果转移转化。

4.推动科研成果应用于本科教学实践、实践平台应用于创新创业教育、平台技术应用于社会公共服务

结合新能源科学与工程专业新工科特点，学院筹措专项经费精心打造实践教学平台，建成了新能源材料科学基础实验室、新能源材料物理综合实验室、材料结構分析实验室、光伏材料实验室、光学特性测量实验室、薄膜材料实验室和储能材料实验室等科技创新平台，建成了太阳能光伏材料与发电工程、锂离子电池材料与工程、能源智能管理3个校内实训实践基地，既提升了学生创新创业能力，又增强了实践平台服务社会的能力。

（1）科研成果应用于本科教学实践。教学与科研相结合是教学、科研辩证关系的内涵使然，是培养学生创新能力的根本保证，两者相结合极大地促进了课程和教材建设，提高了教师的教学水平和人才培养的质量。

一是教师和工程师注重将科研成果融入课堂教学中，将新知识及科研新成果及时融入教学内容中，丰富课堂教学内容，激发学生的学习兴趣。这种教学方式既培养了学生的创造性思维和创新意识，又提高了学生的学习主动性和创新创造意识。特别强调的是，北京海瑞克科技发展有限公司工程师们倾心于新能源工科教育，把他们工程实践经验融入课堂教学，制作了120节课的手机APP光伏微课。

二是教师和工程师注重将科研成果转化为教学资源，完成了新能源虚拟仿真项目。学院与厦门大学合作，将科研成果应用于新能源虚拟仿真项目的设计，并通过战略合作企业——

厦门凤凰创壹软件有限公司，完成了全国首个锂离子电池虚拟仿真项目。北京海瑞克科技发展有限公司基于10年光伏发电研发的成果，并结合学校光伏专业方向教学的需要，研发了太阳能光伏电站设计与仿真软件。它具有互动性、智能化和个性化的特点，为线上与线下互动学习、为企业和教师培训提供了重要的平台。

三是教师积极将科研项目转化为实验项目。学院立足地方经济发展特色，结合专业特色方向和师缘结构，依托工程实践教学平台，以从事科学前沿研究且具有博士学位的年轻教师为骨干，开设了包含X射线衍射和原子力显微镜在内的15个新能源基础实验项目（必做项目），以及包含太阳能电池材料合成和18650锂离子电池制作在内的20个新能源综合实验项目，每年承担学院120名工科专业学生的毕业论文与毕业设计，内容涵盖学院涉及的新能源材料合成与器件制作。通过开展科研项目嵌入式的实践教学，显著提高了学生科技创新意识和实验动手能力。

四是教师积极将科研项目转化为本科生科技立项。学院将具有博士学位教师指导本科生科技立项制度化，每年提供40多个课题服务于学生课外科技立项和创新创业项目，每年承担国家级、省级、校级科技立项和“挑战杯”竞赛等10余项，受益学生达60人以上。在项目执行过程中，学生熟悉了科研工作的基本过程、科研工作基本思路和方法，掌握了追踪科技前沿的方法和渠道，掌握了实验的基本操作和数据分析等科研工作的基本方法和技能，学生的科研创新能力与实践能力得到了提高。

（2）实践平台应用于创新创业教育。学院基于地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，把握行业人才需求方向，发挥自身优势，凝练专业特色，建设了集科技创新性研究和工程化应用为一体的工程实践教学平台，通过产教融合、校企合作，增强学生的科技创新和就业创业能力。

校内实践基地不仅是科学研究和实践教学的重要场所，也是学生企业顶岗实习生产实习的培训基地，还是进行多工种实际技能培训的场所。学院打破生产实习的常规方式，在学生进入企业实习之前，安排学生在校内实践基地进行为期3个月的生产技能训练，实训期间严格按照工厂制度管理，跟班组参与工厂生产，学习实际的操作本领，有效地解决了学生在校掌握的专业知识和技能与企业需求不适应的问题，提高了毕业生的就业率和就业质量。另外，实践基地除供学生进行规定的实践技能培训外，还可以根据学生的不同爱好，以及社会对职业技术性能的要求对某种特种专业技能进行系统培训，使他们熟练掌握有关企业运作的各种实际技能，为现代新能源企业提供理论基础扎实和实践操作能力强的优秀人才。

（3）平台技术应用于社会公共服务。一是为全国新能源科学与工程专业建设的探索添砖加瓦。作为全国新能源科学与工程专业联盟的重要单位，我院和北京海瑞克科技发展有限公司通过组织召开专业建设研讨会和开发教学系统，将专业建设经验和实践教学成果分享到兄弟院校，一定程度上服务了全国新能源科学与工程专业的发展。

二是为地方经济建设与企业发展贡献一份力。学院在实现校企合作目标的基础上，建立社会服务中心，拓展实训实践中心与新能源地方企业的合作功能。例如，与飞毛腿（福建）电子有限公司开展福建省产学合作重点项目及省发改委重大专项研究，并共建省级大学生课外实践教学基地；利用校企合作产学研平台，教师带领学生团队共同完成企业技术课题；面向福清易佰特新能源科技有限公司、飞毛腿（福建）电子有限公司和中国科学院海西研究院等企业开展职工职业技能初级培训，并实施企业骨干职工的学位提升计划，便于他们更好地服务社会。

参考文献：

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[责任编辑：夏鲁惠]