校企合作新能源工程训练营探索与实践

易 磊， 张 蓉， 尹 仕

(华中科技大学 电气与电子工程学院， 湖北 武汉 430074)

0 引言

新经济的快速发展迫切需要新型工科人才予以支撑，尤其需要高校面向未来布局新工科建设，探索多样化和个性化的人才培养模式，培养具有创新创业能力和跨界整合能力的工程科技人才。而工程意识是工程师最重要、最基本的素质之一，也是如今高等院校工程教育的薄弱环节。把工程的基本知识纳入大学通识教育范畴，在高等教育中贯穿工程文化和工程伦理教育，是中国工程教育改革必须面对的时代课题[1～5]。

目前各高校在校企合作方面进行积极探索，但是对于当前的工程教育，从内容上看，与实践和社会需求脱节，滞后于产业和社会发展需求；从模式上看，合作环节多采用“生产实习”方式，企业是被动参与，并且传统合作企业对象单一化，无法满足学生全面培养要求。企业多以捐赠、冠名、奖学金、组织竞赛等形式进行浅层次合作，以盈利为目标，对教育投入缺乏内在动力，导致学生动手实践能力和创新素养难以提升，不易达到学校实践育人的培养目标[6～8]。

为解决以上校企合作存在的不足，本课程组邀请深圳禾望电气股份有限公司共同参与新能源工程训练营的设计与实施。在学习目标上，邀请企业参与制定，从而在一定程度上反映社会和行业对人才培养的最新要求；在教学内容上，将企业的真实案例和项目导入，学生借此接触产业和技术的最新发展，同时为学生营造更真实的学习情境；在教学组织上，将企业的工程项目管理的方法和流程引入到训练营之中，学生以接近于实际工程项目开发的形式进行实践和学习，继而帮助学生建立起现代工程和工程师的认知。本文结合我校开展校企合作新能源工程训练营课程的基本情况，探讨高校工程教育课程的教学方法与模式[9～10]。

1 新能源工程训练营课程介绍

“新能源工程训练营”是我校与深圳禾望电气有限公司合作开发的、为增强实践教学体系工程性和综合性而新开设的一门工程实训课程。课程授课对象为电气专业本科二年级学生，授课时间为暑期。课程目标是培养学生现代工程意识和工程实践能力，开拓学生社会视野，引导学生解决工程实际问题，为学生创造有意义的工程教育体验，激发学生探索和解决复杂工程问题的勇气和热情。课程采用校企协同育人模式，由企业工程师和本校专业教师共同进行课程设计、共同实施教学，共同评价学生学习成果，校企合作举办和进行知识与技术讲座、技能培训并提供详细学习资料和工具软件。

课程分为两个阶段，第一阶段是电气工程与自动化专业学生必修模块，学生按照工程开发管理流程，理解和应用新能源发电涉及的相关理论知识，围绕某类新能源发电设备或系统，完成功能定义、性能测试、产品/功能设计、安装调试、运行验证等各阶段的工程训练，初步具备一定的工程意识和工程能力。

第二阶段是电气工程与自动化专业学生选修模块，学生在第一阶段基础上，能系统设计和制作完成一个具有新能源理念的创意设计，初步具备工程意识和工程设计能力。

在本课程结束时，学生将能达成以下具体目标：

(1)核心知识目标：能描述系统意识、创新意识、团队合作意识，管理意识、实践操作能力、团队合作能力、项目管理能力、沟通表达能力的定义，与工程营项目有关的概念；能识别并定义一个项目，能确定项目的结构、主次与重点。

(2)学以致用目标：能用系统思维、批判性思维、创造性思维、实践性思维完成项目的构思、设计、实施、运作；能应用实践操作技能、团队合作技能、项目管理技能、沟通表达技能完成项目各项任务；能形成目标导向思维，即围绕项目目标的达成学习知识与实施项目管理。

(3)触类旁通目标：能运用所学的工程知识与技能解决工程训练营任务或项目的设计、实施、运行中的问题；能描述工程营项目所在行业的基本概念及未来发展，并能综合分析其对社会、经济的影响；能分享工程营、项目、企业、社会的认知，并思考学业发展与职业规划。

(4)人性维度目标：学生能评估自己的工程意识认知程度，能评估自己的工程能力水平；能评估企业、产品、工程项目、团队的社会价值。

(5)人文关爱目标：能运用项目管理技能管理项目，并能与项目利益攸关方进行有效沟通；能运用团队技能管理团队或知道如何为一个团队工作，并能与团队成员进行有效沟通；能领会工程师的角色与责任；能用系统思维、批判性思维、创造性思维、实践性思维和目标导向思维处理生活中遇到的问题；能确立从事或放弃与项目所在行业，并为之做好准备。

(6)学会学习目标：能阅读教师与企业导师提供的学习资料，并完成相关任务；能组建团队、管理团队或以团队的一员行事；能制定项目管理制度并执行；能围绕项目目标和拥有的资源学习知识，并与团队成员合作开展项目的设计、实施与运行；能反思项目设计、开发与实施经历，构建新的、更有意义的工程意识。

2 新能源工程训练营教学内容

新能源工程训练营的教学内容是根据课程目标和人才需求而确定的，课程内容分两个阶段设置，各阶段教学内容设计如下。

第1阶段：

(1)通识单元：学生能领会终身学习、团队合作定义，并应用终身学习、团队合作和沟通技能开展自主学习与实践、协作解决相关工程问题或项目；

(2)通识单元：学生描述项目管理的项目评估及立项流程，概述项目进度管理方式，工业设计在产品设计中的作用，描述成本管控和供应链管理；

(3)文献综述：学生通过查阅文献，有效收集整理有关新能源发展相关资料信息，综合分析新能源发展对政治、社会和环境的影响，撰写相关综述报告，并用海报形式阐述自己观点；

(4)系统方案：根据典型案例，能应用现代工具，对新能源设备和系统方案进行分析和评价，提出改进意见；描述和选取不同的形式的新能源设备，构建新能源发电系统方案；

(5)方案仿真：能处理松散定义和不完整输入数据，据此构建新能源发电系统的数学模型，解释解决方案的合理性；采用Matlab进行控制器的仿真设计，而在光伏电池板安装上采用Archelios CALC进行设计，充分考虑日照、安装场地等因素。

(6)分析优化：处理模型中多耦合因素，如环境、气候、负荷等，应用优化评估方案的经济可行性(能量调度控制策略)；

(7)实施运行：设计完成一个小型光伏发电并网系统，完成一定的应用型功能(太阳能路灯、太阳能家居)，通过仿真和实验验证方案有效性。

在第1阶段，学生通过班级团队合作的方式进行动手实践操作，完成任务包括：光伏电池板的安装、施工与电池板串并联连接，光伏并网逆变器实物的组装与测试、并网数据分析。通过动手实践，学生初步了解项目开发、设计与施工流程，掌握一定的工程意识和工程能力。

第2阶段：

(1)自我评估：进一步完善方案、功能拓展，发展工程评估的认知阶段。

(2)创新创意：自由拓展，激发创新意识，形成较完整的产品原型机，发展工程创造的认知阶段，并能进一步工程化和社会化。

在第2阶段，学生以3-5人一组完成光伏并网逆变器中单元电路的设计、PCB、电路焊接与调试，可提供升压boost电路、逆变器电路等供学生选择。

“新能源工程训练营”教学内容如下图1所示。

图1 《新能源工程训练营》教学流程示意图

3 新能源工程训练营教学方法

新能源工程训练营的教学方法采用案例教学、项目驱动和全开放式的方法，具体如下：

(1)案例研究：提供新能源产品案例供学生团队分解，用逆向工程帮助学生构建新能源系统认知；参观光伏新能源研究院/公司企业/实验室，帮助学生构建新能源产品设计、研发及生产的过程认知。

(2)项目驱动：分阶段设置不同挑战难度的项目任务，学生团队自主论证光伏项目设计实施方案、开展项目管理和团队建设、围绕光伏项目的功能需求学习方案设计、工程管理、计算机仿真、工业设计等与新能源开发相关的基础知识，利用所学知识与技能完成项目任务。

(3)全开放：向学生开放学习场地和设备，提前告知学生课程培养目标、教学方法、学习方法及教学评价，将学习资料、工具软件提前发放给学生；邀请学生参与教学设计、教学管理及教学评价，知识与技术讲座、技能培训和项目功能实现紧密结合，学生可根据项目需求或自身兴趣自由选择参与。

4 教学效果

课程组与华中科技大学教育科学研究院团队合作，开展大学生工程实践能力评价体系的研究。以电气学院2016级一届本科生为研究对象，以“新能源工程训练营”课程为研究载体，采用前后侧评价方法，对比分析课程实施前后学生自我体验，并以此对修订后的课程体系实施成效进行评价分析，目前完成第一阶段数据分析。设计了专门的工程实践能力评价量表，如表1所示，共分为5个一级指标和19个二级指标。

表1 工程实践能力量表

1)课程前后学生工程实践能力整体对比

课程开始前后，学生工程实践能力整体得分均值M明显提升，如表2所示，五项子能力均在不同程度上得到了提升，按照提升程度由高到低依次为工程操作能力(△M=0.61)、项目管理能力(0.53)、工程设计能力(△M=0.46)、工程沟通能力(△M=0.39)、系统思维能力(△M=0.29)。

表2 工程实践能力五因子前后测均值比较

2)课程前后学生工程实践分项能力对比

图2呈现课程前后19项具体指标的均值分布。课程结束后，19项指标的均值M介于3.07至3.60之间；19项指标均得到了显著提升。

通过统计分析可知，学生通过学习在工程实践能力的五项子能力上都有显著提升，增量从多到少依次是工程操作能力、项目管理能力、工程设计能力、工程沟通能力、系统思维能力。说明本次新能源工程训练营在增强学生实践能力和综合设计与管理能力上有一定提升。极大培养学生现代工程意识和工程实践能力，帮助学生分析与解决实际工程问题，为学生创造有意义的工程教育学习经历。

图2 工程实践能力19项指标前后测均值散点分布图

5 结语

总之，新能源工程训练营的开展充分发挥了校企的资源优势，为学生提供很好的工程教育实践平台。本工程训练营的开设既实现了实践育人的目的，同时在教学内容上紧跟产业和社会发展的前沿需求，推进与企业的深层次合作。