新能源特色导向下应用型本科电气专业人才培养模式探讨

夏帅，陈瑞成，刘建华，张同庄

（中国矿业大学 徐海学院，江苏徐州 221008）

针对人才培养模式这一概念，王凡提出：它指培养主体为了实现特定的人才培养目标，在一定的教育理念指导和一定的培养制度保障下设计构建的，由培养目标、专业设置、课程体系、教学组织形式、教学管理制度、教学评价等若干要素构成的人才培养过程的理论模型和组织形式[1]。人才培养模式明确了人才培养过程所采用的具体方法，直接决定了人才培养的质量，在高校人才培养中具有重要地位。自改革开放以来，我国高等教育人才培养模式经历了“恢复建设期”“内涵发展期”和“守正出新期”三个阶段[2]。当前，高等教育人才培养模式主要围绕培养高素质、创新型应用人才开展研究，以适应当前社会、经济发展对人才的需求。

针对实践教学地位弱化问题，郭名静等提出以“实践+”为核心的理工类本科人才培养模式[3]；侯旭锋等提出“训练—项目—竞赛”创新型人才培养模式[4]；孙艳春等构建了“课证赛岗”四位一体人才培养模式[5]；徐伶伶等提出“一定位三对接”应用型人才培养模式，强调方向对接行业、团队对接项目、学生对接岗位[6]；童海玥、肖莹慧等分别基于CDIO、OBE 理念，对高等教育人才培养模式开展了相关研究[7-8]。

本文以中国矿业大学徐海学院（简称徐海学院）电气工程及其自动化专业为例，介绍新能源特色导向下人才培养的目标、理论和实践教学课程体系，以及质量管理和保障措施等。

1 新能源特色背景下人才培养目标的确立

1.1 徐海学院电气专业新能源特色确定过程与论证

徐海学院地处江苏省徐州市，坚持“学而优则用，学而优则创”的办学理念，培养“厚基础、精专业、重实践、强能力、高素质”的应用型人才，服务地方经济发展。随着“碳达峰、碳中和”国家战略的提出，新能源发电、新能源电动汽车产业得到快速发展。徐州作为淮海经济区中心城市，全市新能源领域累计建成省级以上各类研发平台17 家，地方经济发展对新能源发电、新能源电动汽车人才的需求旺盛。

在徐海学院2018 版学生培养方案制定过程中，经过广泛的毕业生调研、企业走访、专家论证等环节，首次将新能源学生培养写入电气专业人才培养方案。2022 年6 月，执行2018 版培养方案的新能源专业首届毕业生在应聘新能源相关岗位时具有显著优势。为了进一步开展电气专业建设，提高新能源人才培养质量，学院明确了新能源专业特色建设。围绕新能源专业特色，优化课程体系，并将新能源特色写入2022 版学生培养方案，进一步开展新能源特色内涵建设。

1.2 2022 版培养方案的人才培养目标

依据地方经济发展，并结合学校现有资源，将电气专业建设特色定位于新能源发电和新能源电动汽车两个行业。电气专业每年共设置6 个班级，分为“电力系统及其自动化”“电力电子与电力传动”两个专业方向，每个方向有3 个班级，分别以新能源发电技术、新能源电动汽车控制技术为专业特色。

在新能源发电方面，突出光伏发电系统设计、安装维护、实验测试、运营管理等应用型人才培养，要求学生掌握光伏发电原理等基础理论、光伏并网逆变器设计与测试等基本技能，拥有光伏电站设计及运营等实践经验。

在新能源电动汽车方面，突出高性能电机驱动器的设计、开发、组装、测试和应用，要求学生熟悉新能源电动汽车基本结构，掌握电机、电池和电控“三电系统”关键技术，具备永磁同步电机、鼠笼异步电机驱动器设计开发基础、测试维护等基本技能。

2 专业理论课程体系

人才培养目标的实现需要设计科学合理的课程体系[9]，专业核心课程是凸显专业特色的重要保障。单纯依靠几门独立的专业课程或增设1～2 门特色课程，不足以支撑专业特色人才培养。依据新能源特色培养目标有机整合专业课程，保证学生接受系统的课程教学，以获得完整、综合的专业知识。每门课程与学生能力培养对接，进而与企业的人才需求对接[10]。

2.1 新能源发电专业特色导向下的专业课程

以光伏发电、风力发电为主线，设置如下专业核心课程：电路理论、电机原理与拖动技术、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术、自动控制原理、单片机原理与接口技术、检测与转换技术、电机控制与调速技术、电力系统分析、高电压技术、电力系统继电保护、新能源发电技术等。

围绕新能源发电特色，统筹制定各专业课程讲授内容，并写入课程教学质量标准中，有效保证专业特色的人才培养质量。相关专业核心课程——新能源发电特色教学内容列举如下：（1） 电力电子技术：突出光伏并网逆变器、风力发电变换器工作原理、电路结构、功率器件选型、仿真分析等能力的培养；（2）自动控制原理：建立光伏发电、风力发电系统数学模型，分析新能源并网发电对电力系统稳定性的影响；（3）检测与转换技术：分析光伏电站、风力发电系统监测需求，选择相应的光照强度、风向风速、温湿度、电压、电流、功率等传感器，掌握其工作原理和转换技术，根据系统需求合理配置检测方案；（4）电力系统分析：新能源发电接入电网导致电力系统电力电子化，分析电力电子化电力系统的特征，分布式发电对电力系统电能质量等的影响，并提出改善措施；（5）电力系统继电保护：光伏发电、风力发电等分布式发电对电网安全、系统保护的影响和应对措施；（6）新能源发电技术：重点介绍光伏发电及风力发电系统组成、工作原理、最大功率跟踪等关键技术；（7）发电过程与电气设备：开展光伏发电、风力发电生产流程，主要电气设备及其运营维护，电站建设等内容的学习。

2.2 新能源电动汽车专业特色导向下的专业课程

以新能源电动汽车高性能电机驱动技术为主线，设置如下专业核心课程：电路理论、电机原理与拖动技术、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术、自动控制原理、PLC 原理及应用、检测与转换技术、DSP原理及应用、运动控制系统、新能源电动汽车控制技术等。

相关专业核心课程——新能源电动汽车特色教学内容列举如下：（1）电机原理与拖动技术：在传统直流电机、异步电机教学内容的基础上，增加直流无刷电机BLDC、永磁同步电机PMSM 等新能源电动汽车常用电机的内部结构、工作原理和设计基础；（2）检测与转换技术：符合新能源电动汽车电池管理系统BMS、电机控制器、汽车状态（车速、温度、胎压等）监测需求，介绍相应传感器工作原理以及后续信号变换电路等；（3）电力电子技术：BLDC、PMSM 电机驱动电路的工作原理、电路结构、功率器件选型、仿真分析等内容；（4）自动控制原理：在建立电机驱动控制器等动态数学模型的基础上，应用反馈控制实现电压、电流、转速等物理量的闭环控制；（5）运动控制系统：在介绍电力电子变换器调制策略的基础上，开展高性能交流电机调速理论的学习，包括矢量控制FOC 理论和直接转矩控制DTC 理论；（6）DSP 原理及应用：分析新能源电动汽车电机控制器对数字处理器的需求，以电机控制主流DSP 为例，结合新能源电动汽车电机控制，介绍DSP 的内部资源、AD 采样、PWM 资源等；（7）新能源电动汽车控制技术：掌握新能源电动汽车电机、电池和电控“三电系统”的内部结构、工作原理和关键技术，开展BLDC、PMSM 电机控制理论的学习。

3 实践教学体系建设

应用型本科人才培养需要构建有效的实践教学体系，实践教学主要包括：课内实验、独立设课实验、集中实践环节、毕业设计和实习。课内实验、独立设课实验等实践形式遵循理论课程体系，本部分重点构建新能源特色导向下的包括集中实践、毕业设计、实习等环节的实践教学体系。

3.1 集中实践环节

集中实践环节是为了培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题而设置的具有一定创新性和综合性的实践类课程，是应用型本科人才培养的重要环节，也是专业特色建设的重要保证。近年来，徐海学院电气工程及其自动化专业以新能源特色人才培养为目标，不断改进和优化实训项目和考核方式，自主开发设计了多款实训套件并持续改进[11]，表1 列举了新能源发电方向集中实践环节的具体实践环节名称、实训项目等内容。

表1 新能源发电特色集中实践环节教学体系

专业技能实训和专业综合实训则根据两个方向的特色培养目标分别设置，表1 突出以光伏发电为代表的新能源发电关键技术的培养，包括追日系统设计制作、并网变换器设计制作、集中式光伏电站设计，并综合应用于光伏、风力发电控制技术专题设计综合实践环节。通过第三至第七学期循序渐进的实践项目训练，培养学生具备变换器设计开发和测试维修、光伏电站系统设计和运营维护等能力。

3.2 毕业设计

毕业设计是本科教学的最后一个环节，学分多、学时长，是学生综合利用所学知识解决工程实际问题的实践教学环节[12]，也是提升学生实践动手能力的关键环节。基于应用型人才培养定位，工程实际类毕业设计题目占总数量的80%以上。指导教师依据新能源特色培养目标规划毕业设计题目，表2 为近3 年徐海学院电气专业新能源发电、新能源电动汽车相关毕业设计题目数量及所占比例，新能源类毕业设计题目稳步增加，涉及内容有：光伏并网逆变器控制、双馈风力发电控制、风力发电机、直流微电网DC/DC 变换器、光伏电站监测、风力发电变流器温湿度检测、新能源电动汽车永磁同步电机设计、电动汽车新型电机驱动、电动汽车分布式驱动、锂电池电源管理系统、电动汽车双向充电器DC/DC变换器、电动汽车功率变换器故障诊断、电动汽车中控系统等。通过毕业设计进一步强化对学生新能源发电、新能源电动汽车工程实践能力的培养和专业特色建设。

表2 2020—2022 年新能源相关毕业设计题目汇总

3.3 实习环节

企业作为检验应用型人才培养质量的重要环节[13]，应从如下三个方面提高企业人才培养的参与度：（1）邀请电气专业相关企业和用人单位参与人才培养方案的制定，建立企业专家库，了解用人单位对人才的需求；（2）结合企业产品研发等生产实际，企业工程师参与毕业设计、联合申报大学生创新训练计划项目等工作；（3）校企共建校外实习、实践教学基地，积极开展校外实习等实践活动，有效补充课堂教学内容。

徐海学院电气专业共设置认识实习和生产实习两类实习环节，分别在第2 学期和第6 学期开展。认识实习的培养目标是使学生了解电气专业的工作岗位、工作环境，提升专业认同感，促进后续专业课程的学习。生产实习则是在学生具备电气专业相关知识后，进入企业，由企业工程师指导参与企业具体产品设计、实验、测试、维护等各环节工作。生产实习的培养目标是学生将所学专业知识应用到企业生产实际，熟悉用人单位运营模式，为后续工作积累经验。徐海学院依托新能源专业特色，积极与周边光伏电站等新能源发电企业、永磁同步电机驱动器等新能源电动汽车企业共建实习基地，并聘请企业工程师定期面向在校学生举办讲座、开展指导毕业设计，确保学生实习质量。

4 教学质量管理和保障措施

全面完整的人才培养质量评价体系是评估人才培养质量的重要保证[14]，为人才培养模式的持续改进提供有力支撑。应针对理论课程、实践环节、实习环节等不同教学内容，依据教学质量标准，构建对应的考核制度，考查课程培养目标的达成度。理论课程的考核不仅包括考试成绩，还应包含课堂小组讨论、课内实验、课程学习总结等多个环节的成绩。例如：在电力电子技术课堂小组讨论中，设置“电力电子技术在新能源发电和新能源电动汽车中的应用”专题讨论环节，并单独考核，让学生更好地掌握理论课程在实际中的应用。集中实践教学环节作为应用型人才培养的重要方式，其考核应坚持“全员、全方位、全流程”原则，多采用撰写技术报告、汇报答辩等考核形式。在具体教学方法上，可采用项目化教学方式，将实训内容拆分成相对独立的任务，循序渐进考核。同时，将电气专业相关学科竞赛引入集中实践教学环节，采用“赛教融合”教学模式，提高教学效果。实习环节的考核可借鉴实习单位考核制度，由企业工程师给出具体评价意见。

在保障措施方面，进一步加强实训条件建设，补充新能源发电、新能源电动汽车等专业实验设备。同时，开展校外实训基地建设，鼓励学生参与各类学科竞赛，以赛促学、以赛促教。加强“双师型”教师队伍建设，有计划组织教师到企业挂职锻炼，提升教师专业实践技能。同时，积极开展教学改革研究，将“项目化教学”“赛教融合”“翻转课堂”等教学方式用于课堂教学，在实践教学中引入“实践+”“互联网+”等教学模式，有效保证人才培养的质量。

5 结语

人才培养模式是人才培养质量的重要保障，本文结合徐海学院应用型人才培养定位，在分析地方经济发展对人才需求的基础上，确定了将新能源发电、新能源电动汽车作为电气专业人才培养特色。结合近年来电气专业特色建设，介绍了新能源特色导向下的专业理论课程体系，制定了专业理论课程在特色培养目标下的教学内容。从集中实践环节、毕业设计、实习三个方面介绍了实践教学体系的构建，列举了实践教学的具体项目，为应用型本科电气专业人才培养提供参考。