新能源特色導向下應用型本科電氣專業人才培養模式探討

夏帥，陳瑞成，劉建華，張同莊

（中國礦業大學 徐海學院，江蘇徐州 221008）

針對人才培養模式這一概念，王凡提出：它指培養主體為了實現特定的人才培養目標，在一定的教育理念指導和一定的培養制度保障下設計構建的，由培養目標、專業設置、課程體系、教學組織形式、教學管理制度、教學評價等若干要素構成的人才培養過程的理論模型和組織形式[1]。人才培養模式明確了人才培養過程所采用的具體方法，直接決定了人才培養的質量，在高校人才培養中具有重要地位。自改革開放以來，我國高等教育人才培養模式經歷了“恢復建設期”“內涵發展期”和“守正出新期”三個階段[2]。當前，高等教育人才培養模式主要圍繞培養高素質、創新型應用人才開展研究，以適應當前社會、經濟發展對人才的需求。

針對實踐教學地位弱化問題，郭名靜等提出以“實踐+”為核心的理工類本科人才培養模式[3]；侯旭鋒等提出“訓練—項目—競賽”創新型人才培養模式[4]；孫艷春等構建了“課證賽崗”四位一體人才培養模式[5]；徐伶伶等提出“一定位三對接”應用型人才培養模式，強調方向對接行業、團隊對接項目、學生對接崗位[6]；童海玥、肖瑩慧等分別基于CDIO、OBE 理念，對高等教育人才培養模式開展了相關研究[7-8]。

本文以中國礦業大學徐海學院（簡稱徐海學院）電氣工程及其自動化專業為例，介紹新能源特色導向下人才培養的目標、理論和實踐教學課程體系，以及質量管理和保障措施等。

1 新能源特色背景下人才培養目標的確立

1.1 徐海學院電氣專業新能源特色確定過程與論證

徐海學院地處江蘇省徐州市，堅持“學而優則用，學而優則創”的辦學理念，培養“厚基礎、精專業、重實踐、強能力、高素質”的應用型人才，服務地方經濟發展。隨著“碳達峰、碳中和”國家戰略的提出，新能源發電、新能源電動汽車產業得到快速發展。徐州作為淮海經濟區中心城市，全市新能源領域累計建成省級以上各類研發平臺17 家，地方經濟發展對新能源發電、新能源電動汽車人才的需求旺盛。

在徐海學院2018 版學生培養方案制定過程中，經過廣泛的畢業生調研、企業走訪、專家論證等環節，首次將新能源學生培養寫入電氣專業人才培養方案。2022 年6 月，執行2018 版培養方案的新能源專業首屆畢業生在應聘新能源相關崗位時具有顯著優勢。為了進一步開展電氣專業建設，提高新能源人才培養質量，學院明確了新能源專業特色建設。圍繞新能源專業特色，優化課程體系，并將新能源特色寫入2022 版學生培養方案，進一步開展新能源特色內涵建設。

1.2 2022 版培養方案的人才培養目標

依據地方經濟發展，并結合學?，F有資源，將電氣專業建設特色定位于新能源發電和新能源電動汽車兩個行業。電氣專業每年共設置6 個班級，分為“電力系統及其自動化”“電力電子與電力傳動”兩個專業方向，每個方向有3 個班級，分別以新能源發電技術、新能源電動汽車控制技術為專業特色。

在新能源發電方面，突出光伏發電系統設計、安裝維護、實驗測試、運營管理等應用型人才培養，要求學生掌握光伏發電原理等基礎理論、光伏并網逆變器設計與測試等基本技能，擁有光伏電站設計及運營等實踐經驗。

在新能源電動汽車方面，突出高性能電機驅動器的設計、開發、組裝、測試和應用，要求學生熟悉新能源電動汽車基本結構，掌握電機、電池和電控“三電系統”關鍵技術，具備永磁同步電機、鼠籠異步電機驅動器設計開發基礎、測試維護等基本技能。

2 專業理論課程體系

人才培養目標的實現需要設計科學合理的課程體系[9]，專業核心課程是凸顯專業特色的重要保障。單純依靠幾門獨立的專業課程或增設1～2 門特色課程，不足以支撐專業特色人才培養。依據新能源特色培養目標有機整合專業課程，保證學生接受系統的課程教學，以獲得完整、綜合的專業知識。每門課程與學生能力培養對接，進而與企業的人才需求對接[10]。

2.1 新能源發電專業特色導向下的專業課程

以光伏發電、風力發電為主線，設置如下專業核心課程：電路理論、電機原理與拖動技術、模擬電子技術、數字電子技術、電力電子技術、自動控制原理、單片機原理與接口技術、檢測與轉換技術、電機控制與調速技術、電力系統分析、高電壓技術、電力系統繼電保護、新能源發電技術等。

圍繞新能源發電特色，統籌制定各專業課程講授內容，并寫入課程教學質量標準中，有效保證專業特色的人才培養質量。相關專業核心課程——新能源發電特色教學內容列舉如下：（1） 電力電子技術：突出光伏并網逆變器、風力發電變換器工作原理、電路結構、功率器件選型、仿真分析等能力的培養；（2）自動控制原理：建立光伏發電、風力發電系統數學模型，分析新能源并網發電對電力系統穩定性的影響；（3）檢測與轉換技術：分析光伏電站、風力發電系統監測需求，選擇相應的光照強度、風向風速、溫濕度、電壓、電流、功率等傳感器，掌握其工作原理和轉換技術，根據系統需求合理配置檢測方案；（4）電力系統分析：新能源發電接入電網導致電力系統電力電子化，分析電力電子化電力系統的特征，分布式發電對電力系統電能質量等的影響，并提出改善措施；（5）電力系統繼電保護：光伏發電、風力發電等分布式發電對電網安全、系統保護的影響和應對措施；（6）新能源發電技術：重點介紹光伏發電及風力發電系統組成、工作原理、最大功率跟蹤等關鍵技術；（7）發電過程與電氣設備：開展光伏發電、風力發電生產流程，主要電氣設備及其運營維護，電站建設等內容的學習。

2.2 新能源電動汽車專業特色導向下的專業課程

以新能源電動汽車高性能電機驅動技術為主線，設置如下專業核心課程：電路理論、電機原理與拖動技術、模擬電子技術、數字電子技術、電力電子技術、自動控制原理、PLC 原理及應用、檢測與轉換技術、DSP原理及應用、運動控制系統、新能源電動汽車控制技術等。

相關專業核心課程——新能源電動汽車特色教學內容列舉如下：（1）電機原理與拖動技術：在傳統直流電機、異步電機教學內容的基礎上，增加直流無刷電機BLDC、永磁同步電機PMSM 等新能源電動汽車常用電機的內部結構、工作原理和設計基礎；（2）檢測與轉換技術：符合新能源電動汽車電池管理系統BMS、電機控制器、汽車狀態（車速、溫度、胎壓等）監測需求，介紹相應傳感器工作原理以及后續信號變換電路等；（3）電力電子技術：BLDC、PMSM 電機驅動電路的工作原理、電路結構、功率器件選型、仿真分析等內容；（4）自動控制原理：在建立電機驅動控制器等動態數學模型的基礎上，應用反饋控制實現電壓、電流、轉速等物理量的閉環控制；（5）運動控制系統：在介紹電力電子變換器調制策略的基礎上，開展高性能交流電機調速理論的學習，包括矢量控制FOC 理論和直接轉矩控制DTC 理論；（6）DSP 原理及應用：分析新能源電動汽車電機控制器對數字處理器的需求，以電機控制主流DSP 為例，結合新能源電動汽車電機控制，介紹DSP 的內部資源、AD 采樣、PWM 資源等；（7）新能源電動汽車控制技術：掌握新能源電動汽車電機、電池和電控“三電系統”的內部結構、工作原理和關鍵技術，開展BLDC、PMSM 電機控制理論的學習。

3 實踐教學體系建設

應用型本科人才培養需要構建有效的實踐教學體系，實踐教學主要包括：課內實驗、獨立設課實驗、集中實踐環節、畢業設計和實習。課內實驗、獨立設課實驗等實踐形式遵循理論課程體系，本部分重點構建新能源特色導向下的包括集中實踐、畢業設計、實習等環節的實踐教學體系。

3.1 集中實踐環節

集中實踐環節是為了培養學生綜合運用所學知識解決工程實際問題而設置的具有一定創新性和綜合性的實踐類課程，是應用型本科人才培養的重要環節，也是專業特色建設的重要保證。近年來，徐海學院電氣工程及其自動化專業以新能源特色人才培養為目標，不斷改進和優化實訓項目和考核方式，自主開發設計了多款實訓套件并持續改進[11]，表1 列舉了新能源發電方向集中實踐環節的具體實踐環節名稱、實訓項目等內容。

表1 新能源發電特色集中實踐環節教學體系

專業技能實訓和專業綜合實訓則根據兩個方向的特色培養目標分別設置，表1 突出以光伏發電為代表的新能源發電關鍵技術的培養，包括追日系統設計制作、并網變換器設計制作、集中式光伏電站設計，并綜合應用于光伏、風力發電控制技術專題設計綜合實踐環節。通過第三至第七學期循序漸進的實踐項目訓練，培養學生具備變換器設計開發和測試維修、光伏電站系統設計和運營維護等能力。

3.2 畢業設計

畢業設計是本科教學的最后一個環節，學分多、學時長，是學生綜合利用所學知識解決工程實際問題的實踐教學環節[12]，也是提升學生實踐動手能力的關鍵環節?；趹眯腿瞬排囵B定位，工程實際類畢業設計題目占總數量的80%以上。指導教師依據新能源特色培養目標規劃畢業設計題目，表2 為近3 年徐海學院電氣專業新能源發電、新能源電動汽車相關畢業設計題目數量及所占比例，新能源類畢業設計題目穩步增加，涉及內容有：光伏并網逆變器控制、雙饋風力發電控制、風力發電機、直流微電網DC/DC 變換器、光伏電站監測、風力發電變流器溫濕度檢測、新能源電動汽車永磁同步電機設計、電動汽車新型電機驅動、電動汽車分布式驅動、鋰電池電源管理系統、電動汽車雙向充電器DC/DC變換器、電動汽車功率變換器故障診斷、電動汽車中控系統等。通過畢業設計進一步強化對學生新能源發電、新能源電動汽車工程實踐能力的培養和專業特色建設。

表2 2020—2022 年新能源相關畢業設計題目匯總

3.3 實習環節

企業作為檢驗應用型人才培養質量的重要環節[13]，應從如下三個方面提高企業人才培養的參與度：（1）邀請電氣專業相關企業和用人單位參與人才培養方案的制定，建立企業專家庫，了解用人單位對人才的需求；（2）結合企業產品研發等生產實際，企業工程師參與畢業設計、聯合申報大學生創新訓練計劃項目等工作；（3）校企共建校外實習、實踐教學基地，積極開展校外實習等實踐活動，有效補充課堂教學內容。

徐海學院電氣專業共設置認識實習和生產實習兩類實習環節，分別在第2 學期和第6 學期開展。認識實習的培養目標是使學生了解電氣專業的工作崗位、工作環境，提升專業認同感，促進后續專業課程的學習。生產實習則是在學生具備電氣專業相關知識后，進入企業，由企業工程師指導參與企業具體產品設計、實驗、測試、維護等各環節工作。生產實習的培養目標是學生將所學專業知識應用到企業生產實際，熟悉用人單位運營模式，為后續工作積累經驗。徐海學院依托新能源專業特色，積極與周邊光伏電站等新能源發電企業、永磁同步電機驅動器等新能源電動汽車企業共建實習基地，并聘請企業工程師定期面向在校學生舉辦講座、開展指導畢業設計，確保學生實習質量。

4 教學質量管理和保障措施

全面完整的人才培養質量評價體系是評估人才培養質量的重要保證[14]，為人才培養模式的持續改進提供有力支撐。應針對理論課程、實踐環節、實習環節等不同教學內容，依據教學質量標準，構建對應的考核制度，考查課程培養目標的達成度。理論課程的考核不僅包括考試成績，還應包含課堂小組討論、課內實驗、課程學習總結等多個環節的成績。例如：在電力電子技術課堂小組討論中，設置“電力電子技術在新能源發電和新能源電動汽車中的應用”專題討論環節，并單獨考核，讓學生更好地掌握理論課程在實際中的應用。集中實踐教學環節作為應用型人才培養的重要方式，其考核應堅持“全員、全方位、全流程”原則，多采用撰寫技術報告、匯報答辯等考核形式。在具體教學方法上，可采用項目化教學方式，將實訓內容拆分成相對獨立的任務，循序漸進考核。同時，將電氣專業相關學科競賽引入集中實踐教學環節，采用“賽教融合”教學模式，提高教學效果。實習環節的考核可借鑒實習單位考核制度，由企業工程師給出具體評價意見。

在保障措施方面，進一步加強實訓條件建設，補充新能源發電、新能源電動汽車等專業實驗設備。同時，開展校外實訓基地建設，鼓勵學生參與各類學科競賽，以賽促學、以賽促教。加強“雙師型”教師隊伍建設，有計劃組織教師到企業掛職鍛煉，提升教師專業實踐技能。同時，積極開展教學改革研究，將“項目化教學”“賽教融合”“翻轉課堂”等教學方式用于課堂教學，在實踐教學中引入“實踐+”“互聯網+”等教學模式，有效保證人才培養的質量。

5 結語

人才培養模式是人才培養質量的重要保障，本文結合徐海學院應用型人才培養定位，在分析地方經濟發展對人才需求的基礎上，確定了將新能源發電、新能源電動汽車作為電氣專業人才培養特色。結合近年來電氣專業特色建設，介紹了新能源特色導向下的專業理論課程體系，制定了專業理論課程在特色培養目標下的教學內容。從集中實踐環節、畢業設計、實習三個方面介紹了實踐教學體系的構建，列舉了實踐教學的具體項目，為應用型本科電氣專業人才培養提供參考。