易 磊， 張 蓉， 尹 仕

(華中科技大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

0 引言

新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展迫切需要新型工科人才予以支撐，尤其需要高校面向未來布局新工科建設(shè)，探索多樣化和個性化的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程科技人才。而工程意識是工程師最重要、最基本的素質(zhì)之一，也是如今高等院校工程教育的薄弱環(huán)節(jié)。把工程的基本知識納入大學(xué)通識教育范疇，在高等教育中貫穿工程文化和工程倫理教育，是中國工程教育改革必須面對的時代課題[1～5]。

目前各高校在校企合作方面進(jìn)行積極探索，但是對于當(dāng)前的工程教育，從內(nèi)容上看，與實(shí)踐和社會需求脫節(jié)，滯后于產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展需求；從模式上看，合作環(huán)節(jié)多采用“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”方式，企業(yè)是被動參與，并且傳統(tǒng)合作企業(yè)對象單一化，無法滿足學(xué)生全面培養(yǎng)要求。企業(yè)多以捐贈、冠名、獎學(xué)金、組織競賽等形式進(jìn)行淺層次合作，以盈利為目標(biāo)，對教育投入缺乏內(nèi)在動力，導(dǎo)致學(xué)生動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新素養(yǎng)難以提升，不易達(dá)到學(xué)校實(shí)踐育人的培養(yǎng)目標(biāo)[6～8]。

為解決以上校企合作存在的不足，本課程組邀請深圳禾望電氣股份有限公司共同參與新能源工程訓(xùn)練營的設(shè)計與實(shí)施。在學(xué)習(xí)目標(biāo)上，邀請企業(yè)參與制定，從而在一定程度上反映社會和行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求；在教學(xué)內(nèi)容上，將企業(yè)的真實(shí)案例和項(xiàng)目導(dǎo)入，學(xué)生借此接觸產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展，同時為學(xué)生營造更真實(shí)的學(xué)習(xí)情境；在教學(xué)組織上，將企業(yè)的工程項(xiàng)目管理的方法和流程引入到訓(xùn)練營之中，學(xué)生以接近于實(shí)際工程項(xiàng)目開發(fā)的形式進(jìn)行實(shí)踐和學(xué)習(xí)，繼而幫助學(xué)生建立起現(xiàn)代工程和工程師的認(rèn)知。本文結(jié)合我校開展校企合作新能源工程訓(xùn)練營課程的基本情況，探討高校工程教育課程的教學(xué)方法與模式[9～10]。

1 新能源工程訓(xùn)練營課程介紹

“新能源工程訓(xùn)練營”是我校與深圳禾望電氣有限公司合作開發(fā)的、為增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)體系工程性和綜合性而新開設(shè)的一門工程實(shí)訓(xùn)課程。課程授課對象為電氣專業(yè)本科二年級學(xué)生，授課時間為暑期。課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程意識和工程實(shí)踐能力，開拓學(xué)生社會視野，引導(dǎo)學(xué)生解決工程實(shí)際問題，為學(xué)生創(chuàng)造有意義的工程教育體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生探索和解決復(fù)雜工程問題的勇氣和熱情。課程采用校企協(xié)同育人模式，由企業(yè)工程師和本校專業(yè)教師共同進(jìn)行課程設(shè)計、共同實(shí)施教學(xué)，共同評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果，校企合作舉辦和進(jìn)行知識與技術(shù)講座、技能培訓(xùn)并提供詳細(xì)學(xué)習(xí)資料和工具軟件。

課程分為兩個階段，第一階段是電氣工程與自動化專業(yè)學(xué)生必修模塊，學(xué)生按照工程開發(fā)管理流程，理解和應(yīng)用新能源發(fā)電涉及的相關(guān)理論知識，圍繞某類新能源發(fā)電設(shè)備或系統(tǒng)，完成功能定義、性能測試、產(chǎn)品/功能設(shè)計、安裝調(diào)試、運(yùn)行驗(yàn)證等各階段的工程訓(xùn)練，初步具備一定的工程意識和工程能力。

第二階段是電氣工程與自動化專業(yè)學(xué)生選修模塊，學(xué)生在第一階段基礎(chǔ)上，能系統(tǒng)設(shè)計和制作完成一個具有新能源理念的創(chuàng)意設(shè)計，初步具備工程意識和工程設(shè)計能力。

在本課程結(jié)束時，學(xué)生將能達(dá)成以下具體目標(biāo)：

(1)核心知識目標(biāo)：能描述系統(tǒng)意識、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊合作意識，管理意識、實(shí)踐操作能力、團(tuán)隊合作能力、項(xiàng)目管理能力、溝通表達(dá)能力的定義，與工程營項(xiàng)目有關(guān)的概念；能識別并定義一個項(xiàng)目，能確定項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)、主次與重點(diǎn)。

(2)學(xué)以致用目標(biāo)：能用系統(tǒng)思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維、實(shí)踐性思維完成項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施、運(yùn)作；能應(yīng)用實(shí)踐操作技能、團(tuán)隊合作技能、項(xiàng)目管理技能、溝通表達(dá)技能完成項(xiàng)目各項(xiàng)任務(wù)；能形成目標(biāo)導(dǎo)向思維，即圍繞項(xiàng)目目標(biāo)的達(dá)成學(xué)習(xí)知識與實(shí)施項(xiàng)目管理。

(3)觸類旁通目標(biāo)：能運(yùn)用所學(xué)的工程知識與技能解決工程訓(xùn)練營任務(wù)或項(xiàng)目的設(shè)計、實(shí)施、運(yùn)行中的問題；能描述工程營項(xiàng)目所在行業(yè)的基本概念及未來發(fā)展，并能綜合分析其對社會、經(jīng)濟(jì)的影響；能分享工程營、項(xiàng)目、企業(yè)、社會的認(rèn)知，并思考學(xué)業(yè)發(fā)展與職業(yè)規(guī)劃。

(4)人性維度目標(biāo)：學(xué)生能評估自己的工程意識認(rèn)知程度，能評估自己的工程能力水平；能評估企業(yè)、產(chǎn)品、工程項(xiàng)目、團(tuán)隊的社會價值。

(5)人文關(guān)愛目標(biāo)：能運(yùn)用項(xiàng)目管理技能管理項(xiàng)目，并能與項(xiàng)目利益攸關(guān)方進(jìn)行有效溝通；能運(yùn)用團(tuán)隊技能管理團(tuán)隊或知道如何為一個團(tuán)隊工作，并能與團(tuán)隊成員進(jìn)行有效溝通；能領(lǐng)會工程師的角色與責(zé)任；能用系統(tǒng)思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維、實(shí)踐性思維和目標(biāo)導(dǎo)向思維處理生活中遇到的問題；能確立從事或放棄與項(xiàng)目所在行業(yè)，并為之做好準(zhǔn)備。

(6)學(xué)會學(xué)習(xí)目標(biāo)：能閱讀教師與企業(yè)導(dǎo)師提供的學(xué)習(xí)資料，并完成相關(guān)任務(wù)；能組建團(tuán)隊、管理團(tuán)隊或以團(tuán)隊的一員行事；能制定項(xiàng)目管理制度并執(zhí)行；能圍繞項(xiàng)目目標(biāo)和擁有的資源學(xué)習(xí)知識，并與團(tuán)隊成員合作開展項(xiàng)目的設(shè)計、實(shí)施與運(yùn)行；能反思項(xiàng)目設(shè)計、開發(fā)與實(shí)施經(jīng)歷，構(gòu)建新的、更有意義的工程意識。

2 新能源工程訓(xùn)練營教學(xué)內(nèi)容

新能源工程訓(xùn)練營的教學(xué)內(nèi)容是根據(jù)課程目標(biāo)和人才需求而確定的，課程內(nèi)容分兩個階段設(shè)置，各階段教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如下。

第1階段：

(1)通識單元：學(xué)生能領(lǐng)會終身學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作定義，并應(yīng)用終身學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作和溝通技能開展自主學(xué)習(xí)與實(shí)踐、協(xié)作解決相關(guān)工程問題或項(xiàng)目；

(2)通識單元：學(xué)生描述項(xiàng)目管理的項(xiàng)目評估及立項(xiàng)流程，概述項(xiàng)目進(jìn)度管理方式，工業(yè)設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中的作用，描述成本管控和供應(yīng)鏈管理；

(3)文獻(xiàn)綜述：學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，有效收集整理有關(guān)新能源發(fā)展相關(guān)資料信息，綜合分析新能源發(fā)展對政治、社會和環(huán)境的影響，撰寫相關(guān)綜述報告，并用海報形式闡述自己觀點(diǎn)；

(4)系統(tǒng)方案：根據(jù)典型案例，能應(yīng)用現(xiàn)代工具，對新能源設(shè)備和系統(tǒng)方案進(jìn)行分析和評價，提出改進(jìn)意見；描述和選取不同的形式的新能源設(shè)備，構(gòu)建新能源發(fā)電系統(tǒng)方案；

(5)方案仿真：能處理松散定義和不完整輸入數(shù)據(jù)，據(jù)此構(gòu)建新能源發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，解釋解決方案的合理性；采用Matlab進(jìn)行控制器的仿真設(shè)計，而在光伏電池板安裝上采用Archelios CALC進(jìn)行設(shè)計，充分考慮日照、安裝場地等因素。

(6)分析優(yōu)化：處理模型中多耦合因素，如環(huán)境、氣候、負(fù)荷等，應(yīng)用優(yōu)化評估方案的經(jīng)濟(jì)可行性(能量調(diào)度控制策略)；

(7)實(shí)施運(yùn)行：設(shè)計完成一個小型光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，完成一定的應(yīng)用型功能(太陽能路燈、太陽能家居)，通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案有效性。

在第1階段，學(xué)生通過班級團(tuán)隊合作的方式進(jìn)行動手實(shí)踐操作，完成任務(wù)包括：光伏電池板的安裝、施工與電池板串并聯(lián)連接，光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)物的組裝與測試、并網(wǎng)數(shù)據(jù)分析。通過動手實(shí)踐，學(xué)生初步了解項(xiàng)目開發(fā)、設(shè)計與施工流程，掌握一定的工程意識和工程能力。

第2階段：

(1)自我評估：進(jìn)一步完善方案、功能拓展，發(fā)展工程評估的認(rèn)知階段。

(2)創(chuàng)新創(chuàng)意：自由拓展，激發(fā)創(chuàng)新意識，形成較完整的產(chǎn)品原型機(jī)，發(fā)展工程創(chuàng)造的認(rèn)知階段，并能進(jìn)一步工程化和社會化。

在第2階段，學(xué)生以3-5人一組完成光伏并網(wǎng)逆變器中單元電路的設(shè)計、PCB、電路焊接與調(diào)試，可提供升壓boost電路、逆變器電路等供學(xué)生選擇。

“新能源工程訓(xùn)練營”教學(xué)內(nèi)容如下圖1所示。

圖1 《新能源工程訓(xùn)練營》教學(xué)流程示意圖

3 新能源工程訓(xùn)練營教學(xué)方法

新能源工程訓(xùn)練營的教學(xué)方法采用案例教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動和全開放式的方法，具體如下：

(1)案例研究：提供新能源產(chǎn)品案例供學(xué)生團(tuán)隊分解，用逆向工程幫助學(xué)生構(gòu)建新能源系統(tǒng)認(rèn)知；參觀光伏新能源研究院/公司企業(yè)/實(shí)驗(yàn)室，幫助學(xué)生構(gòu)建新能源產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)及生產(chǎn)的過程認(rèn)知。

(2)項(xiàng)目驅(qū)動：分階段設(shè)置不同挑戰(zhàn)難度的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生團(tuán)隊自主論證光伏項(xiàng)目設(shè)計實(shí)施方案、開展項(xiàng)目管理和團(tuán)隊建設(shè)、圍繞光伏項(xiàng)目的功能需求學(xué)習(xí)方案設(shè)計、工程管理、計算機(jī)仿真、工業(yè)設(shè)計等與新能源開發(fā)相關(guān)的基礎(chǔ)知識，利用所學(xué)知識與技能完成項(xiàng)目任務(wù)。

(3)全開放：向?qū)W生開放學(xué)習(xí)場地和設(shè)備，提前告知學(xué)生課程培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法及教學(xué)評價，將學(xué)習(xí)資料、工具軟件提前發(fā)放給學(xué)生；邀請學(xué)生參與教學(xué)設(shè)計、教學(xué)管理及教學(xué)評價，知識與技術(shù)講座、技能培訓(xùn)和項(xiàng)目功能實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，學(xué)生可根據(jù)項(xiàng)目需求或自身興趣自由選擇參與。

4 教學(xué)效果

課程組與華中科技大學(xué)教育科學(xué)研究院團(tuán)隊合作，開展大學(xué)生工程實(shí)踐能力評價體系的研究。以電氣學(xué)院2016級一屆本科生為研究對象，以“新能源工程訓(xùn)練營”課程為研究載體，采用前后側(cè)評價方法，對比分析課程實(shí)施前后學(xué)生自我體驗(yàn)，并以此對修訂后的課程體系實(shí)施成效進(jìn)行評價分析，目前完成第一階段數(shù)據(jù)分析。設(shè)計了專門的工程實(shí)踐能力評價量表，如表1所示，共分為5個一級指標(biāo)和19個二級指標(biāo)。

表1 工程實(shí)踐能力量表

1)課程前后學(xué)生工程實(shí)踐能力整體對比

課程開始前后，學(xué)生工程實(shí)踐能力整體得分均值M明顯提升，如表2所示，五項(xiàng)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為工程操作能力(△M=0.61)、項(xiàng)目管理能力(0.53)、工程設(shè)計能力(△M=0.46)、工程溝通能力(△M=0.39)、系統(tǒng)思維能力(△M=0.29)。

表2 工程實(shí)踐能力五因子前后測均值比較

2)課程前后學(xué)生工程實(shí)踐分項(xiàng)能力對比

圖2呈現(xiàn)課程前后19項(xiàng)具體指標(biāo)的均值分布。課程結(jié)束后，19項(xiàng)指標(biāo)的均值M介于3.07至3.60之間；19項(xiàng)指標(biāo)均得到了顯著提升。

通過統(tǒng)計分析可知，學(xué)生通過學(xué)習(xí)在工程實(shí)踐能力的五項(xiàng)子能力上都有顯著提升，增量從多到少依次是工程操作能力、項(xiàng)目管理能力、工程設(shè)計能力、工程溝通能力、系統(tǒng)思維能力。說明本次新能源工程訓(xùn)練營在增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和綜合設(shè)計與管理能力上有一定提升。極大培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程意識和工程實(shí)踐能力，幫助學(xué)生分析與解決實(shí)際工程問題，為學(xué)生創(chuàng)造有意義的工程教育學(xué)習(xí)經(jīng)歷。

圖2 工程實(shí)踐能力19項(xiàng)指標(biāo)前后測均值散點(diǎn)分布圖

5 結(jié)語

總之，新能源工程訓(xùn)練營的開展充分發(fā)揮了校企的資源優(yōu)勢，為學(xué)生提供很好的工程教育實(shí)踐平臺。本工程訓(xùn)練營的開設(shè)既實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐育人的目的，同時在教學(xué)內(nèi)容上緊跟產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展的前沿需求，推進(jìn)與企業(yè)的深層次合作。