作者:高长安 吴明霞 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/7/5 17:30:28
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河北大学:虚拟仿真教学平台推动“新工科”人才培养

 

总部位于河北省保定市的英利新能源有限公司(以下简称“英利”)是全球光伏行业的领军企业,其光伏组件产量居全球第一。《中国科学报》记者近日在该公司采访了解到,目前英利公司的员工中河北大学毕业生占到约5%,达到600余人。

“在英利,河大毕业生的优秀表现不仅在数量上,近年来他们在技术中心或生产车间适应工作岗位要求的时间明显缩短,专业工作能力显著提升。”

7月5日上午,英利首席技术官宋登元在接受记者采访时表示,这与河北大学光伏技术虚拟仿真实验教学中心(以下简称“中心”)开展的教学活动密切相关。

宋登元的另外身份是光伏材料与技术国家重点实验室主任和国家能源光伏技术重点实验室主任。他提及的河北大学光伏技术虚拟仿真实验教学中心,是全国300个国家级虚拟仿真实验中心中唯一一个新能源虚拟仿真实验中心。

“虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,”河北大学光伏技术虚拟仿真实验教学中心主任、 河北大学电子信息工程学院常务副院长赵杰介绍,两年多来该中心立足地方经济,发挥学科优势,以建设信息化实验教学资源为重点,通过虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建了一批高度逼真、信息开放、特色鲜明的光伏技术虚拟仿真教学资源。在培养符合未来新经济需要的工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才方面,发挥了极大地推动作用。

四大虚拟仿真教学平台助力实训实验

河北大学坐落于有着“中国电谷”之称的保定市。

在国家“京津冀协同发展”战略方针指导下,该校充分利用自身雄厚的光伏研究技术储备、发挥本地光伏企业聚集的区域优势,致力于光伏技术研究与开发,培养光伏行业急需的高素质工程技术人才。

仲夏时节,《中国科学报》记者来到河北大学,走进实验室,参观光伏技术虚拟仿真实验教学中心,探访该校光伏技术研究和人才培养的特色之路。

“1970年河北大学微电子技术研究室,开展半导体材料及工艺研究、1998年河北大学获批光学工程一级学科博士点、2007年入选河北省‘光电信息物理与技术教育创新高地’、2010年与光伏企业英利集团的‘国家能源光伏技术重点实验室’、‘光伏材料与技术国家重点实验室’开展合作……”

河北大学副校长杨学新告诉记者,2011年国家发改委批准河北大学成立“新能源光电器件国家地方联合工程实验室”,并与中国兵装集团、中国航天科技集团、英利集团分别共建“薄膜光伏技术”、“功能性薄膜材料”和“河北省光伏产业”研究院。2013年获批“光学工程强势特色学科”、河北省省级“电气信息虚拟仿真实验教学中心”、“河北省光伏技术协同创新中心”。

“2015年成为国家级光伏技术虚拟仿真实验教学中心后,我们进一步明确目标,把校内教学资源与光伏技术需求紧密结合,以建设具有示范、引领作用的虚拟仿真实验教学中心为目标,形成‘光伏区域优势协同育人’、‘优秀光伏技术创新团队’和‘系列光伏实验教学资源’的鲜明特色。”杨学新说。

据河北大学电子信息工程学院正高级工程师孙荣霞介绍,河北大学先后投入200余万元专项资金,重点建设了“光伏材料”、“太阳电池制备”、“光伏发电”和“专业基础”四个虚拟仿真实验教学资源平台,全面涵盖了太阳电池生产及发电全过程,解决了传统光伏实验高污染、高能耗、微观机理难以展示以及“太阳电池生产”等大型综合性实训难以开展的问题。

近年来,该中心根据京津冀光伏技术发展需求,自主开发了单晶硅、多晶硅、硅基薄膜等多种太阳电池制备及综合实训实验课。实现了真实实验不具备或难以完成的教学功能。克服了传统实验方法中的高污染、高能耗、高危险等缺点。解决了设备昂贵和台套数受限问题,提供了安全、可靠和经济的虚拟实验环境,并与大型仪器、企业生产实训虚实互补相结合,提升学生独立操作实践能力。

该校高级实验师田华告诉记者,中心紧密结合科技前沿,及时将创新性科研成果和企业先进技术转化为实验教学,丰富虚拟仿真实验教学内容,拓展学生视野和创新能力。 通过科研转化实验教学, 完善了固体物理学、半导体物理学、半导体工艺基础、多晶硅太阳电池制造等实验课程,典型的科研转化实验项目10余项。

高校人才培养与企业应用的无缝链接

“光伏技术虚拟仿真实验教学中心通过虚拟仿真的形式能够把复杂的工艺过程形象逼真演示出来,完成传统实验室无法完成的实验,而且还能通过升级软件把最新的工艺技术融入到虚拟仿真实验教学实验中,使学生掌握最新的光伏技术。”宋登元告诉记者。

2004年毕业于河北大学电子科学与技术专业的范志东,是河北大学培养的掌握最新的光伏技术的毕业生代表。

范志东曾留在河北大学电子信息工程学院担任集成电路工艺实验教师,后加入到了“英利集团有限公司”担任技术研发工作。2013年他考入河北大学光学工程专业博士研究生,主要进行硅基荧光纳米材料的制备、发光特性及其应用研究。

“光伏技术虚拟仿真实验教学能更好地和实践相结合,与实际更贴近,提高了认知,同时提高了自己的动手能力。”范志东告诉记者。

据悉,针对多晶硅和单晶硅太阳电池的制备工艺进行优化和创新,近年来范志东提交了十余项发明专利,目前已经授权9项。

“英利集团作为用人单位,这几年对来自河北大学特别是电子信息工程学院和物理科学与技术学院的毕业生在适应工作岗位要求及毕业生能力提升方面的变化有很深的体会。”宋登元说, 光伏技术虚拟仿真实验教学极大地提升了学生们创新实践能力。

同样,河北大学的毕业生蔡爱玲目前在英利集团是技术骨干。在中心老师的指导下,她依据35-37℃条件下太阳模拟仪检测可减少误差1%的研究结果,修订了光伏龙头企业英利的光伏电池组件检测技术标准。

近年来,该中心积极与英利公司、廊坊光维公司、邢台晶奥集团、沧州黄骅新能源海滨光伏电站合作,开展科研项目、企业员工培训等,共建实验室及校外实习基地,有力支撑了虚拟仿真实验的持续发展和专业人才培养,通过校企合作培训推动了仿真资源的共享。

据悉,英利集团提供先进的多晶硅太阳电池生产工艺流程及自动化生产装备,通过开发高度虚拟仿真教学软件,构建了符合行业标准的电池制造综合虚拟仿真实验环境,按照工业开发流程进行实验训练,实现了高校人才培养与企业应用的无缝链接。

此外,英利公司与河北大学合作成立了“英利实验班”,并进行工程实验技术培训,开展各类国际合作和学术交流活动,与国际先进的电池生产线工程技术接轨,大大提高了学生的就业竞争力。

培养极具实践能力和创新精神的“新工科”人才

从6月下旬开始,河北大学电子信息工程学院的学生课外科技竞赛指导教师们就开始忙碌起来,他们要筹备一年一度的“河北大学电子设计竞赛”。该学院从1997年开始每年组织承办“河北大学电子设计竞赛”,到目前已经成功举办了20届,参加人数累计达3500余人,获奖项目达到500余项。

“在依托中心的实训实验教学的同时,我们非常重视第一课堂和第二课堂的互补、互融。”赵杰认为,提高学生综合素质是本科教育的重点内容,对于工科学生,要更加注重实践动手能力以及文理科的相互融合。

目前,该中心学生获国家级科技竞赛奖5项。包括全国大学生电子设计竞赛、全国大学生“挑战杯”竞赛、“飞思卡尔”竞赛中,获国家级二等奖3项、三等奖1项;河北省一等奖4项、二等奖19项、三等奖5项。国家级大学生创新创业训练计划项目30余项、参与发明专利7项。在2016年全国“互联网+”大学生创新创业大赛中获得河北省唯一的国家银奖。

“这些成绩取得,光伏技术虚拟仿真实验教学中心功不可没。”赵杰表示,依托中心的实训实验教学,按国际通行标准,培养极具实践能力和创新精神的“新工科”人才。

据了解,在我国,工程教育专业认证是由专门职业或行业协会、学会(联合会)会同该领域的教育工作者和相关行业、企业专家一起进行的,是针对高等教育本科工程类专业开展的一种合格评价。

《华盛顿协议》是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议,1989由来自美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚、新西兰6个国家的民间工程专业团体发起和签署,其宗旨是通过双边或多边认可工程教育资格及工程师执业资格,促进工程师跨国执业。2013年,我国加入《华盛顿协议》成为预备成员,表明我国工程教育质量及其保障能够得到国际工程教育界的认可,2016年6月2日,我国成为第18个《华盛顿协议》正式成员。 河北大学电子信息工程学院的通信工程专业于2014年顺利通过中国工程教育专业认证,为该专业毕业生实现国际化打开了通道。

教育部“卓越工程师教育培养计划”致力于培养具有创新精神和创新能力的、具有国际视野的应用型卓越工程人才。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》提出实施“卓越工程师教育培养计划”,并于2010年正式启动。全国高校68个自动化专业参加了卓越工程师计划。

该校电子信息工程学院副院长张欣介绍,学院的自动化专业2013年获批加入卓越工程师计划。自动化卓越班利用中心的教学平台资源,积极开展课程改革和校企协同育人模式实践,成效显著。今年毕业的2013级自动化专业是卓越计划的第一届毕业生,其就业率和考研率与往届相比明显提升,该班级还是省级优秀班集体。

“目前,光伏技术虚拟仿真实验教学中心在推动工程教育专业认证体系中各项目标要求的完成中发挥了巨大作用。” 张欣介绍,学校以国际工程教育认证体系为引导,提升本科培养质量。该标准以学生为中心,结合学校实际确定专业培养目标,依据培养目标的达成分解成十二项毕业要求,并完全细化分解到整个教学环节。

据介绍,目前该中心承担了河北大学校内电子信息工程学院、物理科学与技术学院、计算机科学与技术学院、质量技术监督学院等7个学院的电子科学与技术、新能源材料与器件、电气工程及其自动化、自动化、通信工程、电子信息工程、测控技术与仪器、应用物理学、光信息科学与工程、电子信息科学与技术、计算机科学与技术、英利实验班12个本科专业,32门仿真实验课,受益学生约3000人/年。

“在高等教育现代化和信息化的新形势下,河北大学光伏技术虚拟仿真实验教学中心将进一步加强学科专业与信息技术深度融合,凝练出一批优质的虚拟仿真实验教学资源,不断深化实验教学改革,全面提高学生的实践能力和创新精神,加强开放与资源共享,努力建成国内一流的虚拟仿真实验教学中心。”杨学新表示。

 
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