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储能科学与技术专业本科生培养计划的建议

作者:张强 韩晓刚 李泓 来源:储能科学与技术 时间:2020-06-11 浏览:
       2020年2月,教育部、国家发展改革委、国家能源局联合发布了《储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024年)》,这对于我国发展储能科学与技术,培养优秀专业人才具有里程碑意义。本文提出了初步的“储能科学与技术”专业的本科生培养计划,包括培养目标、培养要求、知识体系、课程规划等一般性建议,希望对理科、工科以及理工科综合类高等院校的储能专业设置有一定的参考价值,以求不断细化,共同完善。从本期文章开始,将在《储能科学与技术》杂志设立《储能教育》专栏,欢迎相关的主管领导、教授、学者和储能企业人力资源主管分享和讨论线上线下针对本科生、研究生、博士生以及技术人员的储能专业培训体系。

关键词: 储能;课程;专业;大学教育

2020年2月11日,教育部、国家发改委、国家能源局联合制定印发了《储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024年)》(以下简称行动计划)。《行动计划》提出拟经过5年左右的努力增设若干储能技术本科专业、二级学科和交叉学科,推动建设若干储能技术学院(含研究院),建设一批储能技术产教融合的创新平台,推动储能技术关键环节的研究达到国际领先水平,形成一批重点技术规范和标准,有效推动能源革命和能源互联网的发展。近期,西安交通大学申请增设全国首个且唯一一个储能科学与工程专业,已经获得教育部正式批准。与此同时,多所高校也正在积极响应《行动计划》筹划储能专业。在这一具有里程碑式的纲领性文件发布之后,针对如何具体落实文件的建议,如何形成高质量的储能专业人才培训体系,本文作者提出了以下初步建议,仅供参考。

1 培养目标

针对理科与工科,储能科学与技术专业旨在培养学生具备坚实的数学、物理、化学、化工、能源、信息、电力电子等储能相关的基础知识;掌握储能相关的理论和实验方面的专业知识,包括材料、器件、系统、智能制造、控制、工艺、检测、分析的理论和方法;发现、思考、提出和创新性地解决储能科学与技术问题的能力;拥有健康身心,恪守科学伦理,养成团队意识;主动面向国际科技前沿、国家经济和社会重大需求,在学术、产业和管理等方面发挥引领性作用。共性培养目标建议如下。

目标1:具有正确人生观、价值观、社会观和科学观,有较高的思想道德、社会责任感、文化素养和专业素质,富有求实创新的意识。

目标2:扎实掌握数学、物理、化学以及储能专业基础理论知识、专业技能和应用技术。

目标3:具备一定的独立获取知识的学习能力、实践能力、研究能力和新技术开发能力。

目标4:接受科学技术研究方法的训练,具有综合运用基础理论、技术、方法及计算模拟解决实际问题的能力,具有良好的科学素养、系统思维能力,具有良好的外语阅读、交流与写作能力,具有良好的国际化视野。

目标5:具备在物理、化学、能源与动力工程、电气工程、材料科学与工程、化学工程、车辆与运载以及相关学科进一步深造的基础,或未来具备在教学、科研、技术开发以及管理等方面从事相关工作的能力。

根据理科和工科,学校之间和院系之间的差异,培养目标可以针对性的设计,以上建议供参考。

2 培养要求

储能科学与技术专业本科生毕业时应达到如下知识、能力和素质。

(1)运用数学、科学和工程知识的实践能力;

(2)设计和实施实验、分析和解释数据的能力;

(3)计算和模拟仿真的初步能力;

(4)在综合考虑经济、环境、社会、政治、道德、健康、安全、易加工、可持续等现实约束条件下,设计储能系统、设备或工艺的能力;

(5)在团队中发挥交叉学科作用的能力;

(6)发现、思考、提出和解决工程问题的能力;

(7)深刻理解所学专业的职业责任和职业道德等工程伦理;

(8)积极有效沟通的能力;

(9)足够宽的知识面,能够在全球化、经济、环境和社会背景下认知工程解决方案的效果;

(10)终生学习意识以及终生学习的能力;

(11)从本专业角度理解当代社会和科技热点问题的能力;

(12)综合运用技术、技能和现代工程工具来进行工程实践的能力。

3 知识体系

科学完善的知识体系,是专业发展的基础。储能科学与技术专业的知识体系除了通识教育课程外,在专业教育方面,可分为基础课程、专业基础课程、专业发展课程、实践课程和毕业设计。具体推荐课程和课时占比建议如下。

(1)通识教育(20%~25%):政治、体育、外语、人文素质课程;

(2)基础课程(25%~30%):微积分、线性代数、概率论、数理统计、普通物理(力热声光电、量子物理、固体物理、工程力学、材料力学、流体力学等)、普通化学(无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学、物理化学、应用化学等)、仪器分析、化学原理、材料化学、化工基础等)、工程技术(计算机研与编程、电工电子技术、工程制图、传热与传质、电子工业/金工实习);

(3)专业基础课程(25%~30%):电化学、固体物理、固体化学、固态离子学、能源化学、能源物理、能源器件设计、能源存储与转化工程、能源系统综合与优化;

(4)专业发展课程(12%~17%):考虑专业分流,可开设选修课程,包括但不限于:电化学储能、氢能工程、燃料电池、物理储能、储冷与储热、能源材料、智能制造、人工智能、区块链与大数据、先进测试分析方法、多尺度计算和模拟仿真、材料基因组方法、电力电子、储能应用与系统集成技术、动力能源、分布式与规模储能、能源互联网、电力输送、可持续能源、储能项目管理、储能产业链管理、储能市场分析、储能政策法规、能源政策经济分析等;

(5)实践课程(2%~5%):与储能相关企业合作,建成若干方向的实训基地,开展储能专业实习与实践;

(6)毕业设计(6%~8%):与储能相关企业合作,完成储能创新链和产业链中某一环节的短期科学研究和训练,初步理解科学研究的流程,以及科研报告、论文、专利的撰写、发表或申请等。

为方便阅读和理解以上推荐课程的相互关系,图1给出了相应的思维导图。其中各推荐课程的学时、学分,和主修、选修等可根据实际情况进行调整。图2则以电化学储能为例,列举了电化学储能的关联知识体系。

图1   储能学科专业课程的思维导图示例

图2   电化学储能知识体系关联图

根据开设储能专业的学校层次和定位,可设置和强化不同的专业课程。一流理科高校强调培养栋梁之才,要求学生具有引领和创新的意识,掌握扎实的专业基础知识和广博的见识,则可加强培养其从事储能方向基础科学和应用基础科学研究的能力;一流工科高校强调培养未来成为高水平总工和高级工程技术人员,则可加强培养其打好储能工程应用技术的基础;推广到一流的技术和职业院校,强调毕业生能够建立整体的知识体系,具备较强的动手实践的能力,可大幅度提升其参加实践课程的比例,尽早了解和对接储能工程。通过这种有目的的定制化课程设置和强化,有望形成我国完备的储能专业知识和能力培训体系,并可类似地推进到储能专业研究生的培养。以上课程虽然选择不同,但课程授课方式可灵活多样,如采取线上和线下课程相结合的形式。

需要说明的是,目前大学教育中,基础课程设置的广度和深度学校之间差别较大,留给专业课程的时间并不充分,主干学科、相关学科;核心课程、必修和选修课程的具体安排和考虑,由各院系根据自己的具体培养目标和专业特色,做相应的取舍和强化。一些上述推荐课程的学习,也可以在研究生阶段完成。

4 学制、学位授予与毕业条件

学制:四年。

授予学位:理学学士或工学学士学位。

毕业条件:完成专业培养方案规定的学分(150~160学分,具体根据每个学校和院系的培养目标确定)及课外实践8学分,达到培养方案规定的毕业条件,军事训练考核合格,满足大学外语水平要求,通过《国家学生体质健康标准》测试,准予毕业,可获得毕业证书;符合大学本科生学籍管理与学位授予规定的,可授予学位并颁发学位证书。

国内外储能产业正处于蓬勃发展的前夕,如果能充分理解和执行《行动计划》,尽快把我国储能方向的本科教育做起来,做大、做强,不仅为储能科学研究与产业发展培养出大量高素质、高层次的研究、工程、管理类人才,还可直接推动我国乃至世界储能技术和产业的大发展!

致谢

张强教授感谢国家自然科学杰出青年基金(21825501),韩晓刚教授致谢陕西省重点研发计划重点项目(2017ZDXM-GY-035),李泓研究员感谢国家重点研发计划新能源汽车重点专项(2016YFB0100100),感谢北京卫蓝新能源科技有限公司徐航宇博士绘制课程思维导图。

第一作者:张强,教授,博导,研究方向为锂电池,E-mail:zhang-qiang@mails.tsinghua.edu.cn;

联系人:韩晓刚,教授,博导,研究方向为固态电池,E-mail:xiaogang.han@xjtu.edu.cn;李泓,研究员,博导,研究方向为锂离子电池和固态锂电池,E-mail:hli@iphy.ac.cn。

关键字:储能人才

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