河北大学:虚拟仿真助力”新工科”人才培养

毕业于河北大学电子信息工程学院电子科学与技术专业的范志东,像众多工科学子一样,毕业后从事技术研发工作。但不同的是,短短几年时间,范志东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,被授权发明专利已有9项之多。
  当被问及他是如何达到这样的成绩时,范志东告诉《中国科学报》记者,母校河北大学光伏技术虚拟仿真教学中心实践平台(以下简称“平台”)带给他很大的帮助,“虚拟仿真实验教学更容易再现实验室环境下所达不到的工程实际,使学生的实践训练与实际更贴近,既提高了自身的认知,同时也增强了动手能力。”
  那么,范志东所提及的“虚拟仿真实验教学”究竟是什么呢?
  利用优势创建平台
  虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和计算机网络,这些新技术构建起了高度逼真、信息开放、特色鲜明的虚拟仿真教学资源。而虚拟仿真实验教学则是将虚拟仿真技术与实践教学相结合,更有效地培养学生实操与创新能力的教学手段。
  位于新能源产业国家高技术产业基地的河北大学,在2015年获批了1光伏技术虚拟仿真实验教学中心。该实验中心是全国300个1虚拟仿真实验中心中唯一一个涉及新能源且建有“光伏材料” “太阳电池制备”“光伏发电”和“专业基础”四个虚拟仿真实验的教学资源平台的中心。
  据电子信息工程学院副院长张欣介绍,该平台有两大特色:其一是利用虚拟仿真新技术再现了光伏技术所涉及的一些微观机理和宏观实操的过程;其二是涵盖了光伏技术的完整产业链条。
  在工科的很多实验教学环节中,都存在高耗能、高危险等不易实现的环节。“比如在光伏产品的生产过程中,很多微观的机理因危险系数高或者环境要求密闭,学生难以看到,教师只能为学生讲解一些原理,因此,在以往的教学过程中实验不好开展。”张欣说。
  虚拟仿真教学平台的建设恰好解决了这一问题,利用虚拟现实技术以及网络等建构起了虚拟仿真教学资源,为学生提供了安全、可靠、经济的虚拟实验环境,“光伏技术虚拟仿真实验教学中心通过虚拟仿真的形式把复杂的工艺过程形象逼真地演示出来,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中,让学生掌握到最新的光伏技术。”英利新能源有限公司首席技术官宋登元告诉记者。
  除虚拟仿真技术之外,平台还实现了光伏产业链条的完整化。“从最初的光伏材料的研究,到太阳能电池的制备,再到太阳能电池的检测、发电、并网、控制以及后期的应用,河北大学都有相关学科专业的支持,这也是平台涉及了一个完整的光伏产业链条的基础。”张欣说。
  平台内容丰富
  “新工科”是近期高等教育界关注的热点话题之一,“新工科”人才培养要求学科交叉融合,学生需具备较高的综合素质、实践创新能力和国际视野。而光伏技术虚拟仿真实验中心,通过虚拟现实等技术,与相关领域的企业合作,构建起的光伏技术虚拟仿真教学资源平台,对“新工科”人才培养有很大的推动作用。
  平台除了提供常规的线下实验课程教学外,学生还可以通过网络,在线上预习或完成实验相关工作。“虚拟仿真实验软件都放在网络服务器上,学生即使在不是上课的时间,也可以随时随地通过网络来完成一些实验教学环节,这也是虚拟仿真实验的一大特点,即开放式的信息化教学。”张欣说。
  学生还可以通过平台,参与项目实践活动,结合本领域科技前沿,将科研成果和企业先进技术转化为实验教学。“中心的常规实验课程面向所有的学生,至于创新创业项目、教改项目等,属于课外的课题和能力拓展,不由教师指定,也没有太多的条条框框限制,只要学生有兴趣、有能力就可以参与。”张欣告诉记者。
  学科交叉融合也在这里得到体现。各级各类比赛和项目,除理工科知识外,也需要其他学科知识。比如经济、管理以及产品的设计、包装等,因此,平台中的工科学生会与其他专业的学生组成团队,共同完成项目。通过这样的方式,为复合型人才培养打下基础。
  为了给学生拓展国际视野打造良好的师资及环境,平台将国外的专家“请进门”,在平台的建设上提供好的建议和思路,也为学生提供一些课程。同时,教师也会“走出去”,前往国外的机构或大学进行深造。
  实践能力明显增强
  蔡爱玲从河北大学电子信息工程学院毕业后就职于英利集团,很快就成为公司的技术骨干,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,修订了公司的光伏电池组件检测技术标准。
  近年来,平台积极与英利集团、廊坊光维公司等光伏企业,通过共建实验室及校外实习基地等形式,开展科研项目、学生实习、企业员工培训等合作,因此,像蔡爱玲这样的受益学生还有许多。
  河北大学光伏技术虚拟仿真实验教学中心主任、电子信息工程学院常务副院长赵杰表示,在依托中心的实训实验教学的同时,还要重视第一课堂和第二课堂的互补、互融。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。
  “通过平台的教学和项目活动,企业反馈毕业生的实践能力明显增强。”张欣说。该校学生硕果累累,在全国大学生电子设计竞赛、全国大学生“挑战杯”竞赛等比赛中均取得优异成绩,并在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。
  面对着令人欣喜的成绩,张欣表示,“新工科”人才培养目前还没有一个十分成熟的解决方案,大家还都在摸索阶段,他们就想抓住新的机遇,借助平台做一些这方面的研究和探索,为“新工科”人才培养作出贡献。
上一篇:
下一篇: