高等院校前沿应用技术创新实验班建设方案（功率半导体与电力电子方向）

（一）项目建设思路

高等院校是我国高素质人才与专业人才培养的主阵地，是我国突破前沿技术的重要支撑。人才是创新发展的源动力，应用型新技术人才是前沿技术产业的保障。随着新科技革命的逐步深入，技术创新的脚步进一步加快，产业革新进入到了高速发展时代，传统的产业布局也被打破，学科之间与产业没有直接而明确的关联关系。面向产业的跨学科人才培养成为了一种全新的人才培养模式。

前沿应用技术创新实验班是高端应用型人才的一种大胆尝试，打破学科和专业界限，面向产业需求，将产业内的复杂工程问题带到人才培养体系中，夯实基础，强调应用，培养符合前沿产业发展需求的高端应用型人才。

（二）实验班实施方式

前沿应用技术创新实验班立足于电气、电子科学与微电子等专业，形成多个本科专业的交叉融合，跨专业开展人才选拔，以“产品化”和“工程化”人才培养方式进行课程内容统筹。加强课程设计内容，将项目制引入教学活动中，实现“做中学”，在实际项目中完成专业内容的学习。

创新实验班学生在完成本专业基本内容学习后，以先进半导体与电力电子技术作为主要培养方向。引入东莞先进半导体企业内专家进入课堂，为学生提供产业一线技能和知识培训。先进半导体和电力电子技术应用面广泛，在课堂中引入新能源、直流输电、电机控制、自动控制、人工智能、新能源汽车、物联网等产业内容，让学生抓住各产业核心内容，提升应用场景的认知能力。

前沿应用技术创新实验班

先进半导体及电力电子产业作为我国急需突破的关键技术产业，在技术研发大力投入的同时，还需注意应用型人才培养。高等院校联合中科院半导体所及第三代半导体产业技术创新战略联盟，面向先进半导体与电力电子技术建设前沿应用技术创新实验班。泰克科技作为全球知名的半导体测试服务机构，为创新实验班建设提供支持，共同建设面向产业的人才培养方案、培养目标与师资队伍，并切实做好人才培养体系建设。

前沿应用技术创新实验班架构示意

前沿应用技术创新实验班将先进半导体测试技术及电力电子综合应用作为人才主要培养方向，明确前沿技术相关岗位与职业能力要求，确定切实可行的人才培养目标，构建特色鲜明的前沿应用技术人才培养高地！

二、建设背景

（一）产业分析

功率半导体是电子设备中电能转换和电路控制的核心，主要用于电压，频率，DC和AC转换功能。功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多细分方向，市场规模呈现稳健增长态势。电力电子在能源、消费电子、汽车电子等产业中占有重要地位。功率半导体与电力电子技术相关产业是国家综合硬件体系中的基石，在国民经济中发挥重要作用。

根据IHS的数据，2019年全球功率半导体市场规模达到403亿美元，同比2018年增长3.3％。中国的功率半导体市场总规模为144.8亿美元，占全球功率半导体市场的35.9％。

在功率半导体产业中，功率IC，IGBT，MOSFET和二极管是四种使用最广泛的功率半导体产品。根据市场调研分析，功率IC占2017年全球功率半导体市场规模的54％，使其成为市场份额**的功率半导体产品。MOSFET主要用于不间断电源，开关电源，逆变器音频设备等领域。2017年，MOSFET市场规模占整个功率半导体市场规模的17％;功率二极管主要用于电源，适配器，汽车，消费电子等领域。每年全球功率二极管的销售额约占功率半导体总销售额的15％。由于IGBT的工作频率范围广，可以覆盖更高的功率范围，因此它适用于铁路运输，光伏发电，汽车电子和其他领域。2017年，IGBT销售额占12％。

在应用场景方面，功率半导体与电力电子技术目前主要应用领域包括六大方向：电动汽车、可再生能源发电、工业和自动化、储能、数据中心和服务器、消费类电子产品/白色家电。

（二）地区产业分析

广东省作为我国电子信息产业大省，在我国半导体产业领域占有举足轻重的地位。2020年2月，广东省人民政府办公厅印发《广东省加快半导体及集成电路产业发展的若干意见》，着重强调抓住建设粤港澳大湾区国际创新中心的有利机遇，坚持市场主导、政府引导，需求牵引、协同创新，错位发展、适度集聚，积极发展一批半导体及集成电路产业重大项目，把珠三角地区建设成为具有国际影响力的半导体及集成电路产业集聚区。《意见》强调，重点推进功率半导体制造产业，大力发展MOSFET、IGBT等产品，支持GaN、SiC等化合物半导体器件和模块的研发制造。

东莞作为广东工业重镇，在第三代功率半导体与电力电子技术发展方面被委以重任。东莞在大力发展功率半导体与电力电子产业，源于东莞拥有配套完整、规模庞大的电子信息产业集群，是粤港澳大湾区科技创新走廊的重要节点。作为电子信息产业的核心，第三代半导体产业也在东莞形成了规模集聚，并涌现出了中镓、天域等一批国内知名的半导体龙头企业，为发展第三代半导体产业打下了坚实基础。

三、建设目标

（一）产教融合，共筑应用教育高地

功率半导体与电力电子的测试与应用是我国功率半导体产业界发展的重点，在应用型人才领域存在较大缺口。高等院校通过与CASA、泰克科技在功率半导体与电力电子应用领域可实现产教融合，将泰克科技的功率半导体与电力电子应用与测试方案应用于应用型人才培养体系中，让学生在学习过程中即可面对世界先进的功率半导体与电力电子测试方案。深度产教融合对提升高等院校应用型人才培养质量有重要意义。

（二）强调产出，激发产教融合活力

以产业应用为核心，配合产业能力需求进行职业教育剖析，开展“以项目为基础，以设计为中心”的工程化实践教学模式，在应用场景中探讨工程教学内容。

功率半导体、电力电子与集成电路是现有多个战略新兴产业的基石，培养学生良好的产品开发、测试与应用能力，促使学生在学习中与产品对接，掌握真正的产品开发能力与工程应用能力，实现产教融合的“一通百通”。

工程教育需要与产业结合，通过CDIO+OBE模式，将毕业目标与产业需求相衔接，将产业问题作为复杂工程问题融入到教学活动中，逐步增强人才培养过程中产教融合的深度。

泰克科技功率半导体与电力电子建设方案结合新能源发电、新能源电动汽车等多种应用场景，提出以场景为导向的电力电子认知、仿真、设计、测试和应用的全周期实践教学，将产品开发与工程教育相对接，明确毕业要求，为工程教育认证提供辅助支撑。泰克科技功率半导体与电力电子建设方案将产业开发需求与教学相融合，为产教融合提供基础支撑。

（三）学科交叉，增强目标教学质量

结合世界经济格局的发展，我国正逐步加大对关键技术领域的投入。国务院在近些年接连发布《新一代人工智能发展规划》、《节能与新能源汽车产业发展规划》、《国家战略性新兴产业发展规划》、《能源战略行动计划》等产业发展纲领性文件，为人工智能、新能源、智能电网、3D打印、大数据、物联网、机器人、智能制造等产业发展提供了全新的契机。

电工电子是多项先进技术发展的基础保障，在智能供电、能源互联网、智能控制控制方向为上述产业提供了良好的支撑。结合产业发展建设“电气+X”平台，根据X产业特点，以应用场景为突破，开展电气工程专业与产业的融合实践教学，建设“电气+X”多学科融合平台具有非常重要的意义。

（四）四创融合，提升创新教学质量

创新是发展的原动力。国务院办公厅发布《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，为高校双创教育提出了新的期许和明确的指导意见。结合工科教育特点，开展“创意—创新—创造—创业”的“四创融合”一体化教学模式对于推动新工科内涵建设有重要的指导意义。加强创新创业教育，培养创客精神，播下创新教育的种子。

泰克科技功率半导体与电力电子教学方案以应用场景为基础，学生可结合需求提出新的创意，将创意在平台中进行验证以形成创新。结合3D打印机、激光雕刻机、SMT等设备制成产品以做到创造，进而形成创业雏形。创意来源于产业，创新立足于产业，创造应用于产业，创业服务于产业。

四、建设内容

（一）课程体系建设

高校本科阶段的实践教学体系包括课程实验、认知实习、金工实习、工厂实习、课程设计、创新创业、毕业实习、毕业论文/设计等环节。目前在各高校电气工程及其自动化、电子信息等专业的实践教学中，实践教学体系存在的问题较多，主要包括以下几个方面：

1)实践教学各环节关联度不足，甚至存在完全独立的状态；

2)实践课程与理论课程关系不明确，以至于某些实践内容没有理论支撑；

3)实践教学形式化严重，与实际工程关联度不足；

4)选购的实验设备主要针对课程实验，导致课程设计、创新创业、毕业设计等实践环节的实验支撑度不足；

5)学生对专业相关的设备与软件的了解较少，对工程现场的操作规范与运行规程等内容了解较少；

6)课程设计内容不丰富，毕业论文/设计的质量较差。

基于目前国内工科专业实践教学环节存在的问题，泰克科技结合多年高校实践教学经验与实验室建设经验，与华北电力大学、福建师范大学等多所高内知名高校共同开发“基于工程思维+产品思维训练的新能源工科实践教学体系”，不仅实现理论与实践的一体化设计，还将课程实验、认知实习、课程设计、双创活动、科研提升与毕业论文进行工程化贯穿，以实际工程项目或产品开发作为一体化实践教学的主线，将与专业相关的理论知识与实际工程项目相结合，锻炼学生的设计、开发、调试与测试的能力。此外，在实践过程中锻炼利用综合知识解决复杂工程问题的能力。

“基于工程思维+产品思维训练的新能源工科实践教学体系”（以下简称“双思维训练体系”）是围绕工程思维训练与产品思维训练而开发的教学体系，配合国际化人才战略，培养能够解决复杂工程问题的国际化功率半导体及电气工程人才。我国“新工科”建设的核心内容在于培养学生解决复杂工程问题的能力，这对工科教育提出了很高的要求，“双思维训练体系”将复杂工程问题进行阶段化分级。

（二）实验室建设

在对功率半导体与电力电子产业进行综合分析后，结合电气工程及其自动化、电子信息工程、机械电子工程等专业的课程标准，实验室建设共分为集成电路实验室、电力电子实验室与功率半导体测试实验室三个部分。每个实验室的组成与功能具体如下：

（1）实验室设备采购规划

（2）集成电路实验室效果图

（3）电力电子综合创新实验室效果图

（4）核心设备介绍—REPERS电力电子开发仿真实验平台

1、设计思路

随着世界工业技术的进步，工科人才的能力需求也在悄然发生变化，传统工科教育中以“教”为中心的教学模式正承受着严峻的考验。电气工程及其自动化、电子科学与技术、自动化、新能源等工科专业作为明星工科专业，成为了目前教育部工科教育改革的重点专业。结合工科人才的培养需求，培养与产业发展相衔接且具有系统化思维和解决复杂工程问题能力的工科人才是工科专业发展的重点。

目前多数工科专业的实践教学环节虚化，与产业脱节严重，很难与工程实际相结合。新能源变流与控制开发创新实验平台REPERS从实际工程和产品开发出发，以“工程思维训练”和“产品思维训练”为核心，执行“真开发”、研发“真产品”、落实“真应用”，将电力电子技术与新能源应用场景相结合。根据储能、光伏发电、电动汽车、智能微电网等新能源应用的需求，进行相关电源、控制产品的认知、仿真、开发、测试和系统应用工作。

图1、REPERS设计路线示意图

REPERS开发仿真可涵盖以下新能源综合应用场景：

• 储能：储能系统直流变换器，电池管理系统BMS

• 光伏发电：光伏控制器，离网逆变器，并网逆变器

• 风力发电：风电变流器。风光互补控制器

• 电动汽车：直流充电模块，OBC车载充电装置

• 智能微电网：PCS双向变流器

• 系统应用：交/直流光储系统、储能供电系统、光储充一体化、独立光储微电网、多级光储充综合微电网。

2、教学功能

结合“新工科”和“工程教育认证”的要求，配合“新工科”内涵建设，加强培训学生解决复杂工程问题的能力，新能源变流与控制开发创新实验平台REPERS能够完美融入高校工科实践教学体系中。

REPERS执行的新能源电力电子开发模式能够完美配合新工科教育中“树立创新性、综合化、全周期工程教育理念”，学生通过该平台可开展适应不同应用场景要求的新能源电源认知、设计、仿真、开发、测试和系统应用工作。以课程设计为核心，兼容课程实验，可扩展至双创教育、科研提升、生产实习及毕业论文阶段，全方位践行CDIO教育模式。

新能源变流与控制开发创新实验平台REPERS以新能源与智能控制为应用场景，以电力电子开发与仿真为主要手段，培养学生以实际产品开发、测试与应用为基础的解决复杂工程问题的能力。将传统实验课程与课程设计、创新创业教育、毕业论文等实践环节贯穿，实现“四创融合”的一体化发展。REPERS为电气工程、电子科学、自动化、物联网、新能源等专业实践教学提供了新的教学思路和实施方法。

图2、双思维工程教育模式示意图

根据从易到难的，REPERS可执行的实践教学内容如下表：

3、REPERS-STARTER实验与课程设计内容

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