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    汽车动力变革中的内燃机发展趋势

    发表于:2019-08-26
    阅读:5750
    评论:0

     来源:同济智能汽车研究所 混合动力研究组:韩志玉教授、吴振阔博士、高晓杰博士

     

    编者按 未来30年汽车动力将如何变革?此变革中内燃机又将何去何从?本文在总结了过去30年汽油机技术的进步和近20年汽车动力的变革后,或许能为我们部分廓清上述问题。 文章结论性观点如下:(1)过去30年,轻型汽车汽油机技术取得长足进步——汽油机产品在动力性、燃油经济性和排放控制方面获得全方位提高。其中,动力性提高67%以上,热效率提高8个百分点,提高幅度为20%以上。中国轻型汽车排放标准从国1到国6,有害排放物降低80%以上。(2)未来30年内燃机仍将起到关键作用,至少60%以上轻型汽车需要一个内燃机。(3)内燃机在轻型汽车动力中的地位将逐渐发生变化。一方面,从内燃机单独驱动逐渐演变为内燃机和电机共同驱动,其作用变化类似于从“独唱”变为“二重唱”。另一方面,内燃机在整车性能上所起到的关键作用将下降,从一个“核心”部件变成“关键”部件,成为一个通用产品,商业模式可能发生变化。(4)结合混合动力系统应用可充分利用发动机的高效率区域。混动系统,特别是增程混合动力系统,要求内燃机运行范围变窄,有必要开发混合动力专用发动机,进一步提高其热效率、简化机构、降低成本。(5)未来汽油机热效率(特别是实际运行时的热效率)将大幅度提高,通过多种技术手段的应用,商业化产品有望实现45%的热效率。(6)汽车燃用天然气可大幅度降低CO2排放。车用动力将根据地域形成“油、电、气”的多元格局。

    摘要:总结了过去30年轻型车用汽油机技术与产品的进步以及近20年汽车动力多元化(包括混合动力、纯电动、燃料电池等)的变革趋势,展望了内燃机在此变革中的发展趋势。在过去30年,汽油机技术取得了长足的进步;汽油机产品在动力性、燃油经济性、排放控制方面获得了全方位的大幅度提高。对动力技术多元化的分析指出内燃机在汽车动力中仍将起到关键作用,未来30年里至少60%以上的轻型汽车仍然需要使用内燃机。但是,内燃机的地位将逐步发生变化。汽车动力将从内燃机单独驱动的“独唱”逐渐演变为内燃机和电机共同驱动的“二重唱”。轻型车用汽油发动机未来发展的重点包括开发混合动力专用发动机、提高发动机热效率和应用低碳燃料(如天然气)等。最后,探讨了提高汽油机热效率至45%的技术手段。

    关键词 : 汽车动力;内燃机;汽油机;热效率;电动化

    前言

    汽油机是轻型汽车(包括乘用车和轻型商用车)的主要动力。在过去的30年里,世界发达国家和中国的汽车发动机技术和产品都取得了长足的进步。笔者结合亲身经历,讨论近30年国内外车用汽油机技术和产品的进步,总结近20年汽车动力多元化的发展趋势,并展望未来在轻型汽车动力变革中的内燃机发展。由于柴油机制造成本高,且需要复杂的后处理系统来满足日益严格的排放标准,因此柴油机在中国轻型车上应用较少,欧洲国家的应用也会逐步减少,所以本文集中在汽油机方面的讨论。 

    1.近30年车用汽油机技术和产品的进步

    为了理清汽油机技术发展的基本线路,有必要对发动机的工作过程做一个简要概述。图1给出了发动机基本工作过程的示意图。

     

    图1 发动机工作过程示意图

    进气系统及燃油供给系统将空气和燃料分别引入到发动机内并形成空气–燃料混合气,混合气在发动机燃烧室内被点燃并发生燃烧,带动曲轴旋转对外输出动力。随着燃烧产生的产物有H2O、CO2以及空气中没有参与反应的N2,同时也伴有少量CO、HC、NOx和颗粒物等有害排放物。因此,对发动机工作过程的改善一般应遵循如下原则:

    1) 最大程度地提高动力输出以及其与燃料输入的比值,即提高动力性及燃油经济性;

    2) 依法合规降低有害排放物;

    3) 降低CO2排放(碳排放)。

    从图1可以看出,理论上要改善发动机就要改善燃料的供给、空气进气、燃烧、有害排放物的生成及其后处理。在过去的30年里,发动机技术正是在上述这几个方面取得了很大进步,从而带来了发动机性能的显著提高,即上述第1和2项取得了进步。需要指出的是,目前对于CO2的降低,即上述第3项,主要是通过降低油耗来实现,基本没有出台专门降低CO2排放的措施和法规。本文在后面的讨论中将按燃料供给、空气进气、燃烧和有害排放物控制的线条展开讨论。

    为深刻理解发动机技术发展背后的原理支撑,先对发动机原理进行简要分析。以发动机平均有效压力和热效率为主线对影响发动机动力性及经济性的主要因素进行分析。

    发动机的缸内平均有效压力与其输出扭矩成正比,提高平均有效压力将提高发动机的扭矩输出。平均有效压力为[1,2]

    其中:ηV为充气效率,ηC为燃烧效率,ηi为指示热效率,ηm为机械效率,αAF为空燃比,Pa、Ta、R分别为参考状态下的气体压力、温度及气体常数,QLHV为燃料低热值。

    为提高发动机的扭矩输出,要考虑式(1)中各影响因素。采用较大的空燃比(大于当量空燃比),即稀薄燃烧,有利于提高指示热效率(即降低燃料耗率),但将直接影响发动机的输出扭矩。考虑到这个因素和排放控制,汽油机基本工作在当量空燃比附近,其变化范围较小。因此提高汽油机的动力输出,可从提高充气效率、燃烧效率、指示热效率、机械效率入手。其中,提高充气效率的效果尤为显著。

    提高汽油机的热效率可以从理论热效率入手。汽油机理想循环为奥拓循环(Otto cycle),其热效率为[1,2]:

    其中:ηi为指示热效率,ε为压缩比,n为过程指数。增大压缩比或过程指数均可以提高热效率。汽油机压缩比提高到一定程度将受到爆震燃烧的限制,采用可变压缩比技术是提高发动机热效率同时避免爆震的最佳技术方案之一。

    1.1 汽油机技术的进步

    由于汽油机功率密度较高、振动噪声小、成本较低且污染物控制比柴油机容易,因此广泛应用在轻型车上。汽油机一般采用火花塞点燃汽油与空气的预混合气,继而产生火焰传播,燃烧做功。汽油机混合气的制备对汽油机的性能影响很大,因此汽油机技术的发展离不开与混合气制备密切相关的进气和燃油喷射技术的发展。

    1.1.1  进气技术的发展

    从式(1)可知,为提高发动机动力性,可以通过提高发动机的充气效率来实现。提高汽油机充气效率的进气技术包括:采用4气门、可变进气管长度、可变进气正时(variable valve timing, VVT)、可变进气升程(variable valve lift, VVL)以及废气涡轮增压等技术,其中涡轮增压技术是当前提升汽油机动力性的主要手段。

    涡轮增压技术可以利用废气能量驱动涡轮带动压气机工作,提升进气压力,提高发动机的充气量,继而大幅提升汽油机的动力性[3-4]。由于动力性的提升,汽车可在保持与原有自然吸气发动机相同动力性的情况下,采用较小排量的涡轮增压发动机,利于发动机小型化和轻量化。小型化可以有效降低燃油消耗量及有害物的排放量,做到节能、减排。因此,增压小型化也成为现今车用汽油机的主流趋势。但是,采用涡轮增压技术也存在一些问题[5]。由于进气压力和温度的增加,会导致压缩终了的缸内温度升高和压力增加,以及发动机热负荷增加,使发动机爆震倾向增大。一般可通过进气中冷、提高燃油辛烷值、降低压缩比、推迟点火角、加浓混合气、废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)等技术手段来抑制爆震。

    1.1.2   燃油喷射技术的发展

    早期汽油机通过化油器实现汽油供给, 到20世纪80年代初期随着电子控制技术的兴起,开始普遍采用汽油气道喷射技术(port fuel injection, PFI),从单点喷射到各缸多点喷射技术。到20世纪90年代中期,缸内直接喷射技术(gasoline direct injection,GDI)得到了商业化应用。尽管几十年前人们几次尝试推出汽油直喷技术的产品(例如福特汽车公司的PROCO),直到1996年日本三菱汽车公司率先在市场上推出直喷分层燃烧的汽油机汽车产品,才开启了现代汽油直喷喷射技术的时代,经过10多年的发展,废气涡轮增压当量均质混合气直喷汽油机技术在国内外基本普及。

    为满足日益严格的排放标准,人们一直在改善燃油雾化和喷射控制,缸内直喷技术经历了从伞喷到多孔喷油器,喷射压力从10 MPa到35 MPa,每循环单次喷射到多次喷射,喷雾油粒平均尺寸从25 μm到10 μm的进步。随着燃油喷射控制技术的进步,喷油离燃烧室越来越近,使得喷油量、喷射时间和喷射策略的控制也越来越精确,有利于对空燃比精确控制,进而实现对燃烧的精确控制。而且,有利于对各缸空燃比的一致性控制,降低了各缸不均匀性。

    1.1.3   整机技术的发展

    随着进气和燃油喷射技术的发展,汽油机整机技术也相应地得到提高。以燃油喷射技术为特征的整机技术经历了从自然吸气PFI汽油机、废气涡轮增压PFI汽油机到自然吸气GDI汽油机,再到目前主流的废气涡轮增压GDI汽油机。以上市产品为例,表1总结对比了国内外整机技术的发展历程。1967年德国大众汽车公司已有PFI汽油机上市;宝马汽车在1973年推出了2.0 L增压PFI汽油机。1996年日本三菱公司首先推出了现代GDI汽油机,应用在Galant车型。该款发动机排量为1.8 L,采用分层稀薄燃烧技术。2000年德国大众汽车公司推出了增压直喷汽油机,应用在Lupo车型。该款发动机排量为1.4 L,采用当量燃烧技术。

    表1  国内外整机技术发展历程

    反观中国自主品牌市场,在2000年左右,汽车公司,包括长安、奇瑞、昌河、华晨金杯和夏利等,应用PFI发动机的汽车陆续批量上市。在2009年,奇瑞汽车推出瑞虎5车型,应用2.0 L增压PFI汽油机;在2010年奇瑞汽车又推出瑞麒车型,搭载2.0 L直喷增压汽油机。从表1可以看到中国汽油机整机技术与发达国家相比比较滞后,这与中国汽车工业发展相对滞后直接相关。在增压直喷汽油机技术应用的时间上,中国比国外滞后10年左右,但目前已经与国外技术总体上基本拉平。

    在整机技术发展的过程中,除提高指示热效率的各种技术手段(常用的包括VVT、VVL、EGR、Atkinson/Miller循环,等)以外,废气涡轮增压、发动机结构设计、轻量化材料、低摩擦材料、高效率可变附件等技术也是层出不穷,方兴未艾。在这里就不再赘述。

    1.1.4   研发手段的发展

    发动机技术的进步来源于研发结果。在过去30年里发动机的研究手段也取得了突破性进展,主要的进步集中体现在发动机缸内现象的可视化。各种试验及仿真技术的发展使得发动机缸内现象从原来的看不见、摸不着逐渐发展到可见、可测。通过采用光学发动机结合激光诊断技术以及计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真技术,使得缸内过程可视化和可预测化成为现实。缸内过程的可视化和CFD的应用为深入探究直喷汽油机缸内混合气形成、燃烧及排放生成等物理化学现象的本质及燃烧系统的设计优化提供了可能性及有效性[6],如Han等[7]结合光学发动机试验,通过CFD仿真预测了活塞湿壁现象,并发现了活塞表面上残存液态燃油量与发动机碳烟量的定性关系。从图2可以看到,CFD预测出的活塞表面上液态燃油的位置与光学发动机活塞积碳位置是一致的。
     

     

    (a)  CFD预测结果

     

    (b)  光学发动机结果

    图2 CFD预测的活塞表面上的液态燃油与光学发动机上活塞积碳对比[7]
    基于对发动机缸内多种物理现象可视化研究的需求,研究者们开发了各式各样的激光诊断方法。图3给出了直喷汽油机在一个工作循环中涉及的喷雾、蒸发、气流运动、燃烧及排放物生成等过程以及对应的诊断方法[8-9]。对喷雾形态的测量主要采用喷雾成像的方法,利用光源将喷雾照亮,并通过摄像系统来采集图像,最后对喷雾贯穿距、锥角进行分析。依据使用光源的不同,可分为白光灯摄影、背光摄影及片激光米氏散射摄影等。对喷雾粒径的测量主要采用相位多普勒法(phase‎ doppl‎er parti‎cle analy‎zer, PDPA)和片激光粒径诊断法(laser sheet dropsizing,LSD)。对喷雾的蒸汽相浓度进行测量常用的手段有激光诱导荧光法、双相激光诱导荧光法、红外吸收散射法等。对缸内流场测量的方法有激光多普勒测速(laser doppler velocimetry, LDV)、粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)和分子示踪技术(molecular tagging velocimetry, MTV)等。对缸内燃烧过程的测量可采用直接摄影来观察燃烧形态,或对燃烧过程中的OH自由基等组分进行测量来获取燃烧发生区域。最后,还可以通过双色法或者激光诱导炽热发光法(laser induced incandescence, LII)对缸内碳烟生成进行测量[9]。
    图3 激光诊断技术在直喷汽油机中应用[9]

    发动机的CFD仿真技术在过去30年里从动态网格处理、物理模型构建、计算方法、计算速度和精度、后处理技术、软件界面等各方面都取得了很大的发展。早期的网格划分工作占用整个发动机CFD仿真的大半时间,并且难以较精确地处理气阀运动等复杂动网格。目前已发展出网格自动生成技术及自适应加密技术[10],CFD前处理时间大大缩减,因而可缩短工程优化的迭代时间。同时从原来使用非常粗的网格(2-3 mm)到现如今的精细网格(0.1mm),提高了计算精度。对发动机物理过程的仿真也从简单的气流计算发展到现今的从气流运动、喷雾、混合、燃烧及排放物生成等多物理过程的仿真,且在模型构建及预测精度等方面取得了较大的进步。对缸内湍流流动模拟,研究者不仅对原有雷诺时均(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)模型进行了较大改善,引入基于快速畸变理论的RNG k-e模型[11],而且也发展了精度较高的基于空间平均的大涡模拟(large eddy simulation, LES)[12]。近些年来,得益于计算机计算能力的大幅提升, 将LES应用到发动机CFD模拟的案例越来越多。有了LES的帮助,使得对缸内现象的预测更为准确,更接近真实。同时,也可对发动机循环波动[13]及一些偶发现象(如爆震[14])有较好的预测。关于燃油喷雾模型的进展,不但是在喷雾破碎、蒸发、碰壁等子模型的构建上取得了较大进展,而且在建模方法也有了一些新思路和方法,获得了更好的预测结果[15]。

    燃烧模拟方面,从原本预测性较弱的零维、准维燃烧模型逐步发展到现在预测性较强的多维燃烧模型,如特征时间模型(characteristic time combustion, CTC)、涡团耗散模型(eddy dissipation concept, EDC)、G方程模型、直接耦合化学反应动力学模型、概率密度(probability density function, PDF)模型等,可以实现对传统汽油机、柴油机以及新型燃烧模式发动机燃烧过程的较为准确的模拟[12,16]。近年来在燃烧化学反应耦合方面已从使用单步反应或少量骨架反应发展到采用较详细的化学反应机理,甚至全机理计算[16-17]。通过耦合详细化学反应机理,可以对燃烧及污染物生成如HC、CO、NOx等有较好的预测,但是目前对颗粒物的预测精度有限[16,18]。

    1.2  汽油机产品性能的进步

    1.2.1 动力性

    为展示发动机在动力性上的进步,本文选取并对比了历年美国沃德十佳发动机[19](自1995年开始)及中国心十佳发动机[20](自2006年开始)获奖名单中4缸汽油机产品的升功率(WL)及升扭矩(TL)指标,如图4所示。可以看出: 采用增压技术可显著提高发动机动力性,且随着时间发展,增压发动机的动力性指标也取得了很大提升。国外发动机采用的增压技术包括涡轮增压、机械增压以及涡轮与机械双增压。以采用涡轮与机械双增压发动机的沃尔沃S60 Polestar汽车为例,其升功率和升扭矩已分别达到135 kW/L和235 Nm/L。从总体上讲,在过去20年里,国外增压汽油机的平均升功率从60 kW/L提高到100 kW/L以上,提高了67%以上,同时升扭矩从120 Nm/L提高到200 Nm/L,进步十分显著。对于涡轮增压发动机来说,中国自主品牌发动机的动力性大概与国外发动机10年前的水平相当,但是在过去十几年里也取得了明显进步,平均升功率从60 kW/L提高到了88 kW/L左右,提高了约47%。对于自然吸气发动机的动力性,多年来并未有显著提高,国内外发动机的动力性基本相当,升功率保持在50⁓55 kW/L。还需注意的是,由于车用动力的多元化发展,国外逐渐出现混动专用发动机,且以自然吸气为主。
    (a)国外发动机升功率
     (b)国内发动机升功率
    (c)国外发动机升扭矩
    (d)国内发动机升扭矩
    图4 汽油机动力性的演变

    1.2.2  发动机热效率及燃油经济性

    在过去30年里,汽油机热效率也有较为显著的提高。图5给出了日本丰田汽车的汽油机热效率变化历史[21], 该图也基本反映了国外汽车工业界的发展轨迹。从图5可以看出,过去30年里汽油机热效率从33%提高到了39%,目前有报道丰田公司量产的汽油机最高热效率为41%[22-23],热效率提高了8个百分点,相对值提高幅度为24.2%。

     
      图5 丰田汽车汽油机热效率变化历史[21]
    自2005年开始,中国先后实施/制定了4个阶段的乘用车燃油消耗量限值法规,用于推动汽车节能技术的革新。图6给出了中国轻型车在4个阶段不同整车整备质量对应的燃油消耗量限值。通过燃油法规的实施,促使乘用车企业对其所销售车辆的平均油耗不断降低。到2020年,乘用车企业平均燃油消耗量4阶段目标值需降低至5 L/(100 km) [24-25]。
    图6 中国轻型车燃油消耗量限值
    为便于评价中国轻型车汽油机燃油经济性的进步,图7对比了中国国家工信部公布的2012⁓2017年国产乘用车当年新车公告的平均燃油消耗量水平。从总体趋势可以看到,中国新车的平均燃油消耗量逐年下降,2017年已降至6 L/(100km),比2012年降低18.9%,由法规驱动的技术进步十分明显。
    图7 国产乘用车平均燃油消耗量

    1.2.3  有害排放物

    为展示轻型车用汽油机在排放控制方面的进步,本文对比了中国各阶段排放法规[26-27]。其基本想法是在用及在售车辆的排放水平均满足对应阶段的排放法规时,对比各阶段排放法规即可从总体上看出中国轻型车在排放控制方面的进步。图8给出了中国各阶段轻型车排放法规中规定的污染物限值,其中以可通过还原反应处理的污染物NOx作为横轴(e[NOx]),以可通过氧化反应处理的HC和CO排放物之和作为纵轴(e[THC+CO])。由于国1和国2阶段法规中对排放物各项规定稍有差异,选取NOx和HC排放物之和为横轴,NOx、HC和CO排放物之和为其纵轴,并在图中标注其相应数值。从数值点与横纵轴包络面积的变化即可看出各阶段排放的降低水平。从图中可以看到,自2000年国1法规开始实施到2020年即将实施的国6,有害排放物限值有大幅度的降低,降低幅度在80%以上,这表明中国轻型汽油车在排放控制方面的巨大进步。
    图8 中国轻型车排放法规限值

    1.2.4   CO2排放

    由于CO2气体的温室效应会造成全球气候变暖,欧盟、美国、日本等国均制定了CO2限值来限制汽车CO2排放。中国也根据油耗法规折算出CO2限值。表2给出了不同阶段各国CO2排放限值。从表2看出,类似于其他汽车强国,中国制定的CO2限值也越来越严格,且给予实现目标的时间越来越短。但是目前中国对于CO2排放的降低主要是通过降低燃油消耗量来实现,而专门针对降低CO2的技术并没有得到足够的重视。例如发动机燃用低碳燃料可显著降低CO2排放,但是对于低碳燃料在发动机中的应用还未引起广泛关注。

     
    表2  各国CO2排放限值
    2.近20年汽车动力多元化的变革发展

    2.1 汽车动力多元化发展现状

    自20世纪末汽车动力开始呈现出多元化发展的趋势。汽车从单一内燃机的燃油车(internal combustion engine vehicle,ICEV)逐渐向油电混合动力汽车 (hybrid electric vehicle, HEV)、电动汽车 [指纯电动汽车(battery electric vehicle ,BEV)和插电式混合动力汽车(plug in hybrid electric vehicle)]和燃料电池汽车(fuel cell vehicles , FCV)等方向发展。这些多元化动力是汽车动力向电动化发展的不同形式,几乎都需要电机及电池。以商业化产品为例,丰田公司于1997年推出油电混合动力车型Prius,上市后广受好评;目前丰田在全球销售的混合动力汽车已经超过1000万辆;2009年丰田发布第3代Prius,据工信部公告,油耗为4.3 L/(100km)。纯电动汽车以特斯拉为例,2008年特斯拉推出纯电动车型Roadster,2017年特斯拉交付了10.3万辆纯电动汽车。另外,2016年丰田汽车推出了全球首款批量商业化的氢燃料电池乘用车Mirai,该车加注一次氢气可以续航650 km,达到了和汽油车相同的续航里程和燃料加注效率。与此同时,汽车公司也一直致力于研发并生产更加节能的燃油汽车。马自达汽车坚持改进汽油机热效率,采用13:1的高压缩比等措施改善燃烧,在传统动力整车燃油经济性上取得了领先的优势。据工信部数据,2015年马自达Atenza的整车油耗为6.4 L/(100km),比2016年国家第3阶段油耗限值低了近18%,大大领先于其他同类产品。上面的这些例子明确地表明了汽车动力多元化的技术发展趋势和商业实践,未来几种形式将共存发展。

    2.2  汽车动力发展预测

    如上节所述,汽车动力在20世纪末开始出现多元化且成功商业化。但是目前非内燃机驱动的汽车所占市场份额仍然很低,在未来仍然需要较长的发展时间。很多机构和研究者预测了未来不同汽车动力形式的发展趋势。从全球范围来讲,根据国际能源署最新报告预测[28],2020和2030年全球轻型电动汽车(含BEV和PHEV)的销量分别为390万辆和2100万辆,各占当年总销量的3%和13%。也就是说,到2030年至少还有87%的轻型汽车需要单一内燃机驱动。

    图9分别给出了未来美国市场[29]及中国市场[30]不同动力形式汽车的市场份额预测。从图9a可以看出, 2015年美国市场销售的纯内燃机汽车占比92%,预计在2030年为80%,而在2050年为60%。考虑到混合动力仍然需要内燃机,因此在2030和2050年美国用内燃机的轻型汽车分别为96%和90%。图9b是“中国节能与新能源汽车技术路线图”[30]中对未来汽车动力的预测。从中可以看到,在2030年,中国纯内燃机汽车约占市场份额的35%,混合动力汽车占25%,电动汽车(含BEV和PHEV)占40%。燃料电池累计销量为100万辆。如果假设电动汽车中间有一半应用插电式混合动力,可以得出2030年中国汽车销量中仍然有60% ⁓ 80%的份额需要内燃机。

                 
           (a)美国市场[29]
    (b)中国市场[30] 
    图9 未来美国市场及中国市场不同动力形式汽车的市场份额预测[29-30]
    以上预测表明,在未来30年内燃机在汽车动力中仍然起到关键作用,全球范围内至少60%以上的轻型汽车仍将装有一个内燃机,内燃机生命力依旧旺盛。但随着汽车动力电动化的发展,未来内燃机的支配地位将逐步弱化。汽车由单一内燃机驱动变为由内燃机和电机(一个或者几个)驱动。换言之,汽车动力由内燃机的“独唱”变为内燃机和电机的“二重唱”。由此可以推断,内燃机在整车性能上所起到的关键作用将下降,将从一个“核心”部件变成“关键”部件,逐步成为一个通用产品,商业模式因此也可能发生深刻的变化。

    2.3  汽车动力电动化的痛点

    汽车动力在向电动化发展的过程中遇到了以下主要问题:

    1) 电池能量密度低。表3给出了不同电池与几种典型液体燃料能量密度值的对比[31]。从表3中可以看出,电池的能量密度与传统液体燃料相差在1-2个数量级。这说明与传统燃油相比,想要依靠动力电池产生出相同的能量,所需动力电池的重量远远超出燃油质量和体积,这将造成整车质量的显著增加,使得能耗增加。但是,为了维持较长的续航里程来解决用户里程焦虑的问题,大容量的电池在当前的技术条件下是必需的。

    表3  电池与典型液体燃料的能量密度对比

    图10给出了“中国节能与技术路线图”[30]中对电动汽车电池系统能量密度及成本的预测。从图中可以看到,随着技术的进步,未来的电池比能量有望进一步提高,且同时可以保证电池成本持续降低。但是预测在2030年,即使电池能量密度能够获得翻倍的提升,其比能量也仅为0.35 kWh/kg,和传统燃料的能量密度相差仍然甚远。

    图10 电池能量密度预测
    2)车主总成本高。车主总成本(total cost of ownership)包括购置成本和使用成本,其中使用成本包含能源使用费用、车辆维修保养、保险和交税等。美国John W. Brennan等[32]对比了中小型纯内燃机汽车和纯电动汽车在20年使用期间车主的总成本,如图11所示。可以看出,无论是小型还是中型汽车,纯电动汽车的车主成本均高于纯内燃机汽车,小型和中型纯电动汽车比纯内燃机汽车的车主成本分别高44%和60%。其中,纯电动汽车购置成本明显高于纯内燃机汽车。对于小型汽车,纯电动的使用成本略高于纯内燃机汽车,而对于中型汽车,纯电动的使用成本显著高于纯内燃机汽车。
    图11 内燃机汽车与电动汽车车主总成本对比[32]

    3)充电难。首先,由于目前的充电基础设施还不完善,还需要专用充电车位,造成用户充电困难。即使已有公共充电桩,但由于数量较少,距离用户较远,充电成本高,也给用户带来不便;同时,建设充电桩也存在费用高,申请周期长,增容困难等实际问题。此外,由于目前充电及电池技术的限制,充电时间较长,用户在缺电后不能快速获得补充而造成不悦使用体验。

    综上所述,随着混合动力以及纯电动汽车的发展,内燃机的地位逐渐变化,但是在未来30年,内燃机在汽车中仍然起到关键作用。在当前其他动力源汽车仍存在如电池能量密度低、成本高及充电难等问题的情况下,对内燃机的研究仍然不能松懈。未来内燃机需要在汽车动力变革中进一步发展,挖掘更大潜力,尤其在如何降低油耗和应用低碳燃料(例如天然气、甲醇等)方面需要深入研究。

    3.变革中的内燃机发展

    3.1  混动系统应用

    随着汽车动力的电动化发展,内燃机在未来很长一段时间需要与电机共存,形成混合动力系统作为汽车动力源。在混动系统中可以应用现有发动机资源,使用发动机的高效率工作区域,从而避开长时间在低效率区域工作,做到扬长避短。图12给出了内燃机在混动系统中应用的两个例子。图12a为传统燃油车发动机(较大排量)在混动系统中的应用示意。可以看到,发动机在传统车中的常用使用工况为中低速、低负荷区域,而在这些区域发动机的热效率较低,燃油经济性差。发动机在混动系统中使用后,通过电机的辅助将发动机工况调整至中高负荷,使用其高效率区域而降低油耗。另外一种使用方案为采用成本较低的小排量发动机,这样在相同负荷下,发动机在更高的效率区工作,如图12b所示。这样可以充分利用现有发动机资源,改善整车燃油经济性。上述2个例子展示了在混动系统中利用发动机的2种方案,而方案的选择将取决于不同的设计理念。但是仅利用传统发动机的资源,不足以充分发挥混动系统的优势,需要有针对性的研发混动专用发动机。

     

     

    (a) 大排量发动机 (b)小排量发动机
    图12 发动机在混动系统中的应用示例

    3.2  增程混动专用发动机的特征分析

    混合动力发动机的工况范围较传统发动机有较大的不用,其运行和设计特征应该有其特点。2016年帅石金等对轻型车用混动发动机进行了综述分析[33],他们指出目前混动发动机主要有两条技术路线,即,以日本车企主导的自然吸气高膨胀比汽油机,以及以德国车企主导的直喷增压汽油机。中国对混动发动机本身的研究较少,多是在传统发动机基础上进行重新标定和选配,并没有针对性的正向开发混动专用发动机,无法充分发挥混动系统的节油能力。

    由于新能源汽车补贴退坡及纯电动汽车成本高、续航短、在严寒地区性能显著下降等原因,具有增程功能的混动系统将显现出市场竞争力,可能成为未来典型的混动路线。本文在此对增程混动系统的发动机特征进行分析。增程混动系统一般指串联构型的混动系统,也称为增程器。增程器发动机不参与驱动车辆,仅用来带动发电机发电以增加纯电续驶里程。在电池电量不足情况,维持汽车巡航所需的驱动功率一般较低。以一个整备质量为1.6 t重的三厢汽车为例,维持120km/h续航行驶所需的增程器功率约为30kW。因此,增程器可以选用较小排量的发动机。

    此外,本田的串并联构型混动系统(iMMD系统)[34]和同济大学的增程式混合动力(TJEHT)系统[35]都具有双电机,且其发电机和发动机可与车轮完全解耦,因此也具备增程功能,在此也称为增程混动系统。相比于传统燃油车,增程混动系统对发动机的动力性要求降低,对其运行工况(转速、负荷)有较大选择空间。

    增程器专用发动机最主要的特点是发动机热效率高、结构紧凑、成本低。一般通过提高压缩比并采用Atkinson循环来实现发动机高效率工作。为进一步提高热效率,还会采用冷却EGR、低摩擦技术等手段。为简化结构并降低成本,可考虑采用每缸2个气门的气缸盖设计和气道喷射技术。为了满足结构紧凑的需要,可以考虑采用三缸或者二缸发动机设计[36]。另外,由于二冲程发动机升功率大,也可能成为设计选项[37]。

    3.3  提高发动机热效率

    混动系统对发动机的热效率提出了更高的要求,因此需要研究如何进一步提高发动机热效率。目前商业化的高水平车用汽油机的最高热效率约为37%,各大主流汽车厂商仍然致力于进一步提高发动机热效率的研究。2017年,日本丰田公司推出了基于全新架构的发动机“Dynamic Force Engine”(动力发动机)。该款发动机排量为2.5 L,热效率为40%,其混动版本的热效率更是达到41%,是全世界目前量产汽油机中的最高值[22-23]。此外,丰田公司已经在实验室内探索评估了各种改善热效率的方法,并已验证了汽油机获得高于45.9%热效率的可能性[21]。这表明产品发动机有望在不远的将来达到45%的热效率。如果实现这一目标,将比目前汽油机的热效率相对提高24%,若应用到整个汽车行业,将具有显著的降油耗前景。

    在学术研究领域里,研究人员也在探索提高汽油机热效率到50%的新概念。比如,日本在2014年启动了“创新燃烧技术”项目,旨在进一步提高发动机热效率。由日本庆应大学领导的汽油机燃烧团队,通过超稀燃烧(过量空气系数为2)等一系列技术手段,已将发动机有效热效率提升至51.5%[38-39],证明了进一步提高汽油机热效率的可能性。

    一般来讲发动机消耗燃油产生的能量主要有如下5部分组成:有效功、传热损失、排气损失、机械损失及燃烧损失。改善发动机的热效率,即在不改变能量输入的情况下,尽量提高有效功的输出,减少其他部分的能量比例。几乎所有提高热效率的技术手段都是秉承以上的准则。表4给出了笔者在早期研究中总结的提高汽油机热效率的一些技术手段和收益[40]。可以看到,各个技术手段的应用都能获得较为可观的热效率改善程度。由于传统车型对发动机的高要求,阻碍了部分技术手段的应用。混动系统给予发动机更大的优化空间,这些技术手段的应用或许不再受限。  
    表4  提高热效率的技术手段及收益[40]

     

    *包括降低泵气和摩擦损失的收益。

    结合文献研究,总结汽油机有效热效率提高到45%的主要技术手段有[1-2,21-23,40-56]:

    1)长冲程设计。增加发动机冲程不仅可以减少发动机传热损失,还可提高缸内气体流动强度, 改善燃烧。图13和图14分别给出了丰田公司研究得出的发动机冲程、缸径与燃烧室面容比和缸内湍流强度的关系[21]。可以看到随着冲程的增加,面容比降低,利于传热损失的降低。同时从图14可以看到,缸内湍流强度随冲程的增长而增强,继而可提高燃烧速度。混合动力用发动机最高转速较低(不超过4 000 r/min),可以突破传统发动机(转速达到6 000 r/min)长冲程设计受活塞平均速度的限制,充分利用长冲程设计带来的益处。

    2)高压缩比(>13)。通过提高压缩比来提高发动机的热效率是人们长期追求的目标。在实践中为避免压缩比过高导致爆震,可以采用Atkinson循环,在保持较低有效压缩比的情况下,实现高的膨胀比。另外的解决方案是采用可变压缩比技术,在不同工况采用不同的压缩比,避免在大负荷时产生爆震燃烧。

     

    图13 发动机冲程、缸径与燃烧室面容比的关系[21]

     

    图14 发动机冲程、缸径与缸内湍流强度的关系[21]

     

    3)稀薄燃烧技术。稀薄燃烧可提高发动机工作过程的过程指数(减少传热损失)和部分负荷的泵气损失,继而提高热效率。

    4)冷却废气再循环(EGR)。冷却EGR可以降低部分负荷的泵气损失,同时EGR可以降低燃烧温度,继而降低传热损失,并可降低NOx排放。但是需要注意的是,随着引入缸内EGR比例的增加,燃烧速度降低,燃烧持续期增长,可能造成燃烧不稳定或失火,不利于热效率提高。为改善这一现象,可以通过提高缸内湍流强度来提高燃烧速度。通过改进气道设计或燃烧室设计等措施可改善缸内气流运动,提高缸内湍流强度,继而改善燃烧速度,同时扩展EGR比例界限,进一步改善热效率。

    5)降低传热损失。发动机可通过引入EGR、采用均质充量压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)等技术组织低温燃烧降低传热损失,或者采用活塞隔热涂层降低传热损失。还可通过改善发动机热管理系统降低传热损失,例如采用电子节温器较为灵活地控制冷却液大小循环的开启,将发动机保持在较适合的水温下工作,降低传热损失。

    6)提高机械效率。采用轻量化材料、低摩擦材料和技术,以及高效率附件(附件电子化)降低机械损失。

    7)燃油与发动机联合优化。通过对燃油与发动机的联合匹配和优化,选出更适合发动机的燃油,充分利用燃油特性以改善发动机热效率。合适的燃油理化特性可加快燃烧速度、抑制爆震、扩展着火界限以实现热效率的提高,并有助于降低有害排放。

    3.4  推广应用低碳燃料

    低碳燃料是分子结构中的碳氢比例较低的一类燃料,包括天然气、甲醇、乙醇等。发动机燃用低碳燃料可以从化学本质上降低燃烧后CO2的生成量。天然气燃料由于储量丰富、成本低廉、储运方便,是一种很有前途的发动机代用燃料,在此做重点分析。天然气的主要成分是甲烷,它的碳氢比是碳氢化合物燃料中最低的。发动机燃用天然气的最大好处是CO2排放低。下面以天然气和汽油为例,对比两种燃料完全燃烧后产生的理论CO2生成量。式(3)给出了碳氢化合物燃料的化学反应方程式。

     

    其中:CnHm为碳氢燃料,n和m分别为燃料分子中碳原子和氢原子的个数,Q为释放的热量。

    以甲烷代表天然气,其分子中碳原子和氢原子的个数分别为1和4;由式(3)可得,燃烧1 kg天然气产生48.28 MJ热量[57],同时将产生2.75 kg CO2。汽油的热值为43.05 MJ/kg,以其代表性成分辛烷代表汽油,其分子中碳原子和氢原子的个数分别为8和18,若产生相同热量,将需消耗1.121 5 kg汽油,产生3.463 kg CO2。也就是说,理论上相同放热量下燃用天然气比燃用汽油产生的CO2减少20.6%。

    在实际发动机应用中,中国在2017年首次开发并量产了首款高性能单一天然气发动机驱动的多用途商务汽车[58],其新欧洲标准行驶循环(new European driving cycle,NEDC)CO2排放为131.4 g/km,比原汽油机下降了27.4%,十分接近2020年我国第4阶段油耗限值折算的CO2限值126.1 g/km。该款发动机排量为1.5 L,压缩比为12,最高热效率达到了37%,采用当量燃烧加三元催化器后处理的技术路线。天然气供给为高压气道多点喷射。

    在国外,2017年德国奥迪汽车发布了A4 Avant天然气汽车[59],其CO2排放为95 g/km,达到了欧盟2020年的限值。该款发动机的排量为2.0L,压缩比为12.6,额定功率为125 kW,最大扭矩为270 Nm,最高热效率达到了40%,采用天然气可续航500 km。该款发动机是基于最新的EA888发动机开发的,增加了天然气高压多点喷射系统, 选用高强度合金活塞确保13.5 MPa的最大爆压、使用耐磨材料的气门座圈、降低进气门座圈角度,图15给出了发动机的剖面示意图。

     

    图15 奥迪A4 Avant天然气发动机剖面图[57]

    从上述两款天然气汽车的实例可以看出,天然气发动机比汽油机大幅度的降低CO2排放。因此,大规模的应用天然气汽车可以十分明显地降低中国交通领域的CO2排放。除了在降低CO2排放方面的优势外,天然气汽车的其他优点还包括清洁燃烧,没有颗粒物排放,天然气价格便宜,车辆运行费用低等。

    中国地域辽阔,东西部能源资源差异很大。应该根据地域和资源情况采用不同的能源。比如,在充电设施比较好并且车主用车距离不远的大城市,可以积极推广电动汽车以减少城市空气污染。在富气地区可以大力推广应用天然气汽车,而在长途运输时应用节能的燃油汽车。

    4.结论

    1)在过去30年,轻型汽车汽油机技术取得了长足的进步;汽油机产品在动力性、燃油经济性和排放控制方面获得了全方位的提高。动力性提高67%以上,热效率提高了8个百分点,提高幅度为20%以上。中国轻型汽车排放标准从国1到国6,有害排放物降低80%以上。

    2)内燃机在未来30年仍然起到关键作用,预测至少60%以上的轻型汽车需要一个内燃机。

    3)内燃机在轻型汽车动力中的地位将逐渐发生变化:从内燃机单独驱动逐渐演变为内燃机和电机共同驱动,其作用的变化类似于从“独唱”变为“二重唱”。内燃机在整车性能上所起到的关键作用将下降,从一个“核心”部件变成“关键”部件,成为一个通用产品,商业模式可能发生变化。

    4)结合混合动力系统应用可以充分利用发动机的高效率区域。混动系统,特别是增程混合动力系统,要求内燃机的运行范围变窄,有必要开发混合动力专用发动机,进一步提高其热效率、简化机构、降低成本。

    5)未来汽油机热效率(特别是实际运行时的热效率)将有大幅度提高,通过多种技术手段的应用,商业化产品有望实现45%的热效率。

    6)汽车燃用天然气可以大幅度降低CO2排放。车用动力将根据地域形成“油、电、气”的多元格局。

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    [58] 韩志玉. 高性能天然气发动机–现实的清洁低碳汽车动力[C] // 2017APAC/SAECCE ”汽车强国与低碳发展“(高层) 论坛, 上海, 2017.
    HAN Zhiyu. High performance natural gas engine-Realistic clean low-carbon vehicle power [C] // 2017APAC/SAECCE “Powerful Nation in Automotive Industry and Low-Carbon Development (High-Level) Forum”, Shanghai,2017. (in Chinese)
    [59] Mendl G, MangoldR, Rosenberger S. et al. The new audi 2.0l g-tron — Another step towards future sustainable mobility[C] // 38th International Vienna Motor Symposium, Vienna(Austria) 2017

     

    本文摘自《汽车安全与节能学报》2019年第10卷第2期。作者为来自同济大学智能汽车研究所韩志玉教授、吴振阔博士、高晓杰博士

     

    以上就是100唯尔(100vr.com)小编为您介绍的关于汽车动力的知识技巧了,学习以上的汽车动力变革中的内燃机发展趋势知识,对于汽车动力的帮助都是非常大的,这也是新手学习汽修专业所需要注意的地方。如果使用100唯尔还有什么问题可以点击右侧人工服务,我们会有专业的人士来为您解答。

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    日前,教育部组织完成了2023年高等职业教育专科专业设置备案和审批相关工作,并公布结果,经省级教育行政部门备案并在教育部汇总的2023年拟招生专业点共65808个,备案结果可在全国职业院校专业设置管理与公共信息服务平台查询,专业名称、代码及修业年限以平台公布的为准。平台网址:http://zyyxzy.moe.edu.cn 共受理2023年拟新设国控专业点申请328个,经会同公安部、司法部、国家卫生健康委、国家中医药管理局等行业主管部门审核,同意设置专业点153个,不同意设置专业点173个,需实地评估专业点2个(评估结果另行通知,合格后方可招生),审批结果可在教育部政务服务管理平台(网址:http://gz.moe.gov.cn)查询。审批同意设置的国控专业将导入全国职业院校专业设置管理与公共信息服务平台,自2023年起可以招生。 附件 2023年新设高职专科国控专业审批结果 1.同意设置的国家控制专业点(153个) 1.1医学类(6个) 序号 省份 学校名称 专业名称 修业 年限 1 广西 广西卫生职业技术学院 预防医学 3 2 海南 海南卫生健康职业学院 预防医学 3 3 河南 濮阳医学高等专科学校 预防医学 3 4 河南 郑州澍青医学高等专科学校 预防医学 3 5 江苏 江苏护理职业学院 预防医学 3 6 山东 山东中医药高等专科学校 预防医学 3 1.2中医类(11个) 序号 省份 学校名称 专业名称 修业 年限 1 甘肃 酒泉职业技术学院 针灸推拿 3 2 广东 广东云浮中医药职业学院 中医学 3 3 海南 海南卫生健康职业学院 针灸推拿 3 4 河南 河南医学高等专科学校 针灸推拿 3 5 河南 商丘医学高等专科学校 中医学 3 6 湖南 湘潭医卫职业技术学院 中医学 3 7 江苏 江苏护理职业学院 中医学 3 8 山西 运城护理职业学院 中医学 3 9 四川 甘孜职业学院 藏医学 3 10 云南 大理护理职业学院 针灸推拿 3 11 浙江 衢州职业技术学院 中医学 3 1.3公安类(1个) 序号 省份 学校名称 专业名称 修业 年限 1 内蒙古 内蒙古警察职业学院 刑事科学技术 3 1.4教育类(135个) 序号 省份 学校名称 专业名称 修业 年限 1 安徽 铜陵职业技术学院 学前教育 3 2 安徽 合肥信息技术职业学院 学前教育 3 3 安徽 淮南联合大学 学前教育 2 4 安徽 淮南职业技术学院 学前教育 3 5 兵团 铁门关职业技术学院 学前教育 5 6 福建 闽江师范高等专科学校 学前教育 5 7 福建 福建华南女子职业学院 学前教育 5 8 福建 闽西职业技术学院 学前教育 5 9 广东 广州幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 10 广东 广东文艺职业学院 学前教育 3 11 广东 广东舞蹈戏剧职业学院 学前教育 2 12 广东 罗定职业技术学院 学前教育 2 13 广东 阳江职业技术学院 学前教育 2 14 广东 广州涉外经济职业技术学院 学前教育 2 15 广东 私立华联学院 学前教育 3 16 广东 广东创新科技职业学院 学前教育 5 17 广东 广东体育职业技术学院 学前教育 3 18 海南 海南外国语职业学院 学前教育 2 19 海南 琼台师范学院 学前教育 2 20 河北 保定幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 21 河北 邯郸幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 22 河北 河北师范大学 学前教育 5 23 黑龙江 黑龙江农垦职业学院 学前教育 2 24 黑龙江 黑龙江艺术职业学院 学前教育 2 25 黑龙江 齐齐哈尔高等师范专科学校 学前教育 2 26 黑龙江 伊春职业学院 学前教育 2 27 江西 萍乡学院 学前教育 5 28 江西 宜春幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 29 江西 江西生物科技职业学院 学前教育 2 30 内蒙古 呼伦贝尔职业技术学院 学前教育 2 31 内蒙古 包头轻工职业技术学院 学前教育 2 32 内蒙古 内蒙古北方职业技术学院 学前教育 2 33 内蒙古 通辽职业学院 学前教育 2 34 宁夏 宁夏民族职业技术学院 学前教育 2 35 山西 长治幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 36 山西 大同师范高等专科学校 学前教育 5 37 山西 阳泉师范高等专科学校 学前教育 5 38 山西 晋城职业技术学院 学前教育 5 39 山西 运城幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 40 山西 太原幼儿师范高等专科学校 学前教育 5 41 天津 天津市职业大学 学前教育 5 42 云南 云南理工职业学院 学前教育 3 43 浙江 浙江特殊教育职业技术学院 学前教育 2 44 浙江 衢州学院 学前教育 2 45 重庆 重庆商务职业学院 学前教育 3 46 重庆 重庆轻工职业学院 学前教育 3 47 重庆 重庆三峡职业学院 学前教育 3 48 河南 郑州商贸旅游职业学院 学前教育 3 49 河南 信阳艺术职业学院 学前教育 5 50 河南 开封文化艺术职业学院 学前教育 2 51 河南 郑州电子商务职业学院 学前教育 3 52 河南 南阳科技职业学院 学前教育 2 53 河南 郑州幼儿师范高等专科学校 学前教育 2 54 河南 河南女子职业学院 学前教育 5 55 河南 信阳学院 学前教育 3 56 河南 南阳农业职业学院 学前教育 2 57 安徽 安庆职业技术学院 早期教育 3 58 广东 广东交通职业技术学院 早期教育 3 59 广东 广州幼儿师范高等专科学校 早期教育 2 60 广东 河源职业学院 早期教育 3 61 河北 冀中职业学院 早期教育 2 62 黑龙江 鹤岗师范高等专科学校 早期教育 3 63 黑龙江 哈尔滨幼儿师范高等专科学校 早期教育 2 64 湖南 益阳师范高等专科学校 早期教育 3 65 湖南 娄底幼儿师范高等专科学校 早期教育 3 66 吉林 长春东方职业学院 早期教育 3 67 江西 江西旅游商贸职业学院 早期教育 2 68 江西 宜春幼儿师范高等专科学校 早期教育 2 69 江西 吉安职业技术学院 早期教育 3 70 辽宁 抚顺师范高等专科学校 早期教育 3 71 辽宁 辽宁民族师范高等专科学校 早期教育 3 72 内蒙古 呼伦贝尔职业技术学院 早期教育 3 73 宁夏 宁夏民族职业技术学院 早期教育 3 74 山西 太原幼儿师范高等专科学校 早期教育 5 75 山西 运城幼儿师范高等专科学校 早期教育 2 76 陕西 延安职业技术学院 早期教育 3 77 陕西 陕西工商职业学院 早期教育 3 78 四川 眉山药科职业学院 早期教育 3 79 天津 天津城市职业学院 早期教育 3 80 新疆 新疆师范高等专科学校 早期教育 3 81 新疆 昌吉职业技术学院 早期教育 3 82 新疆 博尔塔拉职业技术学院 早期教育 3 83 重庆 重庆交通职业学院 早期教育 3 84 重庆 重庆航天职业技术学院 早期教育 3 85 河南 商丘学院 早期教育 3 86 河南 洛阳文化旅游职业学院 早期教育 3 87 广东 广州东华职业学院 美术教育 3 88 广东 广州华立科技职业学院 美术教育 3 89 湖南 株洲师范高等专科学校 美术教育 3 90 江西 吉安职业技术学院 美术教育 3 91 山西 运城幼儿师范高等专科学校 美术教育 2 92 陕西 榆林能源科技职业学院 美术教育 3 93 四川 四川文化传媒职业学院 美术教育 3 94 四川 四川华新现代职业学院 美术教育 3 95 黑龙江 哈尔滨幼儿师范高等专科学校 特殊教育 3 96 江苏 苏州幼儿师范高等专科学校 特殊教育 3 97 安徽 桐城师范高等专科学校 体育教育 3 98 甘肃 平凉职业技术学院 体育教育 3 99 广东 广州幼儿师范高等专科学校 体育教育 3 100 广东 广州南洋理工职业学院 体育教育 3 101 湖南 株洲师范高等专科学校 体育教育 3 102 湖南 益阳师范高等专科学校 体育教育 3 103 湖南 娄底幼儿师范高等专科学校 体育教育 3 104 江西 上饶幼儿师范高等专科学校 体育教育 3 105 内蒙古 内蒙古民族幼儿师范高等专科学校 体育教育 3 106 四川 四川文化传媒职业学院 体育教育 3 107 四川 四川长江职业学院 体育教育 3 108 云南 昆明城市学院 体育教育 3 109 云南 玉溪师范学院 体育教育 2 110 重庆 重庆电信职业学院 体育教育 3 111 黑龙江 黑龙江艺术职业学院 舞蹈教育 3 112 湖南 怀化师范高等专科学校 舞蹈教育 3 113 吉林 长春早期教育职业学院 舞蹈教育 3 114 辽宁 辽宁师范高等专科学校 舞蹈教育 3 115 山西 运城幼儿师范高等专科学校 舞蹈教育 2 116 湖南 娄底幼儿师范高等专科学校 现代教育技术 3 117 广东 岭南师范学院 小学教育 5 118 广东 广州幼儿师范高等专科学校 心理健康教育 3 119 广东 广东职业技术学院 艺术教育 3 120 广东 广东汕头幼儿师范高等专科学校 艺术教育 3 121 广东 广东亚视演艺职业学院 艺术教育 3 122 湖南 湖南幼儿师范高等专科学校 艺术教育 3 123 云南 云南新兴职业学院 艺术教育 3 124 重庆 重庆科技职业学院 艺术教育 3 125 重庆 重庆青年职业技术学院 艺术教育 3 126 重庆 重庆应用技术职业学院 艺术教育 3 127 重庆 重庆传媒职业学院 艺术教育 3 128 广东 广州幼儿师范高等专科学校 音乐教育 2 129 广东 广东茂名幼儿师范专科学校 音乐教育 2 130 广东 广东亚视演艺职业学院 音乐教育 3 131 广西 广西现代职业技术学院 音乐教育 3 132 湖南 娄底幼儿师范高等专科学校 音乐教育 3 133 江西 上饶幼儿师范高等专科学校 音乐教育 3 134 山西 运城幼儿师范高等专科学校 音乐教育 2 135 河南 驻马店幼儿师范高等专科学校 音乐教育 3

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    河北规划实施智慧教育示范工程专项行动

    为全面贯彻党的二十大精神,认真落实河北省委十届三次全会部署和河北省人民政府办公厅《加快建设数字河北行动方案(2023—2027年)》,河北省教育厅围绕打造中国式现代化河北教育场景,加快推进教育数字化转型发展,决定实施智慧教育示范工程专项行动。 根据规划,河北将围绕数字校园建设、国家中小学智慧教育平台试点应用、“优质资源”共建共享和新技术支持下的课堂模式变革等七个方面重点任务,积极推广智慧教育,推动数字教育资源供给优化,促进学习方式和教育教学模式创新,不断完善我省智慧教育治理体系。支持雄安新区智慧教育云平台建设和全场景应用,建成国内领先的智慧教育示范区。 河北明确提出,每年遴选省级基础教育精品课1000节左右,今年建设80门以上国家职业教育在线精品课程、200门省级职业教育在线精品课程,到2025年建设职业教育省级在线精品课程、虚拟仿真实训课程和优质专业教学资源等数字教学资源500件以上,同时开展高等学校省级线下、线上、线上线下混合、虚拟仿真和社会实践等一流本科课程验收认定工作,到2027年共认定700门左右。将实施城乡联校网教共同体工程,每个县确定不少于5所优质中小学校向薄弱学校、乡村学校和教学点提供服务。持续建设和完善教育数据管理平台,聚焦重点应用场景,汇聚重点业务系统、公共服务平台数字资产,提升数据管理平台支撑决策指挥能力。到2025年,雄安新区智慧教育取得突破性进展,达到全国领先水平。其间,将以新技术为依托,持续完善新区智慧教育服务体系,不断提升教育服务体系支撑能力,形成基础教育、职业教育、高等教育、终身教育信息化体系,打造新区教育现代化新样态。 以下是通知原文: 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 2023年02月01日 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 到2027年数字经济占GDP比重超42% 为加快建设数据驱动、智能融合的数字河北,省政府办公厅日前印发《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》(以下简称“方案”)。方案提出到2027年,全省数字经济迈入全面扩展期,核心产业增加值达到3300亿元,数字经济占GDP比重达到42%以上。 方案明确,要抢抓数字化变革新机遇,把数字河北建设作为推进高质量发展的基础性先导性工程,组织实施6个专项行动、20项重点工程,推动数字技术与实体经济深度融合,适度超前建设数字基础设施,做强做优做大数字经济,完善数字社会治理体系,提升公共服务水平,拓展发展新空间,为融入新发展格局、建设现代化河北提供有力支撑。建成京津冀工业互联网协同发展示范区,打造一批现代化生态农业创新发展示范区;雄安新区建成全球数字城市新标杆,石家庄建成全国一流的新一代电子信息产业基地,张家口建成全国一体化算力网络关键节点,廊坊、保定、秦皇岛等地建成特色鲜明、生机勃勃的数字产业集群;智慧医疗、智慧教育、智慧交通、智慧旅游等新业态、新模式全面融入人民生产生活;数字河北建设基本实现“数字经济高端化、数字社会智慧化、数字政府智治化”,数字化变革成为推进高质量发展的强大引擎。 实施数字基础设施建设行动。实施高速智能信息网络建设工程,加快5G网络深度覆盖、千兆光纤网络建设、IPv6升级改造,优化互联网网络架构,加快卫星互联网建设与应用。实施算力基础设施建设工程,加快全国一体化算力网络京津冀国家枢纽节点建设。建设张家口数据中心集群,推动数据中心与可再生能源的协同发展。加快人工智能基础设施建设。实施融合基础设施智能化改造工程。 实施信息智能产业倍增行动。实施关键技术攻关及转化工程,采用“揭榜挂帅”等方式,在半导体材料、专用集成电路等领域组织实施一批技术攻关项目,推进创新平台提质提效。实施产业集群发展壮大工程,加快石家庄信息产业集群建设,打造千亿级电子信息产业集群,推动张家口大数据产业集群、廊坊电子信息产业集群、秦皇岛软件及电子器件产业集群建设。实施数字化市场主体培育工程,引进培育一批有竞争力的数字化企业。 实施制造业数字化转型行动。实施工业互联网平台建设工程,建设河北省工业互联网公共服务平台,推动10个国家跨行业跨领域工业互联网平台在河北布局。推动“十万企业上云”。到2025年,建成5G全连接工厂标杆省级示范30个、国家级示范3个,建设“工业互联网+园区”试点10个,上云企业突破10万家。实施数字化支撑能力提升工程,加快智能化改造,每年培育10家智能制造标杆企业。在钢铁、石化、建材等行业推行“互联网+供应链”管理模式,培育形成100个工业互联网标杆示范案例。实施数字化新模式培育工程,推动装备制造企业由单纯提供设备向全生命周期管理、提供系统解决方案和信息增值服务等转变,发展网络化协同制造、个性化定制、云制造等智能制造新业态。 实施农业农村数字化转型行动。实施农业生产智慧化工程,发展智慧种业,推动粮食生产管理数字化应用,推广农业物联网应用,加快智能农机装备应用。实施“互联网+”农产品出村进城工程,推进电子商务进农村综合示范县建设。实施农业农村大数据创新应用工程,基本形成农业农村数据资源“一张图”。实施智慧农业监测预警工程,为宏观决策和市场主体提供智能解决方案。实施数字乡村建设工程,持续优化乡村信息基础设施,提升农村公路管理数字化水平,加快农村电网数字化改造。提升乡村综合治理信息化水平,打造基层治理“一张网”,加强网格化管理服务。深入推进乡村“互联网+教育”“互联网+医疗健康”,优化农村社保与就业服务,提升公共服务效能。 实施数字社会建设行动。实施智慧医疗示范工程,进一步完善实用共享、互联互通的省、市两级全民健康信息平台,推动京津冀医疗互认网络建设。完善“互联网+医疗健康”服务体系,提高卫生健康服务均等化与可及性。实施智慧教育示范工程,持续推动数字校园建设,实施“优质资源”共建共享计划,推动课堂模式变革,积极发展新技术支持下的自主、探究、合作等教学模式。实施智慧文旅示范工程,推进公共文化场馆、旅游景区数字化、智慧化建设,持续推进“一部手机游河北”(乐游冀)平台功能拓展优化,丰富产品信息。实施新型智慧城市示范工程,完善新型智慧城市评价指标体系,加快城市路桥管网、水电燃热等各类基础设施的智能化感知设备应用,推动构建多元动态的城市感知网络。支持建设城市智慧大脑,打造全景展示、全域感知、智能调度的城市管理中枢。 实施数字政府创新发展行动。实施基础支撑能力提升工程,建设完善省、市两级政务云平台,推动不具备规模效应的部门数据中心逐步向省政务云迁移。实施一体化政务大数据体系建设工程,建设上联国家一体化政务大数据平台,纵向覆盖各市及雄安新区、横向连接省各部门的全省一体化政务大数据平台,统一为省、市、县提供政务数据共享交换、归集治理和分析应用服务。实施政府数字化履职能力提升工程,优化“冀时办”,推动政务服务“一网通办”“掌上办”和“一件事一次办”。加强智慧社区建设,全面提升社会治安、应急管理、社区治理服务智慧化、智能化水平。到2025年,除不宜网办事项外实现政务服务事项100%全流程网上办理。 来源:河北省人民政府

    河北规划实施智慧教育示范工程专项行动播

    为全面贯彻党的二十大精神,认真落实河北省委十届三次全会部署和河北省人民政府办公厅《加快建设数字河北行动方案(2023—2027年)》,河北省教育厅围绕打造中国式现代化河北教育场景,加快推进教育数字化转型发展,决定实施智慧教育示范工程专项行动。 根据规划,河北将围绕数字校园建设、国家中小学智慧教育平台试点应用、“优质资源”共建共享和新技术支持下的课堂模式变革等七个方面重点任务,积极推广智慧教育,推动数字教育资源供给优化,促进学习方式和教育教学模式创新,不断完善我省智慧教育治理体系。支持雄安新区智慧教育云平台建设和全场景应用,建成国内领先的智慧教育示范区。 河北明确提出,每年遴选省级基础教育精品课1000节左右,今年建设80门以上国家职业教育在线精品课程、200门省级职业教育在线精品课程,到2025年建设职业教育省级在线精品课程、虚拟仿真实训课程和优质专业教学资源等数字教学资源500件以上,同时开展高等学校省级线下、线上、线上线下混合、虚拟仿真和社会实践等一流本科课程验收认定工作,到2027年共认定700门左右。将实施城乡联校网教共同体工程,每个县确定不少于5所优质中小学校向薄弱学校、乡村学校和教学点提供服务。持续建设和完善教育数据管理平台,聚焦重点应用场景,汇聚重点业务系统、公共服务平台数字资产,提升数据管理平台支撑决策指挥能力。到2025年,雄安新区智慧教育取得突破性进展,达到全国领先水平。其间,将以新技术为依托,持续完善新区智慧教育服务体系,不断提升教育服务体系支撑能力,形成基础教育、职业教育、高等教育、终身教育信息化体系,打造新区教育现代化新样态。 以下是通知原文: 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 2023年02月01日 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 到2027年数字经济占GDP比重超42% 为加快建设数据驱动、智能融合的数字河北,省政府办公厅日前印发《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》(以下简称“方案”)。方案提出到2027年,全省数字经济迈入全面扩展期,核心产业增加值达到3300亿元,数字经济占GDP比重达到42%以上。 方案明确,要抢抓数字化变革新机遇,把数字河北建设作为推进高质量发展的基础性先导性工程,组织实施6个专项行动、20项重点工程,推动数字技术与实体经济深度融合,适度超前建设数字基础设施,做强做优做大数字经济,完善数字社会治理体系,提升公共服务水平,拓展发展新空间,为融入新发展格局、建设现代化河北提供有力支撑。建成京津冀工业互联网协同发展示范区,打造一批现代化生态农业创新发展示范区;雄安新区建成全球数字城市新标杆,石家庄建成全国一流的新一代电子信息产业基地,张家口建成全国一体化算力网络关键节点,廊坊、保定、秦皇岛等地建成特色鲜明、生机勃勃的数字产业集群;智慧医疗、智慧教育、智慧交通、智慧旅游等新业态、新模式全面融入人民生产生活;数字河北建设基本实现“数字经济高端化、数字社会智慧化、数字政府智治化”,数字化变革成为推进高质量发展的强大引擎。 实施数字基础设施建设行动。实施高速智能信息网络建设工程,加快5G网络深度覆盖、千兆光纤网络建设、IPv6升级改造,优化互联网网络架构,加快卫星互联网建设与应用。实施算力基础设施建设工程,加快全国一体化算力网络京津冀国家枢纽节点建设。建设张家口数据中心集群,推动数据中心与可再生能源的协同发展。加快人工智能基础设施建设。实施融合基础设施智能化改造工程。 实施信息智能产业倍增行动。实施关键技术攻关及转化工程,采用“揭榜挂帅”等方式,在半导体材料、专用集成电路等领域组织实施一批技术攻关项目,推进创新平台提质提效。实施产业集群发展壮大工程,加快石家庄信息产业集群建设,打造千亿级电子信息产业集群,推动张家口大数据产业集群、廊坊电子信息产业集群、秦皇岛软件及电子器件产业集群建设。实施数字化市场主体培育工程,引进培育一批有竞争力的数字化企业。 实施制造业数字化转型行动。实施工业互联网平台建设工程,建设河北省工业互联网公共服务平台,推动10个国家跨行业跨领域工业互联网平台在河北布局。推动“十万企业上云”。到2025年,建成5G全连接工厂标杆省级示范30个、国家级示范3个,建设“工业互联网+园区”试点10个,上云企业突破10万家。实施数字化支撑能力提升工程,加快智能化改造,每年培育10家智能制造标杆企业。在钢铁、石化、建材等行业推行“互联网+供应链”管理模式,培育形成100个工业互联网标杆示范案例。实施数字化新模式培育工程,推动装备制造企业由单纯提供设备向全生命周期管理、提供系统解决方案和信息增值服务等转变,发展网络化协同制造、个性化定制、云制造等智能制造新业态。 实施农业农村数字化转型行动。实施农业生产智慧化工程,发展智慧种业,推动粮食生产管理数字化应用,推广农业物联网应用,加快智能农机装备应用。实施“互联网+”农产品出村进城工程,推进电子商务进农村综合示范县建设。实施农业农村大数据创新应用工程,基本形成农业农村数据资源“一张图”。实施智慧农业监测预警工程,为宏观决策和市场主体提供智能解决方案。实施数字乡村建设工程,持续优化乡村信息基础设施,提升农村公路管理数字化水平,加快农村电网数字化改造。提升乡村综合治理信息化水平,打造基层治理“一张网”,加强网格化管理服务。深入推进乡村“互联网+教育”“互联网+医疗健康”,优化农村社保与就业服务,提升公共服务效能。 实施数字社会建设行动。实施智慧医疗示范工程,进一步完善实用共享、互联互通的省、市两级全民健康信息平台,推动京津冀医疗互认网络建设。完善“互联网+医疗健康”服务体系,提高卫生健康服务均等化与可及性。实施智慧教育示范工程,持续推动数字校园建设,实施“优质资源”共建共享计划,推动课堂模式变革,积极发展新技术支持下的自主、探究、合作等教学模式。实施智慧文旅示范工程,推进公共文化场馆、旅游景区数字化、智慧化建设,持续推进“一部手机游河北”(乐游冀)平台功能拓展优化,丰富产品信息。实施新型智慧城市示范工程,完善新型智慧城市评价指标体系,加快城市路桥管网、水电燃热等各类基础设施的智能化感知设备应用,推动构建多元动态的城市感知网络。支持建设城市智慧大脑,打造全景展示、全域感知、智能调度的城市管理中枢。 实施数字政府创新发展行动。实施基础支撑能力提升工程,建设完善省、市两级政务云平台,推动不具备规模效应的部门数据中心逐步向省政务云迁移。实施一体化政务大数据体系建设工程,建设上联国家一体化政务大数据平台,纵向覆盖各市及雄安新区、横向连接省各部门的全省一体化政务大数据平台,统一为省、市、县提供政务数据共享交换、归集治理和分析应用服务。实施政府数字化履职能力提升工程,优化“冀时办”,推动政务服务“一网通办”“掌上办”和“一件事一次办”。加强智慧社区建设,全面提升社会治安、应急管理、社区治理服务智慧化、智能化水平。到2025年,除不宜网办事项外实现政务服务事项100%全流程网上办理。 来源:河北省人民政府

    福建省教育厅等六部门关于印发《福建省教育数字化战略行动三年实施方案》的通知

    各设区市教育局、市委网信办、科技局、工信局、财政局、数字办(大数据管理部门),平潭综合实验区社会事业局、党工委网信办、经济发展局、财政金融局、行政审批局,各高等学校,省属中职学校、中小学,厅直属单位: 为深入学习贯彻党的二十大精神,贯彻落实中办、国办关于推进“互联网+教育”发展的意见,以及省委、省政府有关数字福建的工作部署,推进我省教育数字化,省教育厅等六部门研究制定了《福建省教育数字化战略行动三年实施方案》,现印发给你们,请认真组织实施。 福建省教育厅  中共福建省委网络安全和信息化委员会办公室  福建省科学技术厅 福建省工业和信息化厅  福建省财政厅  福建省数字福建建设领导小组办公室 2023年2月17日 福建省教育数字化战略行动三年实施方案 为深入贯彻党的二十大精神,全面贯彻落实中办、国办关于推进“互联网+教育”发展的意见、《“十四五”国家信息化规划》《教育部等六部门关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》等文件精神,深入推进国家教育数字化战略行动,根据《福建省“十四五”教育发展专项规划》《福建省“十四五”数字福建专项规划》工作部署,推动我省教育数字化转型,以教育信息化支撑引领教育现代化,明确我省教育信息化工作的指导思想、主要目标、重点任务等,制定本实施方案。 一、指导思想 以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的二十大提出的关于教育数字化的战略部署,全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,贯彻新发展理念,服务新发展格局,激发新发展内生动力,坚持需求导向和应用驱动,坚持融合创新和底线思维,坚持优化改革和长效机制,积极推进“互联网+教育”发展,实施教育数字化战略行动,使教育数字化转型成为推进教育现代化建设与高质量发展的重要引擎和关键特征。 二、基本原则 坚持立德树人。面向时代和社会发展要求,遵循学生成长规律和教育规律,发挥信息技术优势,促进学生全面发展,围绕“立德树人”根本任务,以数字化构建良好教育生态,实现公平而有质量的教育。 坚持数字赋能。锚定人才培养、教育教学、研究创新、教育治理、管理服务等学校核心工作需求,因应新时代学校发展要求,充分运用数字化手段,推进教育理念更新、教学变革和科研创新。 坚持项目推进。强化教育信息化体系的顶层设计,抓住网、云、应用、数据、人、安全等信息化要素,将业务应用摆在突出优先位置,聚焦可复制、可推广、高质量的教育应用场景,以重点项目和试点示范带动整体推进。 坚持安全可控。围绕数据、技术、系统、网络、管理等方面安全,构建与教育数字化发展需要相适应的安全和保障团队。 三、发展目标 围绕立德树人根本任务,推动福建省教育数字化转型进入新阶段,智慧教育创新发展迈上新台阶,重点实现“四提升四支撑”:“四提升”即以建设省教育专网提升教育数字化底座支持力、以共建共享优质数字教育资源提升教育服务质量优质均衡水平、以驱动教育数据提升教育治理能力、以强化信息技术应用提升师生信息素养;“四支撑”即以数字校园普及支撑传统学校数字转型、以信息技术融合创新与示范应用支撑教育教学方式变革、以过程化和数字化的电子学习档案建设支撑学生综合素质发展、以防护体系构建支撑绿色安全可信教育网络空间建设。 四、主要任务 (一)聚焦教育行业应用场景,促进教育教学数字化融合 1.赋能全学段教育教学融合创新。以现代信息技术促进教育教学方式革新,实现融合创新。学前教育重点发展智能监管,家校互动,游戏化的教学应用;基础教育重点推进优质数字化课程资源赋能课堂教学,助推“双减”提质增效和优质均衡,构建新时代城乡教育共同体;引导职业院校基于未来工作场景,构建虚实融合、线上线下结合的实践教学空间和实训教学环境,辅助教师高质量教和学生自主地学;鼓励高校积极开展5G、物联网、大数据、人工智能等新技术的实践和应用研究,积极发展“互联网+教学”“人工智能+教育”,探索推进人工智能背景下的高校教育教学模式改革;推动终身教育高质量发展,重点营造“人人皆学、处处能学、时时可学”的智能泛在可选的终身学习数字生态。 2.普及“三个课堂”建设应用。全面推进“名师课堂”“名校网络课堂”的建设应用,力争实现名师名校课堂资源覆盖基础教育全学科全知识点,依托“福建中小学智慧教育平台”,系统性、全方位地推动名师名校课堂资源在区域及全省范围内共享,满足学生对个性化发展和高质量教育的需求。持续推进基础教育优质校与薄弱校建立远程在线帮扶关系,针对农村薄弱学校和教学点,通过“专递课堂”帮助其开齐开足开好国家规定课程,推送适切的优质教育资源,促进教育公平和均衡发展。 3.强化网络学习空间建设应用。建设面向广大师生的实名制网络空间,完善网络学习空间功能,汇聚各类数字教育资源和应用服务,提升教育教学支持能力,实现“一人一空间,人人用空间”。推动学校、师生常态化应用空间开展教育教学活动。鼓励学校利用空间推动线上线下教学空间融合,促进教育教学、管理评价、教师专业发展,开展校本在线教学资源建设;鼓励教师利用空间开展知识管理、资源建设、移动教学、在线同步教学、网络研修等教育教学活动;支持适龄学生运用空间开展泛在、个性线上学习,推动空间数据的便捷管理和共享,强化学习数据的分析应用。 (二)推进新型基础设施建设,打造教育数字化发展新环境 4.建设福建教育专网。依托福建电子政务外网和互联网已有建设基础,按照“统一规划、分级建设”原则建设福建教育专网,全面覆盖全省各级教育行政部门、各级各类学校和教育事业单位,统一规划管理网络地址和域名,提升公共网络与教育专网的跨网访问速度,提供快速、稳定、绿色、安全的网络服务,推进全省教育系统IPv6规模化部署和应用。打造一体化的教育大数据中心,鼓励通过混合云架构构建集约化、规模化、绿色化的教育云。 5.打造省级智慧教育平台。坚持“需求牵引、应用为王、服务至上”原则,建设“福建智慧教育平台”,重点打造“福建中小学智慧教育平台”“福建职业教育智慧教育平台”“福建高等教育智慧教育平台”“福建24365 大学生就业创业服务平台”,汇聚我省各学段优质数字教育资源和面向公众提供的教育服务事项,为全省师生、家长和社会公众提供一站式教育资源和教育服务。积极推进国家智慧教育平台体系的延伸与拓展,推动实现五级联动、上下贯通。 6.升级改造校园基础设施。推动各地积极保障学校多媒体教学设备配置、维护和更新,继续提升薄弱学校的教育信息化建设水平。支持有条件的学校利用信息技术升级教学设施、科研设施和公共设施,建设虚拟仿真实验室、数字图书馆、智慧教室等信息化环境,实现数字化、智能化升级改造、规范化建设、融合创新,促进学校物理空间与网络空间一体化建设。 7.构建“互联网+教育”平台支撑基础。搭建开放共享的省级“互联网+教育”数字底座、能力中台和数据中台,为“福建智慧教育平台”“福建教育治理平台”等提供统一支撑。基于教育部“一校一码、一人一号”的数字认证互联互通互认体系,以及福建省社会用户实名认证服务体系,推动各级各类“互联网+教育”平台的统一用户管理,实现集中授权和单点登录。 8.优化各级各类“互联网+教育”平台。积极引导各市、县(区)、校推进业务流程梳理再造,促进教学与管理平台的深度融合。基于省级“互联网+教育”大平台的能力中台,开放服务接口,实现各级各类资源平台和管理平台的互通、衔接与开放,助推教育应用优化升级。鼓励各地各校基于数字基座,探索“标准化(基础应用)+个性化(应用插件)”排列组合的应用模式。 (三)加强优质资源共建共享,满足各类教育教学需要 9.加强优质多元数字教育资源供给。推动国家、省、市、县(区)、学校五级优质数字教育资源无缝对接和共享。汇聚教科研部门优质课、精品课、德育精品项目等优质教育数字资源,根据课程教学需要,针对性开发优质特色在线资源;深入挖掘“闽文化”“福文化”及当地特色文化,打造一批质量优良、内涵丰富、特色鲜明的专题教育资源;鼓励各地各校着力开发校本课程和其他特色资源,丰富优质资源体系;根据学段特点,职业院校重点建设情景式系列化自主学习微课和技能性演示操作课程资源,高等院校结合专业大类核心课程覆盖需求,加强线上课程等资源的建设和常态化应用。 10.推动数字教育资源共建共享。加强数字教育资源应用监测,基于智慧教育平台体系跟踪分析资源应用情况,更好掌握各类平台、各项课程和资源的应用推广情况、使用效果和评价反馈。畅通不同使用主体的问题、意见和建议反映渠道,建立资源准入、汇聚、共享、评价与淘汰机制。构建资源目录和资源地图,提升“支撑教”与“促进学”的优质数字资源管理和运用效率。创新资源建设模式,建构多主体参与、多渠道供给、多形式服务的具有时效性、专业性特点的数字教育资源供给体系,鼓励师生、社会力量参与优质数字教育资源建设。 11.强化数字资源内容审核及产权评估。按照“谁主管谁负责、谁上线谁负责”的原则,重点围绕政治性、科学性、适用性和规范性,采用机器审核和人工审核相结合的方式,做到“上线必审、更新必审、审必到位”,并定期或不定期进行抽查、检查,接受公众投诉举报,建立健全数字教育资源内容审核机制。建立数字教育资源提供主体实名认证制度,出台免责条款,确保平台上线的资源产权明晰,无侵犯他人知识产权、肖像权、隐私权、商业秘密及其他合法权益的情形。 (四)提升师生数字技能与素养,健全数字化人才培养体系 12.提升教师信息化教学能力。深入推进教师信息技术应用能力提升工程 2.0行动,构建“以校为本、基于课堂、应用驱动、注重创新、精准测评”的教师信息素养发展新机制。扩大人工智能助推教师队伍建设行动试点,开展高等学校虚拟教研室建设,构建智能技术支持教师发展、优化教师管理的新模式。重点培养一线教师信息技术应用能力、信息化教学理念及方法,重点提高学科骨干教师、教研员引领区域研修和指导教师信息化教学能力。 13.实施未来教师信息素养培养计划。以师范生未来教学需要和专业发展为导向,推进师范院校现代教育技术公共课程改革,提升师范生信息素养;建设未来教师信息素养实训基地,强化师范生基于信息环境的实践教学能力,培养能合理运用信息技术和具备一定教学创新能力的未来教师。 14.强化信息技术人才队伍建设。加大对信息化项目、科技创新平台支持力度,深化创新应用导向的高校信息技术类学科专业建设,以“产学研”融合模式培养多层次、多形式研究与实践应用能力兼备的人才,培育一批信息技术应用学科带头人和教育信息化专家。 15.培养面向智能时代的数字公民。完善数字公民培养体系,将学生数字素养培育有机融入各学段、各学科课程教学,各级各类学校高质量开设信息技术课程,加强信息技术课程中的网络安全、人工智能、科创(STEAM)教育等知识模块比例。通过常态化、多样化的实践培养具有数字意识、计算思维、终身学习能力和社会责任感的数字公民。 (五)推进管理业务流程再造,提升教育治理综合服务能力 16.打造福建教育治理平台。汇聚教育部统一建设的教育治理核心应用服务和省级自建的教育治理通用应用服务,按照统一标准规范,加强教育信息系统深度整合和集约管理,鼓励地方教育行政部门和学校对接国家、省教育治理平台,开发特色应用服务,全面提升全省教育系统数据治理、政务服务和协同监管能力。 17.建设福建省国家教育考试综合管理平台。在全省范围内建设覆盖国家、省、市、县(区)、标准化考点五级联动的国家教育考试管理与服务信息化支撑平台,切实发挥教育信息化对高考等国家教育考试业务的支撑和保障作用。配齐、配足实施高考综合改革、教育评价改革等所需标准化考点(考场);建设和完善具有身份认证、试卷跟踪、作弊防控、标准化考点管理等功能的教育考试综合管理平台;建设以考生库、考点库、工作人员库为主体的考试全局基础数据库和数据交换平台;建设以考试大数据为支撑、以动态数字图为展呈的决策指挥系统。 18.加强教育数据规范管理及应用。完善教育政务基础数据库和主题数据库,加强分级分类的教育数据规范,全省教育数据逐步实现“一数一源”,建立“覆盖全省、统一标准、上下联动、资源共享”的教育大数据体系。规范教育数据的标准化采集、存储、治理,完善教育数据采集、应用、备案等相关管理制度。 19.推进教育治理数据联动业务协同。推动教育行政办公数字化、协同化、移动化,优化办公流程,将办公应用向移动端延伸,提升管理效能。推动各项教育政务服务全程网上受理、网上办理和网上反馈,实现“一号申请、一窗受理、一网通办”。推动管理服务“减流程、减证明、减时间”,基于福建省政务数据汇聚共享,实现“让数据多跑路、群众少跑腿”。运用教育数据驱动教育“放管服”改革,探索区块链、人工智能和大数据等新一代信息技术在教育治理中的深度应用,促进教育管理的精细化、服务的精准化、决策的科学化,大力提升教育治理体系和治理能力现代化水平。 (六)开展数据驱动深化应用,服务教育督导和评价改革 20.推进“数字学生”一体化应用。围绕学生成长全阶段,建立政府、学校、专业机构和社会组织等多元主体参与的无感式、伴随式数据采集机制,通过点滴数据的汇聚与融合,运用人工智能、大数据、区块链等新一代信息技术,构建长周期、跨场域、多维度的学生成长档案,实现精准画出学生个人“数字画像”和群体“数字画像”的目标,为学生全面发展提供个性化、精准化服务。 21.建设省教育督导智慧云平台。利用新技术、新应用,推进督导工作从定性评估转向精准评估,从人工督导转向智能实时督导。挖掘数据价值,创新督导方式,建立“数据说话、数据评价、数据决策”的教育督导评估机制。实现督导指标体系标准化、督导工作流程化、督导管理网格化、督导工作移动化、督导管理智慧化、档案管理现代化。 22.深化教育评价技术应用研究。探索区块链技术在教育评价中的应用,利用人工智能、大数据等现代信息技术,改进结果评价、强化过程评价、探索增值评价,创新评价工具,提升评价的科学性、专业性、客观性。探索完善学生综合素质评价在中招、高招中的应用。 (七)提升网络安全防护能力,营造教育系统清朗网络空间 23.提升防范化解网络安全风险的能力。从物理安全、网络安全、主机安全、应用安全、数据安全和安全管理六个层面出发,建立“三化六防”的安全保障体系,确保教育信息系统安全有效运行。完善网络安全监测预警通报机制,提升全省教育系统信息系统(网站)防护能力。强化数据安全管理,完善数据容灾机制。持续开展各级网络安全演练,通过攻防对抗、沙盘演习等方式,提升网络安全防护能力和应急响应水平。 24.加强教育系统网络安全风险的源头管控。开展常态化网络安全检查,深化落实教育系统关键信息基础设施安全保护制度和网络安全等级保护制度。健全教育数据全生命周期的保障制度,加强数据收集、汇聚、存储、流通、应用、销毁等环节的安全管理,落实关键数据使用的审计、脱敏机制,科学规范数据采集范围、访问权限、存储周期和共享方式,降低数据安全风险。广泛应用具有自主核心技术和安全性满足要求的国产软硬件产品,确实保障信息化建设中的供应链安全。 25.营造利于师生发展的清朗网络空间。依托教育专网建立绿色上网防护体系,自动识别、屏蔽不适合未成年人访问的应用、网站和信息。加强面向师生网络安全宣传教育,引导青少年正确认识和使用互联网,自觉抵制不良网络内容。不断巩固壮大网络思政主阵地,弘扬主旋律、传播正能量。加强各部门协同,与公安、通管、网信等有关部门信息共享、舆情共商、联动处置,共同为广大师生营造清朗网络环境。 26.加强网络安全人才队伍建设。支持高校特色化示范性软件学院和网络安全特色学科群建设,加快网络安全领域新工科建设,推进产学研合作协同育人,提高网络安全人才培养质量。构建网络安全岗位职责与能力体系,定期开展各层次教育信息化和网络安全专业技术人员岗位培训。 五、保障措施 (一)加强组织领导,强化协作联动 加强党对教育信息化和网络安全工作的领导,坚持网信事业正确政治方向。强化落实网络安全责任制,明确网信职能部门,加强统筹管理。整合教研、电教、信息、装备等机构力量,形成工作合力。加强部门协同、上下联动和区域统筹,把教育信息化工作纳入数字福建、智慧城市等整体规划。充分发挥教育信息化智库、工程中心、创新平台、学校、基础电信运营商、信息化企业等主体优势,鼓励其联合设立教育信息化研究基地或应用示范基地,实现教育链、人才链、产业链、科技链有效结合。 (二)完善统筹保障,引导多元投入 优化教育经费结构,持续加大包括教育信息化建设在内的教育经费投入力度。积极引导更多智慧城市、新基建等领域专项经费投向教育信息化领域。落实国家关于生均公用经费可用于购买信息化资源和服务的政策。充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,建立社会团体、企业等多方参与的教育信息化多元建设机制。 (三)加强示范引领,推进数字化转型 鼓励各地区、各学校结合自身优势及特点,积极申报各级各类智慧教育应用项目。分年度遴选10个左右县(市、区)建设“省级智慧教育试点区”、100所左右各级各类学校建设“省级智慧教育试点校”。打造一批可复制推广、可规模应用的样板项目,积累可推广的先进经验与优秀案例,以点带面引领省内各地各校教育信息化建设,形成具有区域特色的智慧教育新途径和新模式。 (四)完善督导机制,加强动态监测评价 将教育信息化相关工作纳入对政府履行教育职责督导评估和对学校的综合督导评估范围,提升各地区和各级各类学校发展教育信息化的效果、效率和效益,探索建立教育信息化发展水平动态监测和第三方评价机制。   福建省教育数字化战略行动三年实施方案重点项目清单 序号 重点项目 主要内容 1 福建教育专网 按照“统一规划、分级建设”原则,建设福建教育专网。建设省级主干网和9个设区市主节点,制定市(县、区)教育专网建设和接入标准;各市(县、区)、各高等学校按照标准推进本地区教育城域网、校园网建设并接入。到2025年,实现福建教育专网覆盖全省教育系统90%以上的各级各类学校,统一规划管理网络地址和域名,统一网络安全管理,依托专网推进全省教育系统IPv6规模化部署和应用。 2 福建智慧教育平台 按照国家智慧教育平台体系的整体建设要求,建设福建智慧教育平台,构建“1+4”平台体系,完善“福建中小学智慧教育平台”“福建职业教育智慧教育平台”“福建高等教育智慧教育平台”“福建24365 大学生就业创业服务平台”等功能模块。实现福建智慧教育平台向上接入国家智慧教育平台,向下联通市(县、区)、校智慧教育平台的五级联动、上下贯通。 3 福建教育治理平台 推进教育数据的统一规范建设和深度应用。加强教育信息系统深度整合和集约管理,鼓励地方教育行政部门和学校对接国家、省教育治理平台,开发特色应用服务,有效汇聚教育领域大数据,全面提升全省教育系统的数据治理、政务服务和协同监管能力。 4 福建省国家教育考试综合管理平台 按照国家教育考试综合管理平台体系的整体建设要求,建设福建省国家教育考试综合管理平台,构建全省统一的考点、考生等数据库,建立健全教育考试综合治理体系,实现对教育考试的全局统一指挥、全程分级管理、全域实时监控,实现五级联动,考生、试卷两大数据流的动态管理和各类考试管理指挥的一体化、可视化和即时化,切实提高教育考试管理与服务的专业化、规范化、精细化水平。 5 优质数字教育资源供给 着力建设以基础教育、职业教育、高等教育为“三横”、以德育、智育、体美劳育为“三纵”的优质课程,根据不同学段特点,推进“基础教育精品课”“职业教育在线精品课程”“高等教育线上一流课程”建设,针对性开发福建优质特色在线资源、专题教育资源、校本课程和其他特色资源,积极向上级智慧教育平台提供优质特色化课程资源。强化数字资源内容审核及产权评估。推动数字教育资源共建共享。 6 教师现代教育技术能力提升工程 构建以校为本、基于课堂、应用驱动、注重创新、精准测评的教师信息素养发展新机制,采用整校推进的混合研修模式,开展全省中小学教师信息技术应用能力提升全员培训。开展人工智能等新技术与教师队伍建设的融合试点,建设“人工智能+教师教育”综合实验实训平台。推进未来教师信息素养提升,支持师范院校建设未来教师信息素养实训基地,开展师范类专业的现代教育技术公共课程改革,提升师范生运用现代教育技术开展教育教学的实践和创新能力试点项目建设。加强示范引领,分年度遴选10个县(区)建设“省级智慧教育试点区”。 7 “数字学生”一体化 应用 建立政府、学校、专业机构和社会组织等多元主体参与的无感式、伴随式数据采集机制,通过点滴数据的汇聚与融合,运用人工智能、大数据、区块链等新一代信息技术,构建长周期、跨场域、多维度的学生成长档案,实现精准画出学生个人“数字画像”和群体“数字画像”的目标。 8 智慧教育创新试点示范 支持福州市“国家智慧教育示范区”建设。支持福州大学、华侨大学的工信部、教育部“5G+智慧教育”应用试点项目建设。加强示范引领,分年度遴选10个县(区)建设“省级智慧教育试点区”、100所学校建设“省级智慧校园试点校”(其中基础教育70所、本专科院校20所、中职学校10所)。

    福建启动职业院校教师素质提高三年行动计划

    近日,福建启动职业院校教师素质提高三年行动计划,提出加快推进知识技能更新、提升教师“双师”素质、畅通教师校企双向流动、打造职业教育领军人才队伍、创新职教教师培训模式等实施内容。 以下是实施内容 (一)推进师资培训提质增效 落实立德树人根本任务。以习近平新时代中国特色社会主义思想特别是习近平总书记关于职业教育的重要指示批示铸魂育人。推进理想信念教育常态化,将思想政治和师德师风纳入教师培训必修内容。创新师德教育方式,利用福建红色资源,扎实开展党史、新中国史、改革开放史、社会主义发展史教育,大力弘扬职业精神、工匠精神、劳模精神。 加快推进知识技能更新。对接新专业目录、新专业内涵,把职业标准、专业教学标准、职业技能等级证书标准、行业企业先进技术等纳入教师培训必修模块。综合采取线下混合研修、在线培训、结对学习、跟岗研修、顶岗研修、访学研修、返岗实践等灵活多样的研修方式,围绕职业院校提质培优、“双高”项目建设和院校治理体系现代化等重点内容开展系统化培训。 强化提升教育教学能力。推进教师的理念转变、知识更新、技能提升,提高教师研制专业人才培养方案的能力、组织参与结构化模块式教学的能力、运用现代教育理论和方法开展教育教学的能力。加强心理健康教育、思想政治工作、信息技术等方面内容培训,强化课程思政意识和能力,全面提升教师育人能力。 (二)加强“双师型”队伍建设 提升教师“双师”素质。完善政府、行业企业、学校、社会等多方参与的教师培养培训机制,落实教师企业实践制度,专业课教师每年至少累计1个月以多种形式参与企业实践或实训基地实训。加强新入职教师“双师”素养导向的规范化培训,新任教师到行业企业实践时间不少于8周。 健全教师“双师”认证体系。修订完善“双师型”教师认定标准和实施办法,根据教师不同能力条件实施分级认定,突出对理论教学和实践教学能力的考察,注重教学改革和专业建设实绩。建立激励机制以及能进能出、能上能下的动态调整机制,在职务(职称)晋升、教育培训、评先评优等方面向“双师型”教师倾斜。 畅通教师校企双向流动。完善兼职教师管理办法,严格兼职教师考察、遴选和聘请程序,加强岗前、岗中培训,促进教育教学能力提升。组建兼职教师资源库,拓宽学校兼职教师聘用渠道。支持职业院校设立一批产业导师特聘岗,聘请企业工程技术人员、高技能人才、管理人员、能工巧匠等,采取兼职任教、合作研究、参与项目等方式到校工作,推动形成校企人员双向流动、相互兼职常态运行机制。 (三)推进教师队伍梯队发展 打造职业教育领军人才队伍。制订名师名校长管理办法,加强专业带头人、名师名校长培养,在全省分批次遴选培养200名专业带头人、50名名师、30名名校长,建设一批“双师型”名师工作室和技艺技能传承创新平台,通过示范引领、指导帮带,推动全省职业院校教师队伍整体素质提升。深入实施闽台师资联合培养项目和台湾全职教师引进计划,促进闽台职教师资交流共享,推进闽台职业教育融合发展。 促进青年骨干教师发展。重点支持一批专业素养高、创新能力强、发展潜力大的青年骨干教师到国家级师资培训基地、高水平高校和科研院所访学研修。实施“山海协作计划”骨干教师跟岗研修计划,支持闽东北、闽西南两大协同发展区职业院校骨干教师到福厦泉“双高计划”等单位进行访学,促进区域、校际队伍协调发展。 加强高水平创新团队建设。聚焦我省重点产业领域和民生紧缺领域,分批次、分专业遴选立项、培育建设120个德技双馨、创新协作、结构合理的省级教学创新团队,争创若干国家级教学创新团队。推动各地各校因地制宜开展创新团队整体规划和建设布局,建设若干市级、校级教师教学创新团队。 (四)健全教师发展支持体系 打造高水平教师培训基地。依托相关部门、应用型本科高校、高水平职业院校以及行业龙头企业,推动校企资源共建共享,建设一批省级“双师型”教师培训基地与教师企业实践基地,争创若干国家级基地。依托高水平大学和国家级基地在培训团队、资源和条件等方面优势,开展高端研修。发挥厦门市部省共建国家职业教育创新发展高地和泉州市国家产教融合试点城市引领支撑作用,进一步完善产教融合的多元培养培训格局。 推进培训团队专业化建设。加大培训者团队培训力度,推动培训基地加强相应的课程资源和师资力量的投入,提升培训队伍的项目管理能力和组织实施能力。聘请技术能手、职教专家和行业企业高水平人员参与教师培训工作,培育一批能够适应职业教育改革需要、指导教师专业发展的培训专家。 创新职教教师培训模式。推动职教教师数字化学习平台建设,分层次、分专业建设开发一批教师培训优质资源,加强培训资源建设的动态更新、共建共享,满足教师需求。建设高水平职业教育教师培养培训指导委员会,为教师队伍建设提供有力的智力支持和人才支撑。加大职业教育教师队伍建设研究交流与宣传力度,推出一批具有福建特色、体现创新成效的教师专业发展典型案例。

    北京21条举措建设高技能人才队伍

    北京市近日发布《关于加强新时代首都高技能人才队伍建设的实施意见(征求意见稿)》,提出21条建设高技能人才队伍的举措。其中明确推动职业学校毕业生在就业、招聘、职称评审等方面与普通高校毕业生享受同等待遇。

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