“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革探索

張濤?武建瑞

摘要：分析新能源發(fā)電技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐中存在的問題，結(jié)合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)，探討構(gòu)建適合電氣工程類專業(yè)的新能源技術(shù)課程的知識(shí)體系，使之更符合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)，并根據(jù)授課內(nèi)容探索合適的教學(xué)和考核方法，使之與課程知識(shí)體系相適應(yīng)。通過課程教學(xué)改革，不僅使學(xué)生掌握新能源發(fā)電技術(shù)方面的基本原理和基本知識(shí)，還培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)一步提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；課程知識(shí)體系；教學(xué)改革；教學(xué)方法

作者簡介：張濤（1981-），男，安徽阜陽人，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，副教授；武建瑞（1983-），男，陜西蒲城人，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，助理工程師。（湖北 宜昌 443002）

基金項(xiàng)目：本文系三峽大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：J2011008）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0073-02

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求的持續(xù)增長，以及能源短缺危機(jī)和全球環(huán)境的日益惡化，能源對(duì)人類經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的制約和對(duì)資源環(huán)境的影響也越來越顯著。[1]面對(duì)能源短缺危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，必須通過能源利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)“開源”和“節(jié)流”。因此，大規(guī)模開發(fā)新的能源，大力發(fā)展高效、環(huán)保的電力工業(yè)成為解決能源問題的有效途徑，培養(yǎng)這方面的人才對(duì)新能源的開發(fā)和利用具有重要意義。

三峽大學(xué)具有濃厚的電力行業(yè)背景，為了讓三峽大學(xué)（以下簡稱“我?！保╇姎夤こ填悓I(yè)學(xué)生了解新能源相關(guān)知識(shí)，“新能源發(fā)電技術(shù)”課程應(yīng)運(yùn)而生，它是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)選修課程。該課程的講授，能夠幫助學(xué)生較為全面地了解和掌握新能源利用形式及其相關(guān)技術(shù)的前沿動(dòng)態(tài)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。為了提高教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合電氣工程類專業(yè)的特點(diǎn)，探索適合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)課程授課內(nèi)容和教學(xué)方法是十分必要的。本文將根據(jù)筆者近年來的教學(xué)實(shí)踐，談?wù)剬?duì)該課程的教學(xué)改革與實(shí)踐方面的幾點(diǎn)體會(huì)。

一、課程教學(xué)存在的主要問題和矛盾

“新能源發(fā)電技術(shù)”課程是一門多學(xué)科交叉的課程，除了涉及電力和能源領(lǐng)域的知識(shí)外，還要求學(xué)生具有其他領(lǐng)域相關(guān)的知識(shí)，如課程中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及空氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，太陽能電池涉及的半導(dǎo)體材料的相關(guān)知識(shí)，生物質(zhì)能中涉及的生物化學(xué)等相關(guān)知識(shí)等。[2，4]由于新能源發(fā)電技術(shù)的研究屬于前沿科學(xué)，目前，我國部分高校的相關(guān)專業(yè)已開設(shè)“新能源發(fā)電技術(shù)”課程，但不同學(xué)科對(duì)該專業(yè)課程的教學(xué)需求不同，導(dǎo)致教材內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)差異較大。該課程的建設(shè)中存在的問題較為突出，集中體現(xiàn)在：不同專業(yè)教材內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同，缺乏適合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的教材；作為一門選修課程，學(xué)生重視程度不夠；專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)矛盾眾多，包括課程與教材之間的矛盾，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間的矛盾，教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)方法之間的矛盾等，這些都在很大程度上制約了“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

對(duì)于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，該課程需要涉及更多電氣工程學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，如電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)分析等專業(yè)知識(shí)。在新能源并網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)中需要應(yīng)用這些專業(yè)知識(shí)分析該研究領(lǐng)域前沿問題，有利于全面掌握新能源知識(shí)體系和培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。由此可見，本課程內(nèi)容豐富，知識(shí)點(diǎn)多，在該課程的建設(shè)中，需要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，合理組織教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生掌握晦澀難懂的外專業(yè)知識(shí)的，能利用本專業(yè)知識(shí)分析實(shí)際工程問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，因此該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的改革勢在必行。

二、教學(xué)內(nèi)容的改革

為了適應(yīng)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)，在課程改革過程中，根據(jù)新能源發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀和電氣工程對(duì)新能源發(fā)電技術(shù)課程知識(shí)體系的需求，結(jié)合電力工程及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)，精選教學(xué)內(nèi)容，重新構(gòu)建了新的課程知識(shí)體系，加強(qiáng)與電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)之間的聯(lián)系。

根據(jù)新能源發(fā)電站接入電網(wǎng)的影響不同，將這些新能源技術(shù)分為兩類：穩(wěn)定性能源發(fā)電技術(shù)和間歇性能源發(fā)電技術(shù)。

一些新能源技術(shù)（如生物質(zhì)能、地?zé)崮芎统Ｒ?guī)水電）在接入電力系統(tǒng)方面和常規(guī)電力技術(shù)一樣容易，除了一次能源的形式不同，轉(zhuǎn)換成電能環(huán)節(jié)基本相同，都采用同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定不會(huì)造成影響。因此，這部分新能源知識(shí)重點(diǎn)講解各種新能源發(fā)電技術(shù)的基本原理，最新的發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀和動(dòng)向，及在利用過程中對(duì)改善環(huán)境帶來的好處，培養(yǎng)學(xué)生新的能源觀念和意識(shí)。同時(shí)結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展的最近進(jìn)展，這些發(fā)電技術(shù)作為分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)，如何規(guī)劃電網(wǎng)，接入電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響等方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解，加強(qiáng)與電力系統(tǒng)知識(shí)的聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，

由于受到季節(jié)、氣象和地域等條件的影響，另一些新能源技術(shù)具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，如風(fēng)能和太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)，在接入電力系統(tǒng)方面需要克服更多的挑戰(zhàn)，其電力大規(guī)模并入常規(guī)電網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來顯著影響。這部分內(nèi)容重點(diǎn)講解與電力系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)，涉及到電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。在間歇性能源并網(wǎng)過程中，電力儲(chǔ)能技術(shù)可以補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)，解決風(fēng)能和太陽能等間歇式新能源發(fā)電直接并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，使大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電能夠方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)。隨著可再生新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，電力儲(chǔ)能技術(shù)也是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必須掌握的知識(shí)，所以儲(chǔ)能技術(shù)也是該課程知識(shí)體系的重要部分。

本文提出的課程知識(shí)體系目前還沒有相關(guān)教材，為此，筆者較為系統(tǒng)地構(gòu)建并編寫適合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的“新能源發(fā)電技術(shù)”課程講義，使之更符合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)。從兩學(xué)期的試用情況來看，學(xué)生認(rèn)同感增強(qiáng)，明確該課程是本專業(yè)不可或缺的重要選修課，重視程度顯著提升，在教學(xué)過程中取得了良好的效果。

三、教學(xué)模式改革

選擇合適的教學(xué)方法，能夠提高課堂效率。教學(xué)內(nèi)容的不同，授課的教學(xué)方法也需要相應(yīng)的改進(jìn)，為此筆者對(duì)教學(xué)方法也進(jìn)行了改革，使之與課程知識(shí)體系相適應(yīng)。

1.采用學(xué)術(shù)專題講座的教學(xué)方式

“新能源發(fā)電技術(shù)”課程知識(shí)體系要求運(yùn)用新的教學(xué)方法。每種新能源發(fā)電技術(shù)各自成章，自成系統(tǒng)，各部分內(nèi)容均有很多前沿的技術(shù)，僅靠書本知識(shí)已經(jīng)不能適應(yīng)科技的進(jìn)步。[5，6]因此需要任課教師補(bǔ)充相關(guān)發(fā)展的新動(dòng)向和新技術(shù)，以學(xué)術(shù)講座的形式進(jìn)行講授與課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。講解過程中，以具體的行業(yè)問題為背景，采取啟發(fā)式的講解方式，層層剖析問題，可以讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，掌握發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)電原理、利用方式、開發(fā)存在的問題和研究現(xiàn)狀及動(dòng)向。如地?zé)岚l(fā)電、海洋能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電技術(shù)，都可以采用講座的方式進(jìn)行講解。同時(shí)在講座過程中，增加學(xué)生提問環(huán)節(jié)，讓學(xué)生可以積極參與，引導(dǎo)學(xué)生自主思考。

為了強(qiáng)化實(shí)踐，在每一個(gè)專題授課結(jié)束后，教師通過布置與該專題相關(guān)的設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生學(xué)以致用。比如讓學(xué)生設(shè)計(jì)太陽能熱電站，利用波浪能發(fā)電原理設(shè)計(jì)相應(yīng)的波浪能電站，設(shè)計(jì)新農(nóng)村綜合利用生物質(zhì)能的方案，設(shè)計(jì)垃圾發(fā)電站工藝流程等，作為分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)，結(jié)合不同能源開發(fā)利用的特點(diǎn)對(duì)該地區(qū)新能源開發(fā)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)做出合理規(guī)劃，并給出理由。通過這些綜合性設(shè)計(jì)作業(yè)，可以增強(qiáng)大家的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，訓(xùn)練了學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力，起到了非常好的效果。

2.基于問題的探究式教學(xué)方式

傳統(tǒng)的講授方式，可以系統(tǒng)地講解，課堂容量大。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)涉及知識(shí)點(diǎn)多，知識(shí)點(diǎn)零散，因此需要教師合理組織教學(xué)內(nèi)容，使其與所學(xué)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合。為此筆者精心設(shè)計(jì)每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，精講多練。但傳統(tǒng)的授課方式，學(xué)生被動(dòng)接受，學(xué)習(xí)積極性不高。

為此，筆者采用基于問題的探究式教學(xué)方式，在教學(xué)的過程中，教師起引導(dǎo)作用，對(duì)課程中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析，提出基于問題的討論題目；并分析學(xué)生需要掌握的知識(shí)要點(diǎn)，為學(xué)生提供必要的參考文獻(xiàn)，讓學(xué)生課后自己查閱資料，引導(dǎo)他們學(xué)會(huì)自己總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問題。而學(xué)生在課后根據(jù)自己的興趣自愿選題，并分小組進(jìn)行研討，研討后，該小組總結(jié)討論結(jié)果。在課堂討論中，每個(gè)小組推薦一名學(xué)生做交流發(fā)言，將自己的研究內(nèi)容做簡要匯報(bào)。學(xué)生互相提問展開討論，老師進(jìn)行有針對(duì)性的點(diǎn)評(píng)，肯定了學(xué)生們?nèi)〉玫某煽儯瑢?duì)錯(cuò)誤的地方進(jìn)行了補(bǔ)充和糾正。[2]為了達(dá)到分組討論學(xué)習(xí)預(yù)期效果，要求每個(gè)小組在上交的文獻(xiàn)報(bào)告中，明確每個(gè)學(xué)生所做的工作和參加小組討論的發(fā)言內(nèi)容，督促每個(gè)學(xué)生都參與討論學(xué)習(xí)。通過這種教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，也很好地完成了教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高，達(dá)到“授人以漁”的目的。

3.改進(jìn)多媒體教學(xué)方式

由于該課程設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)具有跨學(xué)科的特點(diǎn)，有些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生難以掌握，有些原理較為抽象。如風(fēng)機(jī)的偏航過程、變槳過程、風(fēng)機(jī)的失速原理、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電過程等都比較抽象，在沒有實(shí)物演示的前提下，學(xué)生經(jīng)常不容易理解。因此在講這些課程內(nèi)容時(shí)，采用多媒體動(dòng)畫演示的方法，幫助學(xué)生理解基本概念和知識(shí)，讓學(xué)生更快更易地理解和掌握這些內(nèi)容。

四、考試方法的改革

雖然在教學(xué)內(nèi)容和方法上進(jìn)行了改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，但仍有不少學(xué)生選課和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不端正。他們不是為了完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高自己的綜合素質(zhì)，只是為了湊滿學(xué)分，對(duì)選修課缺乏足夠的重視。[6]傳統(tǒng)的閉卷考核方式不能全面地反映真實(shí)的教學(xué)情況。撰寫課程論文，成績只與論文寫得好不好有關(guān)，有的同學(xué)東拼西湊，也能獲得一個(gè)理想的成績。這些方式都難以督促學(xué)生平常的學(xué)習(xí)，因此仍需完善課程的考核方式。根據(jù)“新能源發(fā)電技術(shù)”課程的特點(diǎn)，筆者對(duì)該課程的考試方式做了合理的改革，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，公正地反映了學(xué)生的成績。主要采取了以下一些措施：

1.注重對(duì)學(xué)生平時(shí)的考查

增加課堂隨機(jī)考查的次數(shù)。通過提問、課堂測驗(yàn)等方式，讓學(xué)生在上課時(shí)能集中精力聽講，防止學(xué)生上課“開小差”。回答問題和課堂測驗(yàn)計(jì)入平時(shí)成績。

2.增加撰寫文獻(xiàn)報(bào)告和大作業(yè)

基于問題的探究式教學(xué)方式中，撰寫文獻(xiàn)報(bào)告和小組討論環(huán)節(jié)能夠有效培養(yǎng)了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、撰寫論文、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獨(dú)立思考的能力，因此能夠較為科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生平時(shí)的努力程度。因此，課堂討論和小組討論中，根據(jù)學(xué)生在該環(huán)節(jié)中的貢獻(xiàn)不同給學(xué)生不同成績，這樣能起到督促學(xué)生學(xué)習(xí)和檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的作用。

作業(yè)是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充和延伸，是教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。大作業(yè)一般具有綜合性的特點(diǎn)，能夠有效鍛煉學(xué)生的綜合能力，鞏固平時(shí)所學(xué)的知識(shí)，是反饋教學(xué)效果的有效手段。因此增加大作業(yè)和撰寫文獻(xiàn)報(bào)告在平時(shí)成績中的比重也是考查學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的有效手段。

3.增加平時(shí)成績的權(quán)重

平時(shí)考核成績權(quán)重由原來的30%提高到目前的50%，有效地避免了學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)，考試時(shí)突擊學(xué)習(xí)也能取得不錯(cuò)成績的弊端，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自覺性。

通過上述措施的實(shí)施，經(jīng)調(diào)查表明多數(shù)學(xué)生都認(rèn)可這種成績考核方法較合理、公正，能夠真實(shí)反映學(xué)生的成績，受到了多數(shù)學(xué)生的歡迎。

五、結(jié)束語

“新能源發(fā)電技術(shù)”課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)選修課程。本文針對(duì)課程建設(shè)中存在的突出問題，構(gòu)建了適合電氣工程類專業(yè)的“新能源發(fā)電技術(shù)”課程的知識(shí)體系，合理組織教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)授課內(nèi)容提出了合適的教學(xué)和考核方法。通過課程教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，達(dá)到提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的目的。

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（責(zé)任編輯：王意琴）