新能源科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究*

文 | 郭蘇，許昌，趙振宙，霍志紅

新能源科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究*

文 | 郭蘇，許昌，趙振宙，霍志紅

河海大學(xué)于2008年依托傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科建立新能源科學(xué)與工程專業(yè)，以風(fēng)力發(fā)電方向?yàn)橹鳎菄?guó)家級(jí)特色專業(yè)和江蘇省重點(diǎn)專業(yè)。經(jīng)過近10年從無到有、從有到力求完善的過程，河海大學(xué)在該專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)建設(shè)上初步取得了一些心得。

為積極響應(yīng)國(guó)家新能源發(fā)展重大戰(zhàn)略和新能源產(chǎn)業(yè)人才需求，河海大學(xué)于2008年依托傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科建立了新能源科學(xué)與工程專業(yè)，是江蘇省第一所、全國(guó)第二所建立新能源科學(xué)與工程專業(yè)的高校。河海大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)以風(fēng)力發(fā)電方向?yàn)橹?，兼顧太?yáng)能發(fā)電、海洋能發(fā)電、潮汐能發(fā)電等多種可再生能源發(fā)電方向，是國(guó)家級(jí)特色專業(yè)和江蘇省重點(diǎn)專業(yè)。

河海大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的實(shí)踐教學(xué)課程共有42個(gè)學(xué)分，其中《空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》和《風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)》是該專業(yè)開設(shè)的兩門最主要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。由于河海大學(xué)開設(shè)此課程時(shí)間較早，在課程設(shè)置、教學(xué)理念、教學(xué)方法及考核方法等方面，兄弟院校都沒有成熟的方案可供參考。經(jīng)過近10年從無到有、從有到力求完善的過程，河海大學(xué)在該專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)上初步取得了一些教學(xué)心得。本文總結(jié)了該校新能源科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)工作，為同類課程的建設(shè)提供參考。

務(wù)實(shí)的課程內(nèi)容設(shè)置

在專業(yè)建設(shè)的初始階段，為了解國(guó)家、社會(huì)對(duì)風(fēng)電人才的需求特點(diǎn)，該專業(yè)老師分組到華北電力大學(xué)（國(guó)內(nèi)第一所設(shè)置本專業(yè)的高校）、風(fēng)電場(chǎng)、設(shè)計(jì)院、風(fēng)機(jī)制造廠家等二十余家單位進(jìn)行調(diào)研，并與來自中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)、水利部、水利水電出版社等單位的多名專家學(xué)者對(duì)專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行多次研討和論證，建立了符合國(guó)家、社會(huì)需求的培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱。

具體到實(shí)驗(yàn)課程中，《空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》屬于專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，通過此課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)并驗(yàn)證流體動(dòng)力學(xué)中的連續(xù)性方程、伯努利方程；掌握流動(dòng)空氣中總壓力、靜壓力、動(dòng)壓力的測(cè)試儀器及測(cè)量方法；研究與進(jìn)行風(fēng)洞等實(shí)驗(yàn)。教學(xué)內(nèi)容包括：文丘里管實(shí)驗(yàn)、阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)、升力測(cè)定實(shí)驗(yàn)等。

《風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)》屬于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，通過此課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生深入了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體結(jié)構(gòu)、單部件結(jié)構(gòu)；熟悉風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航調(diào)節(jié)原理、制動(dòng)原理、變槳原理以及發(fā)電工作原理等。教學(xué)內(nèi)容包括：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型參觀，大型風(fēng)洞參觀，在采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的風(fēng)力發(fā)電教學(xué)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體結(jié)構(gòu)、單部件結(jié)構(gòu)的展示，偏航調(diào)節(jié)原理、制動(dòng)原理、變槳原理、以及發(fā)電工作原理的展示等。

“探索式”的教學(xué)理念

作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的主體實(shí)驗(yàn)課程，其知識(shí)內(nèi)容更新速度快，改革是其發(fā)展的必然趨勢(shì)，超前的教學(xué)理念是關(guān)鍵。長(zhǎng)期以來，高校的實(shí)驗(yàn)課程均以教師講授、學(xué)生“照貓畫虎”完成實(shí)驗(yàn)為主。傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上屬于學(xué)生不用動(dòng)腦即可完成。由于學(xué)生處于被動(dòng)的接受地位，因此限制了學(xué)生的積極主動(dòng)性，不利于培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)的能力，學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力得不到提升。

本實(shí)驗(yàn)課程采用“探索式”的教學(xué)理念，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目，自主查找資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論、驗(yàn)證所需證明的理論或知識(shí)點(diǎn)。該教學(xué)模式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生潛在的創(chuàng)造欲望和熱情。

多樣性的教學(xué)方法

在《空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》和《風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)》教學(xué)過程中，教師根據(jù)教學(xué)大綱要求，注重課程的知識(shí)性和趣味性，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、風(fēng)力發(fā)電虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合的方式，使學(xué)生充分結(jié)合理論知識(shí)點(diǎn)，做到有的放矢地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。在教學(xué)中，主要采用了以下幾種方法。

一、啟發(fā)預(yù)習(xí)法

教師在實(shí)驗(yàn)課程之前下發(fā)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生去查閱相關(guān)資料、了解相關(guān)背景知識(shí)、研究實(shí)驗(yàn)器材組成等，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。該方法能有效提高課堂教學(xué)效率、增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)，為其今后的獨(dú)立學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。

二、小組討論法

圖1 風(fēng)力發(fā)電虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖2 空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖3 小型風(fēng)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖4 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，以3—5人為一組將學(xué)生分成若干小組，通過角色互換機(jī)制，組織小組成員輪流承擔(dān)不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中有針對(duì)性地提出相關(guān)理論問題或本小組在操作上存在的問題，學(xué)生采用小組討論的形式解決問題，并在提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，簡(jiǎn)述提出的問題以及相應(yīng)的解決方法。從而確保每個(gè)學(xué)生都能積極主動(dòng)、全程參與到實(shí)驗(yàn)中來。

三、參與科研法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生參與科研活動(dòng)。以風(fēng)洞參觀為例，河海大學(xué)購(gòu)置的風(fēng)洞為低速直流式風(fēng)洞，除完成本科教學(xué)任務(wù)外，還需承擔(dān)一部分的科研任務(wù)。在課程設(shè)計(jì)時(shí)，將科研任務(wù)與教學(xué)任務(wù)相結(jié)合，使本科學(xué)生在進(jìn)行科研試驗(yàn)時(shí)完成參觀任務(wù)，近距離了解風(fēng)洞的工作原理、工作過程，并學(xué)習(xí)一些簡(jiǎn)單的操作方法和規(guī)范。該方法有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

靈活的考核方式

在實(shí)驗(yàn)課程考核中，原有的提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核方式單一枯燥，不利于學(xué)生真正掌握所學(xué)知識(shí)?？紤]到這一點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)課程的考核環(huán)節(jié)中，加入了自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。并將平時(shí)成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的綜合作為課程的期末總成績(jī)。這樣的考核方式，全面調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，取得事半功倍的效果。

總結(jié)

實(shí)驗(yàn)課程是新能源科學(xué)與工程專業(yè)理論課程的有效實(shí)踐和延伸。隨著新能源科學(xué)與工程專業(yè)以及風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展，其課程內(nèi)容和教學(xué)方法等也需不斷改進(jìn)和完善，以適應(yīng)專業(yè)發(fā)展需求。河海大學(xué)針對(duì)課程本身的特點(diǎn)，從課程設(shè)置、教學(xué)理念、教學(xué)方法和考核方式等方面采取了一系列的改革措施，為新能源行業(yè)培養(yǎng)具有自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的專業(yè)性人才奠定基礎(chǔ)。希望河海大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程改革措施可以為兄弟院校同類課程提供參考，為同行交流提供依據(jù)。

*國(guó)家自然科學(xué)基金（51507053）

（作者單位：河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院）