研討與項(xiàng)目教學(xué)在“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程教學(xué)中的探索

陳健 陳麗兵

【摘 要】針對“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)特點(diǎn)及新能源科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出了研討與項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)方法。研討和項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)模式突出了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的地位，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生組織、協(xié)作、創(chuàng)新、綜合運(yùn)用應(yīng)用、研究等能力，為新能源科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)專業(yè)化人才。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用；研討式教學(xué)；項(xiàng)目式教學(xué)；探索

中圖分類號： TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0121-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.052

【Abstract】In view of the teaching characteristics of Wind Power Principle and Application course and the training target of New Energy Science and Engineering major， a teaching method combining seminar and project teaching method is proposed. This teaching mode highlights the students' autonomous learning， deepens the understanding and mastery of the professional knowledge， cultivates students' organization， coordination， innovation， comprehensive application and research ability， and cultivates professional talents for the New Energy Science and Engineering major.

【Key words】Wind power generation principle and application； Seminar teaching mode； Project teaching mode； Exploration

0 引言

近年來，日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題使得新能源的開發(fā)與利用越來越成為當(dāng)今世界所關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。風(fēng)能作為一種技術(shù)成熟的、世界上發(fā)展最快的新能源，利用其發(fā)電的方式得到了快速發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。在風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的同時，專業(yè)風(fēng)電人才短缺成為了風(fēng)電行業(yè)亟需解決的問題。在這樣的大背景下，國內(nèi)外一些高校開始設(shè)置新能源專業(yè)進(jìn)行高等人才的培養(yǎng)[2-3]?；邴}城所擁有的風(fēng)力產(chǎn)業(yè)特色，于2011年鹽城工學(xué)院的新能源科學(xué)與工程專業(yè)開始招生，針對風(fēng)電人才設(shè)置了“風(fēng)力發(fā)電原理和與應(yīng)用”、“風(fēng)力機(jī)組的檢測與控制”、“風(fēng)能和太陽能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”等課程。其中，“風(fēng)力發(fā)電原理和與應(yīng)用”課程是新能源科學(xué)與工程專業(yè)中一門重要的專業(yè)必修課程?！帮L(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程涉及的內(nèi)容廣泛，主要包括風(fēng)資源測量、控制理論、電機(jī)學(xué)、空氣動力學(xué)、電工學(xué)、檢測技術(shù)等基礎(chǔ)知識。在目前工程類本科專業(yè)課教學(xué)中，學(xué)生所獲得的知識大部分來自專業(yè)課程教學(xué)。專業(yè)課程教學(xué)很多還是以“教”為主，學(xué)生缺少自主學(xué)習(xí)和動手操作的主動性[4-6]。在學(xué)習(xí)“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程中，如何讓學(xué)生能更好理解、掌握和應(yīng)用所學(xué)知識，并能根據(jù)所學(xué)的知識完成一些簡單的項(xiàng)目來提高自身實(shí)踐能力成為教學(xué)過程中一個需要解決的難點(diǎn)。針對于此，本課程教學(xué)過程中研討和項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)法將運(yùn)用其中，研討式教學(xué)主要是以解決問題為核心的教學(xué)方式。通過教師提出問題，學(xué)生以小組模式共同查找資料、討論、研究、解決問題，然后提出主要觀點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作、組織、創(chuàng)新、探索的能力[7-8]。項(xiàng)目式教學(xué)是以項(xiàng)目為中心的教學(xué)方式，通過教師提出項(xiàng)目，教師引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生以小組的模式共同參與項(xiàng)目的研究，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識、解決實(shí)際問題、協(xié)作、創(chuàng)新等能力[9]。

1 風(fēng)力發(fā)電原理課程特點(diǎn)

研討式教學(xué)主要采用教師講解和學(xué)生討論相結(jié)合的教學(xué)模式[5]。“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程的研討式教學(xué)需要結(jié)合這門課程的特點(diǎn)，對課程內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計，才能取得較好教學(xué)效果?！帮L(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”的特點(diǎn)如下：“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程是新能源科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)必修課。鹽城工學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)開課時間安排在本科生第5學(xué)期?！帮L(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”是“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)B”、“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”、“風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)”、“電機(jī)學(xué)”、“電力電子技術(shù)”等課程的后續(xù)課程，是“風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測與控制”、“風(fēng)能和太陽能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”課程的先修課程。通過本課程的教學(xué)，學(xué)生們了解課程中所講解的風(fēng)的特性及我國的風(fēng)能資源分布特等點(diǎn)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、工作原理、安全運(yùn)行與維護(hù)、風(fēng)電場的確定、風(fēng)能存儲、風(fēng)能的其他用途、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，為學(xué)生今后從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計、運(yùn)行與維護(hù)等工作打下基礎(chǔ)。

風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用課程在風(fēng)力發(fā)電場應(yīng)用廣泛、涉及面廣：主要涉及到自動控制、風(fēng)資源測量、電機(jī)學(xué)、電工學(xué)、故障診斷等基礎(chǔ)知識。風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用是新能源科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課。該課程內(nèi)容廣泛、綜合性強(qiáng)，對本科生的研討能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。

2 風(fēng)力發(fā)電原理課程研討式教學(xué)

“力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程有56個課時，分28次授課，每次兩個課時，時間為90分鐘。每次課的時間安排如下：每次課的第1節(jié)課和第2節(jié)課前30分鐘作為教師講解基礎(chǔ)知識，目的是使學(xué)生掌握基本的知識單元和知識結(jié)構(gòu)，第2節(jié)后10分鐘安排學(xué)生根據(jù)教師所提出的問題進(jìn)行分組分析與討論，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、表達(dá)能力，最后5分鐘教師進(jìn)行總結(jié)與歸納，目的是理清本次課的脈絡(luò)。

“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程內(nèi)容包括緒論、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)類型、風(fēng)力發(fā)電的基本原理、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全與維護(hù)、風(fēng)電場的確定、風(fēng)能儲能等[10]。本文以風(fēng)力機(jī)的特性為例，實(shí)施研討式教學(xué)，教學(xué)過程分四個步驟：

2.1 專業(yè)知識的講解

風(fēng)力機(jī)特性對于學(xué)生來講是新的內(nèi)容，同時會出現(xiàn)很多新的名詞和概念。教師在課堂上講解的內(nèi)容如下：風(fēng)輪空氣動力特性和風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性兩個部分。風(fēng)輪空氣動力特性部分包括葉尖速比、槳距角、風(fēng)能利用系數(shù)、最佳葉尖速比等相關(guān)概念及計算。風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性部分包括定槳距風(fēng)力機(jī)和變槳距風(fēng)力機(jī)，以及葉輪實(shí)度對風(fēng)力機(jī)特性的影響。最后給出風(fēng)力機(jī)特性中風(fēng)能利用系數(shù)與槳距角和葉尖速比的關(guān)系，定槳距風(fēng)力機(jī)和變槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)及如何分類，以及葉片數(shù)與葉輪實(shí)度的關(guān)系及對風(fēng)能利用系數(shù)的影響等。

2.2 提出問題

在每一次課的結(jié)尾教師點(diǎn)評時會給班上同學(xué)布置課外作業(yè)，這些課外作業(yè)也是下一次課學(xué)生討論的問題，督促學(xué)生在上課之前要預(yù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容并上網(wǎng)查找相關(guān)的資料。這樣做的目的是學(xué)生不僅只聽老師在課堂里講，而且還學(xué)會主動參與到課堂里來，發(fā)揮自己見解，做到有的放矢。本次課提出的問題是當(dāng)槳距角一定時如何獲取最大風(fēng)能利用系數(shù)、定槳距風(fēng)力機(jī)組和變槳距風(fēng)力機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)，在不同的額定容量要求下選擇如何選擇哪一類風(fēng)力機(jī)組。

2.3 學(xué)生討論分析問題、制作PPT

每一次授課都將學(xué)生進(jìn)行分組，每10人一組，共6組，兼具講解、PPT制作、答辯的基本功能。每次分組選一位組長和一位副組長，并且是輪流制。組長主要組織組員討論和分析問題，結(jié)合組員的回答情況進(jìn)行總結(jié)提出本組的主要觀點(diǎn)，并提供相應(yīng)的支撐材料。副組長負(fù)責(zé)記錄每位組員參與和回答情況。最后，在所有組員共同努力下制作完成相應(yīng)的PPT，并在上課前由組長通過郵箱發(fā)送給授課教師。教師將隨機(jī)抽出兩組進(jìn)行課堂答辯，上課時隨機(jī)抽出1位組員進(jìn)行陳述本組的主要觀點(diǎn)，同時2到3位組員負(fù)責(zé)對其他問題的闡述，可以提高每位組員參與度，以免有學(xué)生在其中“打醬油”。每組答辯時間控制在5分鐘以內(nèi)，陳述3分鐘，答疑2分鐘。最后，通過PPT展示、答辯和每位同學(xué)的參與情況，對每位小組成員進(jìn)行打分，成績將記入平時成績中。

2.4 學(xué)生答辯、教師點(diǎn)評

在學(xué)生討論完“當(dāng)槳距角一定時如何獲取最大風(fēng)能利用系數(shù)、定槳距風(fēng)力機(jī)組和變槳距風(fēng)力機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)，在不同的額定容量要求下選擇如何選擇哪一類風(fēng)力機(jī)組”后，最后一個重要環(huán)節(jié)是教師對答辯情況的總結(jié)與點(diǎn)評，以及本次課的重要知識點(diǎn)的總結(jié)，并提出下次課所要討論的問題。一是通過學(xué)生答辯的情況，可以了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，指出不足的地方，讓學(xué)生對問題加深理解；二是通過對本次課的重要知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和總結(jié)，學(xué)生對本次課的重點(diǎn)和難點(diǎn)有清楚的了解；三是通過給出下次課討論問題，并要求完成相應(yīng)PPT，可以促使學(xué)生主動完成課前預(yù)習(xí)；四是授課教師根據(jù)每位副組長的記錄表可以了解每位學(xué)生的參與和課前預(yù)習(xí)情況。

3 風(fēng)力發(fā)電原理課程項(xiàng)目式教學(xué)

“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程要求學(xué)生不僅能理解課程中的知識，還要具有綜合運(yùn)用知識、實(shí)踐、研究等能力。這些能力的培養(yǎng)僅僅通過研討式教學(xué)還未能達(dá)到，還需要結(jié)合項(xiàng)目式教學(xué)進(jìn)一步加強(qiáng)。通過把一門課程做成一個總項(xiàng)目，然后每個重要章節(jié)做成該項(xiàng)目下的子項(xiàng)目，學(xué)生在不同階段完成不同的子項(xiàng)目，最后課程結(jié)束后將所有子項(xiàng)目結(jié)合起來就可以成為一個整體性項(xiàng)目。以“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程為例，該課程的項(xiàng)目名稱可開設(shè)為“永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率追蹤控制研究”，該項(xiàng)目主要是通過MATLAB/Simulink建模來完成。該項(xiàng)目需要學(xué)生了解和掌握風(fēng)能轉(zhuǎn)換原理、風(fēng)能利用系數(shù)、水平軸風(fēng)力機(jī)、永磁同步電機(jī)、控制理論、儲能、變槳系統(tǒng)等知識，相關(guān)知識點(diǎn)在課程中的不同章節(jié)均有介紹。項(xiàng)目式教學(xué)的分組模式與研討式教學(xué)一致，但課程時間安排上有所區(qū)別。項(xiàng)目式教學(xué)的答辯主要安排在重要章節(jié)結(jié)束后的討論課上，每組7分鐘陳述，5分鐘答疑，2分鐘教師點(diǎn)評。下面同樣以風(fēng)力機(jī)的特性為例，介紹項(xiàng)目的實(shí)施過程。

3.1 項(xiàng)目的基本信息

3.1.1 項(xiàng)目任務(wù)

依據(jù)風(fēng)輪空氣動力特性的數(shù)學(xué)模型，通過MATLAB/Simulink建立風(fēng)能利用系數(shù)的仿真模型，測試槳距角為0時，不同風(fēng)速下風(fēng)能利用系數(shù)的變化情況，并畫出相應(yīng)的曲線；測試風(fēng)速為12m/s時，不同槳距角下風(fēng)能利用系數(shù)的變化情況，并畫出相應(yīng)的曲線；總結(jié)一下槳距角和風(fēng)速對風(fēng)能利用系數(shù)的影響，以及在不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)如何捕獲最大風(fēng)能。

3.2.2 教學(xué)目的

通過建模，增強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)軟件的能力；通過不同的測試所得出的結(jié)果，加深學(xué)生對風(fēng)力機(jī)特性的理解，了解哪些量影響風(fēng)力機(jī)特性。

3.3.3 項(xiàng)目所需要的支撐

風(fēng)力機(jī)的特性理論知識的支撐，MATLAB/Simulink軟件的運(yùn)用以及組員之間的相互協(xié)作。

3.2 實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)過程中的主要內(nèi)容

第一步，在學(xué)期開始前將每個項(xiàng)目的要求和分組情況告知給各班班長，由他們傳達(dá)給學(xué)生；第二步，學(xué)生以小組模式完成每個子項(xiàng)目要求；第三步，課堂答辯，在每個小組中隨機(jī)抽3-4位組員分別進(jìn)行陳述和答疑；第四步，對項(xiàng)目完成的合理性和正確性進(jìn)行點(diǎn)評；第五步，各小組組員之間進(jìn)行互評，最后由教師根據(jù)互評表、答辯情況以及項(xiàng)目完成的情況進(jìn)行給分，并記入到平時成績中。

4 研討和項(xiàng)目式教學(xué)的總結(jié)

在“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程中引入研討式教學(xué)，讓學(xué)生更好地了解和掌握基本知識、基本概念、基本理論，同時培養(yǎng)學(xué)生組織、協(xié)作、表達(dá)、創(chuàng)新和制作PPT等能力。通過項(xiàng)目式教學(xué)，學(xué)生加強(qiáng)運(yùn)用綜合知識、使用專業(yè)軟件、探索研究等能力。從實(shí)施研討和項(xiàng)目相結(jié)合教學(xué)方式的效果看，新能源科學(xué)與工程專業(yè)“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程取得了良好的效果。在實(shí)施“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程研討式教學(xué)過程中，有些問題值得進(jìn)一步討論：如何提高學(xué)生小組討論的參與度；如何在小組討論、PPT制作、專業(yè)軟件使用上更好地發(fā)揮每位學(xué)生特長；如何更好地將研討式和項(xiàng)目式教學(xué)融合在一起等等。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳登宇.新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究[J]. 科教文匯（下旬刊），2015（1）：61-62.

[2]楊世關(guān)，李繼紅，董長青.國內(nèi)外新能源專業(yè)人才培養(yǎng)方案對比與分析[J].中國電力教育，2013（6）：58-61.

[3]唐明珠.研討式教學(xué)在風(fēng)力發(fā)電原理課程中的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017（11）：175-176.

[4]劉姝.“風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革與探索[J]. 現(xiàn)代企業(yè)教育，2014（10）：522-522.

[5]韓時琳，趙利平，曹周紅.研討式教學(xué)模式在工程類專業(yè)課中的應(yīng)用探索[J].高教論壇，2015（5）：51-54.

[6]曾明星，蔡國民，覃遵躍，等.基于翻轉(zhuǎn)課堂的研討式教學(xué)模式及實(shí)施路徑[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2015（1）：76-81.

[7]李微，陳薦，張志剛，等.研討式教學(xué)方法在能源類專業(yè)動力機(jī)械強(qiáng)度學(xué)課程上的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2017（5）：152-153.

[8]張文娟.研討與實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在風(fēng)力發(fā)電課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2017（11）：165-165.

[9]杜志強(qiáng)，邱美艷，岳大為.淺談項(xiàng)目教學(xué)法在風(fēng)電教學(xué)中的應(yīng)用[J].風(fēng)能，2013（8）：42-44.

[10]徐大平，柳亦兵，呂躍剛.風(fēng)力發(fā)電原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.