新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)課程教學(xué)改革研究

施永紅 云峰

摘? 要 針對(duì)新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)課程教學(xué)存在的問題，以增強(qiáng)教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目的，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進(jìn)行深入研究，提出課程改革的新方案并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù);教學(xué)方法;教學(xué)改革;實(shí)踐教學(xué)

Abstract In view of the existing problems in the teaching of New Energy Conversion and Control Technology， teaching content， teaching methods and assessment methods are researched deeply in order to enhance the teaching effect and cultivate students practical ability and innovative ability， at the same time， a new curriculum reform program is presented and is applied in teaching practice.

Key words new energy conversion and control technology; teaching method; teaching reform; practical teaching

1 引言

隨著傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備和生產(chǎn)利用環(huán)節(jié)出現(xiàn)的一系列問題，以清潔高效可持續(xù)為目標(biāo)的新能源應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，社會(huì)對(duì)相關(guān)人才的需求也在不斷增加。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能動(dòng)學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)為高年級(jí)學(xué)生開設(shè)了“新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)”課，旨在使學(xué)生掌握新能源應(yīng)用技術(shù)，為畢業(yè)后從事新能源領(lǐng)域的工作奠定基礎(chǔ)。

“新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)”課程涉及電氣、動(dòng)力、控制、電子等多個(gè)學(xué)科[1]，內(nèi)容多、難度大，對(duì)教學(xué)的廣度和深度提出很高的要求。經(jīng)過兩屆的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，高年級(jí)學(xué)生面臨考研、就業(yè)等壓力，投入課程學(xué)習(xí)的時(shí)間少，興趣不高。為了保證教學(xué)效果，需要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的教學(xué)方法和考核方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。本文進(jìn)行了相關(guān)方面的分析研究和教學(xué)改革實(shí)踐。

2 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

針對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)新能源的資源特點(diǎn)以及發(fā)展?fàn)顩r，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)介紹技術(shù)較為成熟的風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電。增加實(shí)踐教學(xué)課時(shí)數(shù)，使理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)所占比例為1：1，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。調(diào)整后的課堂教學(xué)主要包括：

1）新能源發(fā)電技術(shù)綜述，了解新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷程、最新研究進(jìn)展、行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài);

2）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型、主要技術(shù)參數(shù)，掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件如風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求，掌握控制策略、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制過程;

3）太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，了解太陽電池的發(fā)展和分類，掌握光伏發(fā)電原理及光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與分類，在控制技術(shù)中重點(diǎn)講解光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)。

實(shí)踐教學(xué)主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3 教學(xué)方法的改革和實(shí)踐

采用啟發(fā)式教學(xué)? 拋開教師在課堂上不停講解、學(xué)生被動(dòng)接受的傳統(tǒng)教學(xué)模式，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，通過巧妙設(shè)置一些帶有啟發(fā)性的問題或采用思維導(dǎo)圖等方式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、積極參與，自主地尋找問題的答案，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握[2]。

如對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)這部分內(nèi)容，需要首先讓學(xué)生了解研究的思路，否則在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中會(huì)因?yàn)槿狈η逦乃季S指引而無法理解和掌握。因此，繪制思維導(dǎo)圖，見圖1。通過這張圖，學(xué)生可以清晰地看到：對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)施各種控制，首先要對(duì)不同風(fēng)電機(jī)組（即被控對(duì)象）的特性進(jìn)行分析，這是研究問題的基礎(chǔ)，只有掌握了被控對(duì)象的特性，才能施加有效的控制;之后，要明確控制的目標(biāo)是什么，針對(duì)不同的目標(biāo)需要采用不同的控制策略，然后才能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制系統(tǒng)，通過具體的控制過程完成相應(yīng)的控制目標(biāo)。

雖然只是一個(gè)簡(jiǎn)單的思維導(dǎo)圖，但對(duì)于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)各種控制技術(shù)起到很好的啟發(fā)、指導(dǎo)作用。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生按照思維導(dǎo)圖的指引，結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，分組討論不同風(fēng)電機(jī)組的特性，并預(yù)習(xí)相應(yīng)的控制技術(shù)。由于思路清晰、目標(biāo)明確，因此，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性很高，通過課堂反饋充分顯示了思維導(dǎo)圖的重要作用。

采用實(shí)踐式教學(xué)? 學(xué)生的認(rèn)知包含兩個(gè)過程，即由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)，再由理性認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的過程。這兩個(gè)過程都以理論聯(lián)系實(shí)際為條件。在“新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)”教學(xué)中，通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有效結(jié)合。

一種方式是帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室、風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站，直接觀察、接觸相關(guān)的設(shè)備及現(xiàn)象，從而獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)[3]。比如在講解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室，講解風(fēng)力機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙等部件的構(gòu)成。學(xué)生不僅可以直觀地看到風(fēng)電機(jī)組的整體構(gòu)成，而且能夠利用模型對(duì)各個(gè)組成部件進(jìn)行直接觀察和觸摸，在這個(gè)過程中會(huì)主動(dòng)思考、積極提問、互動(dòng)討論，學(xué)習(xí)的興趣很濃，效果也非常明顯。

另一種方式是在教學(xué)過程中，以課程設(shè)計(jì)的方式讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐。比如在介紹光伏發(fā)電技術(shù)之后，將學(xué)生分成若干組，每組3～5人，完成10 kW離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

首先給出相關(guān)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)，提供整體設(shè)計(jì)思路，見圖2;之后安排學(xué)生利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等方式查閱相關(guān)資料，有目的、有選擇地學(xué)習(xí)并掌握各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的計(jì)算方法（組長(zhǎng)安排每位成員分工協(xié)作完成一到兩個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié);最后，每組制作PPT并在課上介紹設(shè)計(jì)成果，全班學(xué)生進(jìn)行討論，評(píng)價(jià)各組設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，評(píng)選優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品。

在課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到僅通過課堂有限時(shí)間學(xué)到的理論知識(shí)不足以完成設(shè)計(jì)的全部環(huán)節(jié)，必須通過其他途徑獲取、綜合、分析所需知識(shí)，并與他人有效配合，才能完成相應(yīng)的任務(wù)。通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)工程問題時(shí)，如何分析問題，如何有效地獲取知識(shí)和技能，如何有創(chuàng)造性地解決問題的能力，為畢業(yè)后的工作奠定基礎(chǔ)。

采用案例式教學(xué)? 新能源技術(shù)發(fā)展迅速，不斷有新的研究成果出現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容需要及時(shí)更新和充實(shí)，以符合時(shí)代發(fā)展潮流。為了使學(xué)生能夠獲取新能源發(fā)電技術(shù)方面的最新知識(shí)，拓展學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，可以選取和課程內(nèi)容貼近又具有時(shí)效性的案例作為補(bǔ)充[4]。案例教學(xué)沒有現(xiàn)成的答案，需要學(xué)生去獨(dú)立思考，去開拓創(chuàng)新，提出自己的見解。

如在學(xué)習(xí)了風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)之后，提出這樣的案例：對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)遠(yuǎn)離大電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)牧區(qū)，能否利用本地區(qū)充裕的風(fēng)能、太陽能資源建立一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的發(fā)電方式？在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于這一案例給出的限制條件很少，學(xué)生可以充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，在小組討論中經(jīng)常會(huì)有新的想法出現(xiàn)，有些學(xué)生通過獨(dú)立思考能夠提出極有深度的解決方案（如風(fēng)光互補(bǔ)的方案就是學(xué)生自己提出的）。這種案例教學(xué)方式的運(yùn)用可以使學(xué)生深入體會(huì)太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。

采用案例教學(xué)法需要注意兩個(gè)問題。

一是選擇合適的時(shí)間。文中的這一案例是在教師講解完風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的基本理論，學(xué)生經(jīng)過一定時(shí)間的消化和吸收之后開展的，因此，有效的討論以及合理方案的提出都是建立在對(duì)基本理論充分、扎實(shí)掌握的基礎(chǔ)之上的。

二是在進(jìn)行案例教學(xué)時(shí)需要進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，比如如何營(yíng)造寬松而又井然有序的討論環(huán)境，如何進(jìn)行討論之后的總結(jié)歸納，只有這樣，才能真正收到應(yīng)有的教學(xué)效果。

4 考核方式探討

考核是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，恰當(dāng)?shù)目己朔绞郊饶軌虼龠M(jìn)學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)知識(shí)，檢查其對(duì)知識(shí)理解、掌握的程度，也是檢驗(yàn)教學(xué)效果、改進(jìn)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑?！靶履茉崔D(zhuǎn)換與控制技術(shù)”由于內(nèi)容多，在講課過程中不斷進(jìn)行知識(shí)的更新和補(bǔ)充，僅僅采用傳統(tǒng)的試卷考核方式，雖有其合理的一面，但不能有效考查學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力。作為高年級(jí)開設(shè)的專業(yè)選修課，可以采用靈活多樣的考核形式，既注重考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握程度，又注重考查學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

為此，采用平時(shí)考核和期末考核相結(jié)合的方式，平時(shí)考核包括出勤情況、課上提問、課堂討論發(fā)言、課程設(shè)計(jì)成績(jī)等部分組成，期末考核提供試卷考核和提交論文兩種方式。試卷考核主要考查基本理論;論文考核要求學(xué)生以自己感興趣的新能源發(fā)電技術(shù)的某一個(gè)方面為主題撰寫研究論文，通過查閱資料、綜合分析等多種途徑提出自己的觀點(diǎn)，通過這種方式培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力、科研能力和創(chuàng)新能力[5]。靈活的考核方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)教學(xué)過程的動(dòng)態(tài)管理，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。

5 結(jié)語

通過調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法及考核方式，“新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)”課程改革在實(shí)踐教學(xué)過程中收到良好效果，主要體現(xiàn)在：

1）新的教學(xué)內(nèi)容突出了重點(diǎn)，更符合該課程的特點(diǎn)和要求;

2）多種教學(xué)方法的有效結(jié)合充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)變成為主動(dòng)參與、討論、獲取知識(shí)，不僅對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了更加深入的認(rèn)識(shí)，并且鍛煉了分析問題、解決問題的工程實(shí)踐能力。

3）靈活多樣的考核方式改變了學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)、期末死記硬背的狀況，使學(xué)生積極參與整個(gè)教學(xué)過程，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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