新工科背景下基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的新能源課程群教學(xué)模式探索

陳榮 趙仁德 郭靜 胡慧慧

[摘要]針對(duì)目前高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)新能源類(lèi)課程存在教學(xué)內(nèi)容多、各課程內(nèi)容又密切相關(guān)的特點(diǎn)，考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較差的現(xiàn)狀，課題組提出了基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的新能源課程群教學(xué)模式。課題組分析了新能源課程群各課程的特點(diǎn)，將各課程教學(xué)內(nèi)容模塊化，結(jié)合專(zhuān)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)設(shè)置教學(xué)項(xiàng)目，明確目標(biāo)和分階段任務(wù)，“以項(xiàng)目為主線(xiàn)、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的被動(dòng)教學(xué)模式，完善了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐表明，基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的新能源課程群教學(xué)模式可有效改善教學(xué)質(zhì)量和提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)而提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]新工科;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);新能源;課程群;教學(xué)模式

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642.0

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]2095-3437（2020）03-0049-03

隨著我國(guó)“一帶一路”“中國(guó)制造2025”“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”等重大戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新興經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高要求和挑戰(zhàn)，加快工程教育改革創(chuàng)新已成為“政產(chǎn)學(xué)研”各界的共識(shí)。在新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)與新技術(shù)背景下，相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。與此相矛盾，現(xiàn)有工科專(zhuān)業(yè)的課程體系設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)等方面，普遍存在以下問(wèn)題：（1）重理論，輕實(shí)踐，理論聯(lián)系實(shí)際不足，應(yīng)用意義不甚明確;（2）重知識(shí)，輕技能;（3）教材、教學(xué)大綱的建設(shè)滯后，不能滿(mǎn)足培養(yǎng)的需求;（4）教學(xué)內(nèi)容單一，不能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等;（5）獨(dú)立性、創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少;（6）學(xué)生面向工程應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)能力不足。

為了解決上述問(wèn)題，文獻(xiàn)從課程群的角度進(jìn)行了研究。從課程群建設(shè)的總體思路、課程群定位、課程群體系與教學(xué)內(nèi)容整合及優(yōu)化、教學(xué)方法與教學(xué)手段改革、課程群實(shí)踐教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容整合、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革、實(shí)踐教學(xué)與科研及工程和社會(huì)應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合等角度進(jìn)行了闡述。文獻(xiàn)中的實(shí)施效果表明課程群重構(gòu)可有效解決上面所列的絕大多數(shù)問(wèn)題。

課程群在解決獨(dú)立性、創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少和學(xué)生面向工程應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)能力不足等問(wèn)題方面存在一定的不足。課程群側(cè)重于課程體系的構(gòu)建，避免不同課程間內(nèi)容重復(fù)，有助于完善已有教材和教學(xué)大綱，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍拘泥于已有的實(shí)驗(yàn)體系，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)偏少，不利于工科學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。與此相對(duì)，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式式教學(xué)法，直接面向項(xiàng)目需求，項(xiàng)目來(lái)源于實(shí)際生活或生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與科研及工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)密切相關(guān)。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是基于行動(dòng)導(dǎo)向的探究式教學(xué)的一種教學(xué)方法，是將真實(shí)的或模擬的工程項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為教學(xué)項(xiàng)目，結(jié)合課程內(nèi)容將項(xiàng)目分解為若干工作任務(wù)，創(chuàng)設(shè)工作情境，引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)活動(dòng)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線(xiàn)、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”被動(dòng)的教學(xué)模式，完善了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生的目標(biāo)更清晰明確，可避免傳統(tǒng)課堂教學(xué)的被動(dòng)性，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣和主動(dòng)性。

一、新能源課程群教學(xué)中存在的問(wèn)題

我校最新的電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，要求學(xué)生掌握電氣工程領(lǐng)域的系統(tǒng)知識(shí)，具備電氣工程領(lǐng)域相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和實(shí)踐能力，具有創(chuàng)新精神和國(guó)際化視野，畢業(yè)后能從事電氣工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、裝備制造、技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行與控制、技術(shù)管理和科學(xué)研究等方面的工作?；谝陨吓囵B(yǎng)目標(biāo)，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中，提出了電力拖動(dòng)、電力系統(tǒng)、新能源和綜合四個(gè)培養(yǎng)方向，并對(duì)各個(gè)培養(yǎng)方向的限選課程進(jìn)行了限定，在擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面的同時(shí)，又可以保證學(xué)習(xí)方向的“專(zhuān)”。

從電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)層面，新能源方向課程主要包含DSP數(shù)字控制技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)技術(shù)等四門(mén)課程，內(nèi)容各有側(cè)重，但該課程群體系在教學(xué)內(nèi)容、方法與手段以及實(shí)踐教學(xué)中亦存在部分課程內(nèi)容重復(fù)、重理論、輕實(shí)踐、理論與實(shí)際脫鉤、教學(xué)方法單一、缺少創(chuàng)新性實(shí)踐訓(xùn)練等諸多的不足。

從學(xué)生層面看，近幾年電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)生就業(yè)前景較好，學(xué)生就業(yè)壓力小，直接導(dǎo)致學(xué)生選課的目的性不強(qiáng)，不能完全把握自己的學(xué)習(xí)方向，往往“一窩蜂”式地選課，為了學(xué)分而選課，造成部分學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)過(guò)程不重視，只注重眼前，常出現(xiàn)為了應(yīng)付考試而占用其他課程課堂時(shí)間進(jìn)行復(fù)習(xí)的現(xiàn)象，拆東墻補(bǔ)西墻，惡性循環(huán)，進(jìn)一步降低了學(xué)習(xí)的效果。

為了解決上面提到的問(wèn)題，在引導(dǎo)學(xué)生提高專(zhuān)業(yè)技能的同時(shí)，需要從宏觀的角度，對(duì)新能源課程群教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?？紤]到DSP數(shù)字控制技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)等三門(mén)課程安排于同一學(xué)期，教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃及調(diào)整就以上述三門(mén)課程為主。

二、新能源課程群教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃及調(diào)整

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)作為新能源發(fā)電的兩個(gè)重要分支，涉及很多共性的知識(shí)，如風(fēng)能和太陽(yáng)能的最大利用率問(wèn)題和風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電的并網(wǎng)問(wèn)題，是新能源發(fā)電技術(shù)必須解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)從不同的角度，對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行講解，容易造成混亂，該問(wèn)題可通過(guò)專(zhuān)題教學(xué)、理論教學(xué)+仿真實(shí)驗(yàn)解決，講深講透，讓學(xué)生掌握精髓。

最大利用率問(wèn)題，可從兩種新能源發(fā)電技術(shù)的不同點(diǎn)著手，利用最大利用率專(zhuān)題進(jìn)行講解，結(jié)合知識(shí)模塊——最大功率跟蹤技術(shù)（MPPT），講深講透，再輔以仿真教學(xué)，讓學(xué)生完全徹底地理解掌握相關(guān)知識(shí)。

并網(wǎng)問(wèn)題，可從常用的并網(wǎng)電路著手，利用并網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題，重點(diǎn)闡述并網(wǎng)原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，再根據(jù)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的不同特點(diǎn)，分別提出各自適配的最優(yōu)并網(wǎng)方案，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)以致用。

最大利用率和并網(wǎng)技術(shù)，這兩個(gè)專(zhuān)題屬于課程群規(guī)劃的兩個(gè)公共教學(xué)模塊，力求講精講細(xì)，積極引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)從理論角度分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)教學(xué)模塊組成如表1所示。

教學(xué)模塊主要由風(fēng)力發(fā)電技術(shù)教學(xué)模塊、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)教學(xué)模塊和公共教學(xué)模塊等三部分組成。其中標(biāo)注*部分，理論講解時(shí)，配合動(dòng)畫(huà)演示，便于形成直觀的定性認(rèn)識(shí);標(biāo)注**部分，理論講述的同時(shí)，配合仿真實(shí)驗(yàn)演示，以加深學(xué)生對(duì)理論的掌握。

除上述教學(xué)模塊外，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容如表2所示。其中標(biāo)注*的實(shí)驗(yàn)，以前只能采用仿真實(shí)驗(yàn)替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解僅停留在理論階段。要真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的實(shí)物化，必須掌握一定的編程知識(shí)及硬件知識(shí)，DSP數(shù)字控制技術(shù)正好可以滿(mǎn)足上述要求。

DSP數(shù)字控制技術(shù)課程重實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力培養(yǎng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式以講為主，實(shí)踐內(nèi)容非常少，滿(mǎn)堂灌，又稱(chēng)為填鴨式課堂教學(xué)方法，在壓縮學(xué)時(shí)、重應(yīng)用能力培養(yǎng)的背景下，已不再適用。傳統(tǒng)課堂教學(xué)，講述DSP基本知識(shí)，從DSP的特點(diǎn)、基本內(nèi)容講起，一方面，文字知識(shí)多，易忘不易記，且易于弄混，不利于學(xué)生對(duì)其掌握，另一方面，通用知識(shí)多，對(duì)電氣工程專(zhuān)業(yè)所用知識(shí)的針對(duì)性訓(xùn)練偏少。與此相對(duì)，實(shí)踐中學(xué)習(xí)DSP，事半功倍，尤其是帶有特定目的的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，特別適合于DSP數(shù)字控制技術(shù)課程的教學(xué)，更有利于學(xué)生解決電氣工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)?；谏鲜鲈?，將新能源課程群相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)籌安排，變成一個(gè)有應(yīng)用目的的訓(xùn)練過(guò)程，必將大大改善教學(xué)效果，對(duì)提高學(xué)生的綜合能力有很大的幫助。在教學(xué)過(guò)程中，可將DSP數(shù)字控制技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與表2所示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容統(tǒng)籌規(guī)劃，將DSP的基本功能實(shí)驗(yàn)組合到表2所示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，鼓勵(lì)學(xué)生探索，獨(dú)立、創(chuàng)新完成表2標(biāo)注*部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而增加了獨(dú)立、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;標(biāo)注*的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用密切相關(guān)，可有效提高學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力。以單相光伏并網(wǎng)發(fā)電及最大功率跟蹤實(shí)驗(yàn)為例，涉及三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是升壓、逆變和輸出濾波，其中升壓，以BOOST電路控制為主，通過(guò)A/D檢測(cè)光伏電池輸出側(cè)電壓、電流，PWM功能控制開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤;單相逆變利用A/D檢測(cè)電網(wǎng)電壓，由PWM功能控制逆變器輸出電壓，保證并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同相位，實(shí)現(xiàn)可靠并網(wǎng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將光伏并網(wǎng)與DSP功能模塊有機(jī)組合，通過(guò)并網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)，即項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)，從實(shí)驗(yàn)中學(xué)，真正提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

三、教學(xué)過(guò)程的實(shí)施及考核

教學(xué)過(guò)程中，將DSP數(shù)字控制技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)等三門(mén)課程的內(nèi)容統(tǒng)籌安排，根據(jù)內(nèi)容分配給相應(yīng)的課程組任課教師，每名教師負(fù)責(zé)的教學(xué)任務(wù)不同，而采用集體備課形式又可有效保障教學(xué)效果。首先，按照新能源課程群教學(xué)內(nèi)容，對(duì)各門(mén)課程的內(nèi)容進(jìn)行分解，分解為不同的教學(xué)模塊;其次，根據(jù)各模塊教學(xué)內(nèi)容，確定教學(xué)順序，避免教學(xué)內(nèi)容的重復(fù);再次，從項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的角度，對(duì)教學(xué)模塊再次進(jìn)行調(diào)整，確保項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的效果;最后，將確定的教學(xué)內(nèi)容分配給不同的教師，術(shù)業(yè)有專(zhuān)攻，從專(zhuān)業(yè)的角度，做深做強(qiáng)，力爭(zhēng)最大限度提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

教師根據(jù)各門(mén)課程的教學(xué)要求，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并指導(dǎo)學(xué)生完成。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)新能源課程群相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并將設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化，明確各階段任務(wù)并下達(dá)給學(xué)生。學(xué)生自由組合團(tuán)隊(duì)，課下團(tuán)隊(duì)共同討論項(xiàng)目?jī)?nèi)容及實(shí)現(xiàn)方案，利用新能源實(shí)驗(yàn)室已有條件，分階段保質(zhì)保量完成項(xiàng)目任務(wù)，最后通過(guò)課堂演示展示團(tuán)隊(duì)成果和小組答辯評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。教學(xué)過(guò)程中，以團(tuán)隊(duì)考核為主，兼顧個(gè)人團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)及個(gè)人能力，鼓勵(lì)學(xué)生完成項(xiàng)目基礎(chǔ)功能設(shè)計(jì)的同時(shí)，積極完善項(xiàng)目功能，變?cè)械暮?jiǎn)單考試考核方式和被動(dòng)式課堂教學(xué)為學(xué)生基于項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的自主式學(xué)習(xí)，進(jìn)而有效提高課程的教學(xué)效果，提升學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)感，促進(jìn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的提高。

四、結(jié)論

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的新能源課程群教學(xué)改革，可有效解決電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系和學(xué)生層面的問(wèn)題：（1）通過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，內(nèi)容系列化，避免不同課程問(wèn)內(nèi)容的重復(fù)，增加教學(xué)信息容量，即“課程群組化”;（2）將現(xiàn)有課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)調(diào)整，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與，鼓勵(lì)學(xué)生參與到教學(xué)中來(lái)，借助項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)以致用，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的互相促進(jìn)，即“教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化”;（3）理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，提升學(xué)生應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的能力。由于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)各培養(yǎng)方向課程群內(nèi)容的相關(guān)性，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法可快速推廣至其他培養(yǎng)方向。

[責(zé)任編輯：鐘嵐]