項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法在《新能源發(fā)電技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用

郝廣濤，鄭志霞

（莆田學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，福建 莆田 351100）

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)是在教學(xué)過程中以教學(xué)內(nèi)容為核心，并與實(shí)際應(yīng)用中的典型項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)，將教學(xué)內(nèi)容分割為若干個(gè)前后關(guān)聯(lián)、邏輯緊密的知識(shí)點(diǎn)。

在課程教學(xué)過程中，通過講解實(shí)際項(xiàng)目，依次介紹其中的知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到理論教學(xué)的目的。同時(shí)，引入當(dāng)前理論研究的新成果，剖析實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，需要如何改進(jìn)、變化傳統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)形式，才能解決實(shí)際中存在的問題。

通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的講解、練習(xí)，針對(duì)當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中存在的若干問題，將其作為一個(gè)考核項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生分步驟、分階段、分組合作完成。

目前，我國(guó)正處于能源深度改革的攻堅(jiān)期，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐能發(fā)電、海洋能多種發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等理論研究正日益受到電力科學(xué)工作者的重視，部分技術(shù)也已在國(guó)家電網(wǎng)公司、發(fā)電公司等得到應(yīng)用，開始并網(wǎng)發(fā)電。

為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)外新能源理論及應(yīng)用發(fā)展步伐，《新能源發(fā)電技術(shù)》課程在2010年前后逐步在我國(guó)普通高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)。該課程內(nèi)容涉及太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海洋能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、互補(bǔ)發(fā)電等內(nèi)容。由于該課程內(nèi)容來自于實(shí)際應(yīng)用，理論與實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)密切，因此，采用實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目來驅(qū)動(dòng)教學(xué)能夠獲得良好的效果。

1 建立《新能源發(fā)電技術(shù)》項(xiàng)目庫

為了與教材內(nèi)容匹配，需要調(diào)研新能源發(fā)電正在實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目。新能源發(fā)電技術(shù)課程包含太陽能發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、水力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海洋能多種發(fā)電技術(shù)、地?zé)崮馨l(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、燃料電池發(fā)電、綜合能源互補(bǔ)發(fā)電等內(nèi)容。針對(duì)每種新能源發(fā)電技術(shù)，按照難度、適用場(chǎng)合、典型性等原則建立多個(gè)項(xiàng)目，并編寫適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)課件。下面列舉幾個(gè)案例。

案例一：針對(duì)太陽能發(fā)電技術(shù)，調(diào)研山東青島特銳德電氣股份有限公司，根據(jù)公司提供的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理方案、應(yīng)用場(chǎng)景等材料建立35kV光伏發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目。通過調(diào)研北京海瑞克科技發(fā)展有限公司10kV光伏電站系統(tǒng)，建立應(yīng)用于小區(qū)、家庭發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目，該項(xiàng)目對(duì)于開拓大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維及理論和小型應(yīng)用項(xiàng)目具有重要幫助，所以對(duì)該項(xiàng)目的光伏組件特性、接線方式、電流電壓關(guān)系、光電轉(zhuǎn)換效率、交直流變換元器件、儲(chǔ)能電池等部分重點(diǎn)介紹。

案例二：針對(duì)綜合能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，調(diào)研國(guó)家電網(wǎng)許繼集團(tuán)有限公司在天津塘沽區(qū)建設(shè)的能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)例了解風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、儲(chǔ)能等能源集中合理配置與消納、能源低碳經(jīng)濟(jì)性等方面。該典型示范項(xiàng)目包含區(qū)域能量管理中心、縣區(qū)運(yùn)營(yíng)公司、多分布式發(fā)電系統(tǒng)三層能量管理系統(tǒng)，分別建立項(xiàng)目庫，針對(duì)課程體系的上下游（如電氣工程基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)分析、供配電技術(shù)等）予以介紹。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下教學(xué)模式

線上線下混合式教學(xué)是一種融合了傳統(tǒng)課堂教學(xué)（線下）和互聯(lián)網(wǎng)+（線上）的多維度新教學(xué)模式。

線上教學(xué)能夠充分地鍛煉學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，合理安排學(xué)習(xí)時(shí)間，可重復(fù)多次學(xué)習(xí)相關(guān)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，有助于課程復(fù)習(xí)和提升。當(dāng)然，在線學(xué)習(xí)過程中，不僅要包含教材內(nèi)容，而且要將教材內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展、引申，鍛煉學(xué)生查找擴(kuò)展資料、解決引申問題的能力，下面列舉一個(gè)案例。

案例一：在學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)過程中，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)是風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)，這是目前風(fēng)力發(fā)電的重要課題，對(duì)于理論研究和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。根據(jù)教材風(fēng)功率預(yù)測(cè)模型：

式中，Pm為風(fēng)輪輸出功率，Pw為風(fēng)的功率，Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，ρ為空氣密度，A=πR2為風(fēng)力機(jī)葉片掃掠面積，其中R為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的半徑，vw為風(fēng)速。

針對(duì)公式(1)中重要參數(shù)項(xiàng)，如Cp、A或者vw等，分組探討對(duì)于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的影響。針對(duì)影響重要程度進(jìn)行排序，采集實(shí)驗(yàn)室中風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

為了培養(yǎng)理論與實(shí)際應(yīng)用能力，進(jìn)一步布置課題：任選一種風(fēng)功率預(yù)測(cè)方法，以實(shí)驗(yàn)室風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中采集的數(shù)據(jù)予以對(duì)比驗(yàn)證。

上述課題完成的重要一環(huán)是通過線上查找資料、閱讀大量文獻(xiàn)、分析報(bào)告撰寫、計(jì)算機(jī)程序開發(fā)等。

當(dāng)然，線下環(huán)節(jié)與線上環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)深入配合，比如，線下課程講授、學(xué)生分組討論及翻轉(zhuǎn)、答疑解惑、應(yīng)用案例實(shí)際剖析、創(chuàng)新思考、實(shí)驗(yàn)仿真等。下面進(jìn)一步分析案例一的線下部分，稱為案例二。

案例二：線下教學(xué)是到福建省莆田市湄洲灣風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)，由工程師講授風(fēng)力發(fā)電的原理、結(jié)構(gòu)以及計(jì)算模型，并在風(fēng)力發(fā)電的調(diào)度端現(xiàn)場(chǎng)演示風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)速、風(fēng)力發(fā)電計(jì)算結(jié)果等，使學(xué)生能夠?qū)嶋H了解水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)外觀、結(jié)構(gòu)、并網(wǎng)發(fā)電原理等，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用與理論學(xué)習(xí)相互印證的效果。

除此之外，以莆田學(xué)院新能源發(fā)電實(shí)驗(yàn)室風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)為案例，根據(jù)該平臺(tái)中采集的2019年1年內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向、空氣密度等數(shù)據(jù)，設(shè)置小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率計(jì)算課題，要求學(xué)生選擇多種傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)方程(1)的計(jì)算，并能夠?qū)Ρ确治觥?/p>

3 多元化課程評(píng)價(jià)考核

因材施教是教學(xué)過程中重要的教學(xué)方法和原則，原意是指教師要從學(xué)生實(shí)際情況和個(gè)別差異出發(fā)，有的放矢地進(jìn)行有差別的教學(xué)，使每個(gè)學(xué)生都能揚(yáng)長(zhǎng)避短，獲得最佳發(fā)展效果。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，在教學(xué)過程中，以此思路為主導(dǎo)，實(shí)行教學(xué)評(píng)價(jià)。

針對(duì)地方普通應(yīng)用型本科高校工科學(xué)生男生多、女生少，男生動(dòng)手強(qiáng)、女生理論計(jì)算強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中貫穿不同特點(diǎn)學(xué)生的主動(dòng)性激勵(lì)策略，下面列舉幾個(gè)案例。

案例一：在線上教學(xué)部分（占總分值30%），主要有課程學(xué)習(xí)、資料查找、問題評(píng)測(cè)、計(jì)算程序開發(fā)、分析報(bào)告撰寫等幾個(gè)部分。

注重學(xué)生的主動(dòng)性主要體現(xiàn)在問題評(píng)測(cè)（占線上分值20%）、程序開發(fā)（占線上分值30%）、分析報(bào)告（占線上分值50%）等幾個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)其加大考核激勵(lì)比值。

案例二：線下教學(xué)部分（占總分值70%），主要有反轉(zhuǎn)課堂（占線下分值10%）、小組討論回答（占線下分值20%）、項(xiàng)目應(yīng)用創(chuàng)新（占線下分值30%）、課程考試（占線下分值40%）等幾個(gè)部分。

上述線上、線下考核過程必須做到有理有據(jù)、有據(jù)可查，如在線下教學(xué)對(duì)式(1)布置項(xiàng)目時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果設(shè)置得分等級(jí)（預(yù)測(cè)誤差在0～10%為A，10%～30%為B，30%～50%為C，50%～70%為D，70%～100%為E）。表1給出了部分學(xué)生分值情況。

4 教學(xué)效果分析

4．1 教學(xué)成效

通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，對(duì)于學(xué)生的理論、應(yīng)用、服務(wù)社會(huì)等多方面有了鍛煉，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）傳統(tǒng)教師主導(dǎo)的講授由學(xué)生為主角色替代，比如，反轉(zhuǎn)課堂、分組討論答辯，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（2）提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過參觀實(shí)際企業(yè)、專家答疑授課、遠(yuǎn)程實(shí)際項(xiàng)目介紹等環(huán)節(jié)，使理論更加貼近實(shí)際應(yīng)用，廢除了傳統(tǒng)枯燥、沉悶的理論推導(dǎo)，使工科課程生動(dòng)有趣。

表1 部分學(xué)項(xiàng)目1成績(jī)

（3）擴(kuò)充教學(xué)體系知識(shí)層面。通過該課程上下游體系回顧、復(fù)習(xí)、引申、創(chuàng)新等教學(xué)內(nèi)容，擴(kuò)充了本課程知識(shí)面，也鍛煉了學(xué)生綜合解決問題的能力。

（4）提高了學(xué)生動(dòng)手能力。該課程以項(xiàng)目為主導(dǎo)，側(cè)重項(xiàng)目應(yīng)用創(chuàng)新環(huán)節(jié)，包括問題分析、軟件設(shè)計(jì)、硬件集成、分組協(xié)調(diào)配合等方面，極大地鍛煉了學(xué)生動(dòng)手編程、焊接、系統(tǒng)調(diào)試等操作。

（5）課程考核成績(jī)提高。通過過程考核機(jī)制，多元化發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，學(xué)生平均成績(jī)達(dá)到了80分，相應(yīng)比前幾屆未實(shí)施課程改革高出10%。

（6）學(xué)生滿意度提高。通過課程實(shí)施之后的民意測(cè)評(píng)，學(xué)生滿意度達(dá)到100%。

4．2 教學(xué)不足

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式教學(xué)對(duì)于應(yīng)用型本科高校教學(xué)具有推動(dòng)作用，但對(duì)于理論教學(xué)型課程可能有所欠缺。除此之外，項(xiàng)目庫之間的前后關(guān)聯(lián)、依托等有機(jī)統(tǒng)一方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

5 結(jié)語

新能源發(fā)電技術(shù)是目前理論研究熱門、實(shí)際應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的一門課程，課程改革亟需且必要。

通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)課程改革，鍛煉了學(xué)生的主動(dòng)性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性，提升了教學(xué)、科研效果，但是，需要教師能夠適時(shí)依據(jù)實(shí)際，補(bǔ)充項(xiàng)目庫、充實(shí)相應(yīng)內(nèi)容。