風(fēng)力發(fā)電教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

桂許龍 丁 昌 劉 鶴 吳學(xué)紅 袁 培（鄭州輕工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州，450002）

1 課程教改現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電這門課程涉及的學(xué)科很多， 包括氣象學(xué)、空氣動力學(xué)、機(jī)械原理、流體傳動與控制、電力電子學(xué)、控制理論、振動理論和測試技術(shù)等。該課程主要內(nèi)容包括風(fēng)的特性、風(fēng)能資源分布特點(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。 其章節(jié)中的知識點(diǎn)較多，單一課堂講授的方法難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)需要。

很多學(xué)者對風(fēng)力發(fā)電課程的教學(xué)進(jìn)行了多方位的研究和探索。 劉新華和戴前進(jìn)[1]引入了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式進(jìn)行課堂設(shè)計，發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂強(qiáng)化了學(xué)生對相應(yīng)知識點(diǎn)的掌握，整體改善了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)效果。葉云洋等人[2]建議學(xué)校和企業(yè)合作，引進(jìn)企業(yè)先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)綜合實訓(xùn)實踐基礎(chǔ)，與企業(yè)技術(shù)人員共同開發(fā)實訓(xùn)設(shè)備、共同制定實訓(xùn)項目、共同編寫實訓(xùn)教材。 王樹文等人[3]構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)半實物虛擬仿真教學(xué)平臺。通過外部硬件平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對虛擬的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺的實時控制。虛擬仿真教學(xué)平臺還可以和科研、裝置研發(fā)有機(jī)結(jié)合起來。 張強(qiáng)和張敬南[4]開發(fā)了面向工程需求的風(fēng)力發(fā)電實踐教學(xué)平臺，學(xué)生能對多種工程技術(shù)進(jìn)行實踐、開發(fā)和創(chuàng)新。一些學(xué)者把新能源專業(yè)課程和其他課程或技術(shù)進(jìn)行了融合。 以資源庫為平臺，融合了新能源類專業(yè)教學(xué)資源庫“能學(xué)、輔教”的研究成效，這也加深了教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合[5]。劉宗瑤等人[6]把思想政治教育與風(fēng)電專業(yè)課程結(jié)合起來，實現(xiàn)專業(yè)與思政的“基因式”融合。也有一些學(xué)者提出在風(fēng)力發(fā)電課程中實施研討式教學(xué)[7]，并提出了研討式教學(xué)與實驗相結(jié)合[8]或者與項目相結(jié)合的教學(xué)方法[9]，在教學(xué)實踐中取得了良好的教學(xué)效果。上述研究主要是從翻轉(zhuǎn)課堂、校企合作、虛擬仿真、教學(xué)方法等方面進(jìn)行的，提出了一些切實可行且有效的措施。 本文根據(jù)在教學(xué)實踐過程中，對目前采用的風(fēng)力發(fā)電的教學(xué)方法進(jìn)行研究，針對課程教學(xué)過程中存在的問題，分別提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施，并對學(xué)生在風(fēng)力發(fā)電專業(yè)上的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出一些建議。

2 存在的問題

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用是新能源專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，共32個學(xué)時，分16次授課，每次2個課時，時間為100分鐘。 課程內(nèi)容多，教學(xué)學(xué)時少。 授課對象是大三的學(xué)生，學(xué)生人數(shù)為30人。 本課程是流體力學(xué)課程的延伸與應(yīng)用，屬于新開的課程，教學(xué)資源和經(jīng)驗可能會有所欠缺。為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不至于太過乏味，有時會播放一些風(fēng)力發(fā)電相關(guān)的視頻，增加可觀看性和趣味性。

本課程理論性比較強(qiáng)，為了完成教學(xué)計劃，授課基本上是教師講、學(xué)生聽的模式，課堂上教師沒有較多時間與學(xué)生展開有效的互動，而填鴨式和灌輸式教學(xué)模式的弊端多年來為人所詬病。這不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。 在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)主要存在下述問題：

（1）理論性強(qiáng)，公式推導(dǎo)多，學(xué)生覺得不容易學(xué)，比較難以理解；

（2）授課形式單一，對多媒體和計算機(jī)模擬的應(yīng)用不足，學(xué)生興趣淡薄；

（3）學(xué)生課業(yè)繁重，能夠做到課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)以及獨(dú)自完成作業(yè)的學(xué)生很少；

（4）學(xué)生的作業(yè)解答內(nèi)容多來自網(wǎng)絡(luò)上的復(fù)制粘貼和抄襲，缺乏深入的思考；

（5）課堂教學(xué)與實驗教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系不緊密，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中對所學(xué)知識點(diǎn)理解不夠深刻，逐漸失去學(xué)習(xí)興趣；

（6）教學(xué)過程中師生互動不多，有待改進(jìn)；

（7）課后缺少有效的師生溝通平臺，師生相互溝通和交流相對較少。

3 改進(jìn)措施

針對風(fēng)力發(fā)電中課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中存在的問題，在教學(xué)方法上，把所講的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計，把復(fù)雜難懂的知識點(diǎn)，盡量使其形象生動。 大力建設(shè)實驗教學(xué)設(shè)施，強(qiáng)化實驗教學(xué)，從設(shè)施硬件和軟件虛擬仿真平臺上大力推動。 采用多種方法，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。 從細(xì)節(jié)上下功夫，采取一些切實可行的措施，改進(jìn)教學(xué)方法。

3.1 教學(xué)內(nèi)容模塊化

圍繞“風(fēng)力發(fā)電”專業(yè)涉及的學(xué)科知識點(diǎn)，對教學(xué)大綱和課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化，例如，把教學(xué)大綱分為：風(fēng)力機(jī)的基礎(chǔ)理論、風(fēng)力機(jī)的類型及特性、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力利用系統(tǒng)等。模塊化之后，有利于進(jìn)行案例式教學(xué)、小組式討論或翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)。

3.2 復(fù)雜知識形象化

對風(fēng)力發(fā)電中抽象難以理解的概念或知識要點(diǎn)，想方設(shè)法使其內(nèi)容簡單化和形象化。 例如，采用CFD方法對風(fēng)力機(jī)在風(fēng)場中的運(yùn)動，進(jìn)行數(shù)值模擬。 用圖片、 動畫或視頻的形式生動形象地展示風(fēng)力流動情況，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.3 實驗教學(xué)和實驗設(shè)施的強(qiáng)化

新能源的課程具有很強(qiáng)的實踐性，需要有良好的實驗環(huán)境和實踐基地。有必要建設(shè)風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實驗室，購買相關(guān)教學(xué)實驗設(shè)備。也可以和企業(yè)合作，共建實驗室。如果條件允許，可以建設(shè)風(fēng)力機(jī)模擬器。風(fēng)力機(jī)模擬器能在不依賴環(huán)境和風(fēng)力機(jī)的情況下模擬不同特性的風(fēng)力機(jī)[10]。 也可以建設(shè)虛擬仿真實驗室平臺，在電腦上模擬風(fēng)力發(fā)電廠，讓學(xué)生了解風(fēng)力場的情況。

3.4 創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，將采用多種辦法來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力：一是將采用翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生講老師進(jìn)行點(diǎn)評；二是在學(xué)校的“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間”網(wǎng)站中建設(shè)風(fēng)力發(fā)電課程網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺，促進(jìn)學(xué)生課外進(jìn)行學(xué)習(xí)，并增加師生間的互動；三是讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)實驗，鍛煉學(xué)生的動手實踐能力和設(shè)計能力；四是讓學(xué)生多參與大學(xué)生創(chuàng)新項目，并參加相關(guān)的大學(xué)生競賽，以賽促學(xué)。另外，可以嘗試開展項目式教學(xué)。同時，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，讓學(xué)生進(jìn)行小組式的課堂討論，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。

3.5 一些針對性措施

針對課堂中存在的問題，提出一些有針對性的改進(jìn)措施：

（1）針對課程理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多、學(xué)生覺得乏味的問題，將采用案例式和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)方式，以增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的趣味性。

（2）針對授課形式單一、計算機(jī)應(yīng)用不足的問題，將采用CFD的方法，用圖形或動畫使教學(xué)內(nèi)容更加形象化。

（3）針對學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)尋找答案、抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，避免使用課本后的作業(yè)題，改寫課本后作業(yè)題，或布置新的作業(yè)題。

（4） 針對新開放課程會存在經(jīng)驗不足的問題，積極改進(jìn)教學(xué)方式和方法， 克服教學(xué)模式單一的弊端，提出在教學(xué)中采用案例式教學(xué)模式。

（5）針對缺少有效的師生溝通平臺，學(xué)生課外學(xué)習(xí)較少的問題，建立網(wǎng)上學(xué)習(xí)空間。

4 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電屬于新開設(shè)的課程，很多方面還需要完善。 通過課程改革能促進(jìn)學(xué)生加強(qiáng)實踐教學(xué)。 通過創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有效地增強(qiáng)了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，推動了學(xué)生個性化發(fā)展。 通過實驗教學(xué)平臺和虛擬仿真平臺結(jié)合使用，能夠多方位展示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與工作過程。利用現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)教學(xué)方法，可以彌補(bǔ)教學(xué)過程中的不足與缺陷。 本文的研究，有助于風(fēng)電人才的培養(yǎng)，推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。