“可再生能源發(fā)電技術(shù)”研究生課程教學(xué)改革探索＊

宋冬然，方靈琦，楊建

（中南大學(xué)自動化學(xué)院，湖南 長沙 410083）

隨著以可再生能源為代表的新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，以風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等為代表的新能源電力在電網(wǎng)中的占比逐年升高[1]。然而，傳統(tǒng)電氣工程專業(yè)碩士研究的培養(yǎng)建設(shè)相對滯后，與日益更新的新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度形成強烈反差。中國開設(shè)可再生能源發(fā)電技術(shù)相關(guān)課程的高校數(shù)量并不多，總體來說培養(yǎng)規(guī)模并不大。在目前的可再生能源的理論知識以及課程安排上，難以融入其他相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識和研究進展，對于新能源資源的評價、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等體系都尚未建立，難以適應(yīng)日新月異的可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

教師隊伍需要更新教學(xué)理念，深度整合教學(xué)內(nèi)容，進而消除學(xué)科之間的鴻溝，使本專業(yè)課程建設(shè)跟上可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的腳步。需要立足中國當(dāng)前資源現(xiàn)狀，面對未來的國際競爭挑戰(zhàn)，以應(yīng)對發(fā)展的變化、塑造美好的未來為新理念，通過協(xié)調(diào)、融合、傳承、創(chuàng)新等新方式培養(yǎng)新時代有創(chuàng)新能力的人才[2-3]。以學(xué)生為主體成果導(dǎo)向教育理念（OBE）通過一個閉環(huán)手段實現(xiàn)教學(xué)模式的不間斷改進，閉環(huán)是指“預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出定義—預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出實現(xiàn)—學(xué)習(xí)產(chǎn)出評估”，有助于學(xué)生在產(chǎn)出過程中鍛煉自身專業(yè)能力、在產(chǎn)出成果中感受自身價值、在產(chǎn)出評估中往前更深一步[4-5]。本文在OBE 的基礎(chǔ)上對“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程改革進行探索，對在教學(xué)過程中學(xué)生參與程度、解決實際問題以及如何提升能力展開深入研究。

1 傳統(tǒng)“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程設(shè)置

該課程介紹了各種新能源發(fā)電技術(shù)的理論知識，縱觀了各類新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史，并總結(jié)了最新的可再生能源發(fā)展前沿?zé)狳c。傳統(tǒng)的課堂課程教學(xué)設(shè)置，主要通過以下幾方面完成：①根據(jù)已有教學(xué)大綱、特定教材，主要以“老師講，學(xué)生聽”的形式傳授；②在教學(xué)方法上，教師以PPT 方式授課為主，案例分析也常由教師準(zhǔn)備，學(xué)生參與感弱；③在課程考核方面，常以課程考試或課程論文報告的形式，學(xué)生在課程中掌握的知識不能得到有效地轉(zhuǎn)化。在傳統(tǒng)教學(xué)中，很多學(xué)生都處于“知其然，而不知其所以然”的程度，不能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用到以后的科研工作中。

2 基于OBE 理念的教學(xué)改革探索

2.1 課程教學(xué)改革思路

所設(shè)計的課程教學(xué)分為理論教學(xué)模塊、理論應(yīng)用模塊和成果探討模塊。各模塊包含內(nèi)容以及相互的聯(lián)系如圖1 所示。理論教學(xué)模塊包括深入學(xué)習(xí)可再生能源的理論知識，對于本科階段學(xué)過的知識以學(xué)生自主回顧學(xué)習(xí)為主，對于本科階段未學(xué)過的內(nèi)容會詳細(xì)深入講解；理論應(yīng)用模塊主要針對新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題，結(jié)合教師科研成果以及相關(guān)理論，分析與探討如何將相關(guān)理論應(yīng)用于實際問題的解決，開展應(yīng)用研究以及如何將研究成果總結(jié)撰寫成科研論文；成果研討模塊主要根據(jù)所提出的問題解決新方案，結(jié)合所寫的科研論文進行研討，發(fā)現(xiàn)存在的問題，反哺理論教學(xué)與應(yīng)用環(huán)節(jié)。

圖1 基于產(chǎn)學(xué)結(jié)合“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革思路

在課程開始階段對學(xué)生展開調(diào)查問卷，了解不同學(xué)生對本課程的差異化認(rèn)識及期望學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，從而對理論教學(xué)模塊進行相應(yīng)的適當(dāng)增減，增加教學(xué)靈活性。2020 級電氣工程課程調(diào)查問卷結(jié)果如圖2 所示。

圖2 調(diào)查問卷結(jié)果-學(xué)生想要學(xué)習(xí)到的內(nèi)容

2.2 課程教學(xué)內(nèi)容

通過課程教學(xué)，旨在使學(xué)生了解新能源技術(shù)及新型發(fā)電方式的概況，并運用已學(xué)過的電氣工程基礎(chǔ)理論對可再生能源的運行特點、工作方式以及并網(wǎng)發(fā)電等問題進行分析，掌握風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基本概念、原理和裝置，了解微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)和特點，了解新能源技術(shù)及其發(fā)展方向。

課程教學(xué)內(nèi)容也分為理論教學(xué)模塊、理論應(yīng)用模塊和成果研討模塊。在理論教學(xué)模塊中，結(jié)合目前可再生能源發(fā)電技術(shù)的最新發(fā)展成果以及相關(guān)紀(jì)錄片進行課程講解；在理論應(yīng)用模塊中，將具體的理論知識和目前已經(jīng)發(fā)表的論文進行有機的結(jié)合，具體如何有機的結(jié)合也是本部分著重講述的內(nèi)容；在成果研討模塊中，針對學(xué)生寫的課程論文，一對一地針對性指導(dǎo)，可以有效地解決每位學(xué)生不同的問題。此外，經(jīng)過課堂學(xué)習(xí)之后，對三部分整體進行評估與反思，最終形成電氣工程專業(yè)研究生“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程的全部內(nèi)容。

2.3 課程教學(xué)與實踐模式

具體教學(xué)實踐中，在理論教學(xué)模塊中，對本科時期學(xué)過的理論知識，由學(xué)生主導(dǎo)進行相關(guān)知識點回顧和學(xué)習(xí)；反之，由教師主導(dǎo)進行相關(guān)知識點的分析和講解；在理論應(yīng)用模塊中，以專題講座的形式邀請行業(yè)專家與資深工程師，通過對實際問題的深入探討激發(fā)學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生利用理論解決問題的創(chuàng)新思維；在成果研討模塊中，教師針對學(xué)生的課程論文進行點評，主體是學(xué)生，教師只是輔助。擬培養(yǎng)學(xué)生具備表1 中所示的4 方面能力，解釋如下。

表1 課程教學(xué)和實踐模式后學(xué)生將具備的能力

新模型方法的接受能力。“可再生能源發(fā)電技術(shù)”旨在培養(yǎng)研究生通過新能源的模型方法來解決可再生能源發(fā)電領(lǐng)域的一些科學(xué)問題，探索可再生能源發(fā)電的規(guī)律，以及新型發(fā)電方式如磁流體發(fā)電、電流體發(fā)電的基本原理及其利用技術(shù)，能夠掌握風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)，能夠拓寬電氣工程專業(yè)學(xué)生的知識與視野，使學(xué)生了解可再生能源發(fā)電領(lǐng)域的研究前沿，對于培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

發(fā)現(xiàn)問題及文獻綜述的能力。問題不是憑空想象就能發(fā)現(xiàn)，只有在對前人的已有成果有一定的了解的基礎(chǔ)上才有可能去發(fā)現(xiàn)有價值的問題。在授課過程中，鼓勵學(xué)生先找出自己感興趣的方向，利用圖書館資源查閱相關(guān)文獻，對好的文獻進行逐篇研讀，并總結(jié)研究的目的和意義、所采用的研究方法和建模、研究成果和結(jié)論分析。在前人的基礎(chǔ)上去發(fā)現(xiàn)問題：方法的適用性、模型的不準(zhǔn)確、研究結(jié)果的出入等，帶著問題再去看文獻資料，不僅可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，還可以提高學(xué)生對文獻的查閱和綜述的能力，為后續(xù)撰寫科學(xué)論文奠定了基礎(chǔ)。

模型或方法的實現(xiàn)能力。模型或方法不會憑空產(chǎn)生。在工程領(lǐng)域，模型或方法實現(xiàn)的第一步是模擬仿真，將模型的內(nèi)在邏輯轉(zhuǎn)為計算機程序語言。這對學(xué)生的計算機編程仿真能力有一定的要求，學(xué)生要熟練掌握常見的仿真軟件。電氣專業(yè)研究生應(yīng)當(dāng)在熟練掌握仿真軟件的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力。在仿真實現(xiàn)過程中，需掌握如何在眾多參數(shù)優(yōu)化策略中選取最適合所研究模型的優(yōu)化方法，并根據(jù)模型特殊性，對優(yōu)化方法進行適應(yīng)性修改，從而提高模型或方法的精度、效率等。

科研論文的撰寫能力。目前認(rèn)可科研能力的一個常見且重要的標(biāo)準(zhǔn)是科研論文是否可以在國內(nèi)外優(yōu)秀的期刊上發(fā)表。論文發(fā)表要求方法創(chuàng)新且撰寫有邏輯性，內(nèi)容復(fù)制比低于10%。學(xué)生對科研論文的基本要求要有一定的掌握，比如，在文章的引言部分，要詳略有致地綜述研究問題的國內(nèi)外研究發(fā)展及現(xiàn)狀，針對問題所涉及的文獻進行有條理地歸納。在文章的分析和討論部分，得到所提出模型的結(jié)果之后，需要對研究結(jié)果進行相應(yīng)的分析和討論，這一塊內(nèi)容是科研論文創(chuàng)新性的集中體現(xiàn)，通過分析討論要使讀者明白文章提出模型或者方法的創(chuàng)新之處。

2.4 設(shè)置課程考核方式，持續(xù)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計

課程考核采取課堂講學(xué)+課程論文寫作的方式進行。其中，課堂講學(xué)占30%，課程論文占60%，剩余10%為出勤成績。對于課程中所涉及的部分可再生能源發(fā)電理論采取課堂講學(xué)的形式，學(xué)生可以選取自己感興趣的章節(jié)或主題，在課前充分準(zhǔn)備后上臺與大家進行15～30 min 的分享；講學(xué)后，由學(xué)生來發(fā)表自己的觀點或提出問題，老師對所講內(nèi)容進行補充、深入以及對未能解決問題進行解答。

課程論文的寫作主要分為3 步：初稿撰寫、論文評閱以及論文修改。課程論文的成績以修改稿為主，具體評定細(xì)則如表2 所示?！?-6-1”配比根據(jù)實際實施情況以及結(jié)合學(xué)生問卷反饋進行調(diào)整，從而使得學(xué)生從該課程中獲取知識最大化。

表2 “可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程論文要求

表2（續(xù)）

3 教學(xué)效果

在OBE 理念的基礎(chǔ)上，采用理論教學(xué)與理論應(yīng)用相融合、最后作用于論文成果及后續(xù)研究的新型課堂教學(xué)方式，得到學(xué)生的一致認(rèn)同，充分地激發(fā)了學(xué)生在“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程中的主觀能動性，提高了學(xué)習(xí)效果。在課后問卷調(diào)查中，學(xué)生對基于OBE 理念的教學(xué)方式以及教學(xué)效果的滿意度均在90%以上，學(xué)生覺得成果研討過程中的交流對“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)幫助最大；在同學(xué)的評價中，學(xué)生知道自己不足的同時也能夠了解到別人的思考方式，使討論更加激烈，最后的探討答疑環(huán)節(jié)也讓師生有了更多交流。

4 結(jié)語

創(chuàng)新是可再生能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展的內(nèi)核，也是研究生教學(xué)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展高效對接的黏結(jié)劑?；贠BE 理念的課程教學(xué)改革以學(xué)生成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，為學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新能力提供了可行方法和具體途徑。基于OBE 理念的教學(xué)改革同樣適用于研究生其他課程，教師應(yīng)該嘗試以學(xué)生為主體，以產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)方式，進一步提高學(xué)生的專業(yè)水平。