新工科背景下新能源發(fā)電技術(shù)課程改革研究

［摘 要］新能源發(fā)電技術(shù)是電氣工程及其自動化、智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的重要選修課，其教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生全面了解和掌握新能源利用形式及其相關(guān)技術(shù)的前沿動態(tài)。而傳統(tǒng)的新能源發(fā)電技術(shù)課程存在教學(xué)思路單一、課程內(nèi)容落后于技術(shù)發(fā)展、缺乏實踐教學(xué)、考核方式單一等問題，已無法滿足新工科背景下國家與新能源行業(yè)對工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求。文章以新工科背景下對人才培養(yǎng)的要求為落腳點，從教學(xué)目標(biāo)設(shè)計、課程內(nèi)容優(yōu)化、實踐教學(xué)融入等多角度探討新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容與方法改革，以期提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

［關(guān)鍵詞］新能源發(fā)電技術(shù)；新工科；復(fù)合型人才培養(yǎng)；課程體系

［中圖分類號］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）11-0055-06

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而隨著社會發(fā)展對能源需求的持續(xù)增長，以及能源短缺危機和全球環(huán)境的日益惡化，其對社會發(fā)展的制約和對資源環(huán)境的影響越來越顯著[1-2]。在能源利用新技術(shù)實現(xiàn)開源和節(jié)流的背景下，大規(guī)模開發(fā)新能源，大力發(fā)展高效、環(huán)保的電力工業(yè)，成為解決能源問題的有效途徑[3]。截至2024年6月底，中國新能源發(fā)電裝機容量首次超過煤電，其中并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量達(dá)到4.7億千瓦，太陽能發(fā)電裝機容量達(dá)到7.1億千瓦，合計11.8億千瓦，占總發(fā)電裝機容量的38.4%；2024年上半年，中國新能源發(fā)電量達(dá)到10355.7億千瓦時，同比增長32.97%，占全社會用電量的13.8%[4]。因此，培養(yǎng)新能源發(fā)電技術(shù)方面的復(fù)合型人才，對推動新能源的開發(fā)和利用、助力我國新能源技術(shù)改革具有重要意義。

新能源發(fā)電技術(shù)課程是南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院面向本科高年級學(xué)生和研究生開設(shè)的專業(yè)核心課程，是培養(yǎng)新能源開發(fā)與利用領(lǐng)域復(fù)合型人才的基礎(chǔ)課程，也是助力國家實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的核心技術(shù)課程。在國家新工科人才培養(yǎng)要求（見圖1）下，高校教學(xué)內(nèi)容與方法必須與時俱進，適應(yīng)新形勢下的人才培養(yǎng)需求[5]。新能源發(fā)電技術(shù)課程具有知識點多、工程性強、學(xué)科交叉融合度高等特點[6]：知識點多體現(xiàn)為課程內(nèi)容涉及風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池等多種新型發(fā)電技術(shù)；工程性強體現(xiàn)為上述發(fā)電技術(shù)均有實際的工程支撐，而非簡單的理論分析推導(dǎo)；學(xué)科交叉融合度高則體現(xiàn)為相關(guān)發(fā)電技術(shù)涉及電氣、機械、材料、半導(dǎo)體物理、空氣動力學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域[7]。因此，部分學(xué)生反映該課程學(xué)習(xí)起來較為費勁，關(guān)鍵點難以掌握，并表現(xiàn)出不愿選課、不愿學(xué)習(xí)等負(fù)面情緒，這可能會影響高校新工科復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。

針對新能源發(fā)電技術(shù)課程的特點與學(xué)生反饋的問題，本文將從多角度分析教學(xué)現(xiàn)狀，并據(jù)此提出課程教學(xué)改革方案，從優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、強化實踐教學(xué)等方面入手，促進學(xué)生對新能源發(fā)電核心理念的理解和應(yīng)用，提升教學(xué)質(zhì)量，構(gòu)建新工科背景下新能源發(fā)電技術(shù)復(fù)合型人才培養(yǎng)的新模式。

一、新能源發(fā)電技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

新能源發(fā)電技術(shù)課程是電氣工程及其自動化、智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，是一門理論與實踐并重的課程，具有知識內(nèi)容多、科技含量高、技術(shù)更新快等特點[8]。圖2為新能源發(fā)電技術(shù)課程內(nèi)容架構(gòu)。南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院經(jīng)過多年的教學(xué)實踐探索，積累了較為豐富的教學(xué)經(jīng)驗，但隨著新工科被作為未來工程教育的新航向，該課程原有的教學(xué)模式與新工科背景下的復(fù)合型人才培養(yǎng)要求相比，仍存在如下不足之處。

（一）課程目標(biāo)不明確

目前的課程目標(biāo)主要集中在知識傳授層面，將各種新能源發(fā)電類型的工作原理、控制方式等內(nèi)容填鴨式地灌輸給學(xué)生，忽視了學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以與行業(yè)對復(fù)合型人才的要求接軌。

（二）教學(xué)內(nèi)容滯后

新能源發(fā)電技術(shù)更新迅速、日新月異，新的發(fā)電方式和控制實現(xiàn)方法層出不窮、不斷優(yōu)化，但現(xiàn)有課程內(nèi)容仍以介紹早期技術(shù)為主，新興技術(shù)如風(fēng)光互補技術(shù)、多元儲能技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)等涉及較少，導(dǎo)致學(xué)生對行業(yè)前沿缺乏全面了解。

（三）教學(xué)方法單一

目前教學(xué)主要以教師講授為主，僅依靠課堂板書或PPT的傳統(tǒng)教學(xué)模式，忽視了學(xué)生的主體性，課堂缺乏互動和實踐，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[5]。

（四）實驗環(huán)節(jié)薄弱

課程實驗學(xué)時偏少，且實驗內(nèi)容以簡單的驗證性實驗為主，缺乏綜合性和設(shè)計性實驗項目，使得學(xué)生動手能力和工程實踐能力無法得到有效提升。

（五）考核方式單一

課程考核主要以期末考試為主，注重考核學(xué)生對理論知識的掌握程度，忽視對學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力的評價。

二、新能源發(fā)電技術(shù)課程改革思路與措施

在高校教育體系建設(shè)中，課程是人才培養(yǎng)的核心，決定了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。為了滿足新工科背景下的復(fù)合型人才培養(yǎng)要求，必須樹立以學(xué)生為中心的教育思想，對新能源發(fā)電技術(shù)課程進行改革，創(chuàng)新教學(xué)模式。圖3為新能源發(fā)電技術(shù)課程改革措施。

（一）構(gòu)建目標(biāo)導(dǎo)向型課程體系，明確課程目標(biāo)，突出能力培養(yǎng)

結(jié)合國家“雙碳”目標(biāo)和新能源產(chǎn)業(yè)對人才的需求，明確課程目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生的知識能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和社會責(zé)任感[9-10]。新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)涵蓋以下幾個方面（見圖4）。

1.知識能力：讓學(xué)生理解各類新能源發(fā)電技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)組成和運行特點。

2.實踐能力：幫助學(xué)生掌握新能源系統(tǒng)設(shè)計、運行和維護的基本技能。

3.創(chuàng)新能力：指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)有的相關(guān)工具，包括虛擬仿真軟件、綜合實驗平臺等，研究新能源發(fā)電及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。

4.社會責(zé)任感：讓學(xué)生理解新能源技術(shù)在我國能源轉(zhuǎn)型中的重要意義，能夠綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素，對新能源發(fā)電項目做出客觀評價，從而使工程實踐可持續(xù)發(fā)展和持續(xù)改進。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，聚焦技術(shù)前沿，強調(diào)與時俱進

新能源發(fā)電種類繁多、工作原理迥異，為幫助學(xué)生理解，可根據(jù)工作特征將其分為兩類：旋轉(zhuǎn)式發(fā)電技術(shù)（依賴發(fā)電機）和靜止式發(fā)電技術(shù)（不依賴發(fā)電機）。旋轉(zhuǎn)式發(fā)電技術(shù)，如風(fēng)力發(fā)電、光熱發(fā)電、水力發(fā)電等，其基本工作原理是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成機械能，然后驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)換。電機學(xué)作為先修課程，學(xué)生已對其有所掌握和理解，因此在相關(guān)課程教學(xué)中，應(yīng)該將講解重點放在將其他能量轉(zhuǎn)換成機械能的轉(zhuǎn)換方式與優(yōu)化方法上，例如風(fēng)力發(fā)電中控制槳距角實現(xiàn)風(fēng)能最大捕獲的原理等。而對于靜止式發(fā)電技術(shù)，如光伏發(fā)電、燃料電池等，由于其工作原理與同步/異步電機完全不同，在這些內(nèi)容的教學(xué)中，應(yīng)該將講解重點放在其基本工作原理上，例如光伏發(fā)電中的光生伏特效應(yīng)、燃料電池的化學(xué)反應(yīng)等。對于所有新能源發(fā)電技術(shù)面臨的共性問題，例如并網(wǎng)電路拓?fù)洹崿F(xiàn)方式以及并網(wǎng)穩(wěn)定性等，則可以集中講解其背后蘊含的電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)。課程內(nèi)容的分類與再整合，能夠幫助學(xué)生系統(tǒng)理解并掌握各類新能源發(fā)電技術(shù)的相關(guān)理論知識。

面對新能源發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，課程教學(xué)內(nèi)容還需緊跟技術(shù)前沿，動態(tài)調(diào)整內(nèi)容，例如在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引入儲能技術(shù)、智能電網(wǎng)、氫能技術(shù)等最新研究成果和典型技術(shù)案例。同時，新能源發(fā)電技術(shù)作為一門強工程性課程，在教學(xué)中還可以開發(fā)校企聯(lián)合課程，融入企業(yè)實際工程案例，增強課程的實用性和前沿性。

除此之外，還可以將教師的相關(guān)最新科研成果融入課程教學(xué)，增強課程的時效性。以光伏發(fā)電為例，隨著新能源發(fā)電對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的滲透，現(xiàn)有光伏并網(wǎng)逆變器已逐漸從原有的跟網(wǎng)型變流器轉(zhuǎn)化為構(gòu)網(wǎng)型變流器，且已實現(xiàn)對電網(wǎng)的主動支撐，這與原有教材和課程內(nèi)容完全不同。因此，課程組可以結(jié)合教師的最新研究成果，對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容重新編寫，以深入淺出、圖文并茂的方式，向?qū)W生科普最新的前沿技術(shù)。

（三）多樣化教學(xué)方法，提升師生/生生互動性

新能源發(fā)電技術(shù)具有非常多的工程項目案例和項目需求，因此，在課程教學(xué)中，可以采用項目驅(qū)動式教學(xué)[11]：以實際項目為目標(biāo)對象，通過“項目設(shè)置—目標(biāo)分析—制定方案—評價交流”的步驟，讓學(xué)生充分激發(fā)自身的主觀能動性。例如，可以在課程教學(xué)中，選取一些具有代表性的項目，如光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、雙饋風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)等，讓學(xué)生分組實施項目，通過理論知識講解、相關(guān)軟件仿真、綜合實驗驗證三個層次漸進式展開教學(xué)。這種教學(xué)方法不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，還可以培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力和解決問題能力。

新能源發(fā)電技術(shù)課程內(nèi)容豐富，可以采用模塊化教學(xué)，將課程內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)理論模塊、技術(shù)應(yīng)用模塊和工程實踐模塊，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。圖5為新能源發(fā)電技術(shù)課程教學(xué)模塊劃分。畢業(yè)后偏向就業(yè)的學(xué)生，可以重點學(xué)習(xí)發(fā)電技術(shù)的工程實踐案例及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的方式方法，深化工程實踐認(rèn)知，以便畢業(yè)后快速進入相關(guān)領(lǐng)域參與工作；畢業(yè)后偏向讀研/讀博深造的學(xué)生，則可以重點學(xué)習(xí)不同發(fā)電方式背后的基礎(chǔ)理論，掌握相關(guān)技術(shù)的具體實施方法，為后續(xù)研究生階段快速融入導(dǎo)師研究課題以及培養(yǎng)自身的科學(xué)研究思維打下基礎(chǔ)。

除此之外，教師還可以結(jié)合新能源發(fā)電過程中的相關(guān)問題，采用問題探究式教學(xué)法（見圖6）：通過提出與課程內(nèi)容相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)資源，自主查閱資料、分析問題、解決問題[12]。為此，可以在課程教學(xué)過程中，針對課程中的知識點設(shè)計一些討論題目，例如新能源發(fā)電選址問題、新能源出力波動性問題等，讓學(xué)生在課后自主查閱資料、總結(jié)知識點，并在課堂上進行匯報和交流。采用問題探究式教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。

作為一種課堂教學(xué)的補充方式，學(xué)校還可以通過邀請行業(yè)專家或?qū)W者進行專題講座[13]，結(jié)合具體的工程研究項目，例如實際光伏場站從選址、建設(shè)到安裝、并網(wǎng)等一系列工程問題，讓學(xué)生了解新能源發(fā)電技術(shù)的最新動態(tài)和前沿技術(shù)。在講座過程中，為了充分調(diào)動學(xué)生的積極性，可以采用類似圓桌會議的方式，組織學(xué)生與相關(guān)專家面對面互動交流，進行開放式討論，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)他們從理論走向?qū)嵺`。

（四）構(gòu)建實踐教學(xué)體系，強化課程實踐教學(xué)

作為一門實踐性極強的工程學(xué)科，新能源發(fā)電技術(shù)必須構(gòu)建與課程理論相對應(yīng)的實踐教學(xué)體系，讓學(xué)生參與其中，加強對相關(guān)技術(shù)的理解與應(yīng)用。為此，可以從以下幾個方面推進實踐教學(xué)改革。

1. 加強理論與實例結(jié)合?

課程教學(xué)一定要結(jié)合具體實例進行講授，如太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電技術(shù)的實際應(yīng)用，讓學(xué)生深刻理解這些技術(shù)在環(huán)境保護、能源利用等方面的重要作用。同時，組織學(xué)生參與小組討論、調(diào)查研究等活動，深化對新能源發(fā)電技術(shù)的理解和認(rèn)識?。

2.開展實地參觀?學(xué)習(xí)

實地參觀是強化實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。南京郵電大學(xué)與晶澳太陽能科技有限公司、特來電新能源有限公司等企業(yè)共建了實踐教學(xué)基地，教師可以定期組織學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)的實際工程，讓學(xué)生親身體驗新能源發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)場操作過程和運行管理模式。以光伏發(fā)電為例，通過到實踐教學(xué)基地進行參觀與演練，學(xué)生可以了解光伏板的生產(chǎn)過程，掌握光伏組件的選型、安裝角度的計算、并網(wǎng)架構(gòu)的連接等多項技術(shù)要點。

3.建設(shè)綜合性實驗平臺

結(jié)合新能源發(fā)電技術(shù)課程的特點與教學(xué)目標(biāo)，課程組已與相關(guān)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了涵蓋風(fēng)電、光伏、儲能等技術(shù)的綜合實驗平臺，但還需要將其與理論教學(xué)進一步融合，通過理論知識講解和現(xiàn)場實物樣機操作，全面提高學(xué)生的認(rèn)知能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

圖7為課程組與校外企業(yè)聯(lián)合開發(fā)定制的光伏發(fā)電綜合實驗平臺。該平臺通過調(diào)節(jié)燈光照射強度來模擬實際太陽光照，通過伺服電機控制高角度和方位角來模擬光伏安裝角度，并配備觸摸顯示板進行人機交互，能通過DSP程序接口導(dǎo)入學(xué)生設(shè)計的MPPT算法等，使學(xué)生深入了解光伏發(fā)電的全過程。

除此之外，課程組還可以以電工技術(shù)學(xué)會與電源學(xué)會的相關(guān)賽事為參照，結(jié)合學(xué)校的教學(xué)實際，組織開放式科技競賽和創(chuàng)新實驗，鼓勵學(xué)生積極參與，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。

（五）改革考核方式，構(gòu)建多元化評價體系

新能源發(fā)電技術(shù)課程原有考核方式以期末理論考試為主，輔以平時考試成績。這種考核方式既與該課程工程實踐性較強的特征不符，也不能滿足新工科背景下復(fù)合型人才的培養(yǎng)要求。為此，課程組從以下幾個方面對原有考核方式進行改革，構(gòu)建如圖8所示的新能源發(fā)電技術(shù)課程多元化評價體系。" " "

多元化考核：將理論考試、實踐能力考核、思維能力表現(xiàn)、課堂參與度等有機結(jié)合。

過程性評價、綜合性考核：通過課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、設(shè)計方案和實驗操作等對學(xué)生進行全面、綜合評價。

成果導(dǎo)向考核：以設(shè)計作品、研究報告等課程學(xué)習(xí)成果作為評價依據(jù)，突出考核學(xué)生的綜合能力。

除此之外，對參與新能源發(fā)電技術(shù)相關(guān)科研項目、發(fā)表論文或競賽獲獎的學(xué)生給予獎勵。

多元化評價體系的構(gòu)建，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，全面提升其實踐能力和創(chuàng)新能力，從而培養(yǎng)出面向行業(yè)需求、具備理論知識和實踐技能的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

三、結(jié)語

新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)改革是應(yīng)對能源革命和技術(shù)變革的重要舉措，也是新工科背景下對復(fù)合型人才培養(yǎng)的必然要求。面對教學(xué)現(xiàn)狀，高校教師應(yīng)明確課程目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、強化實踐環(huán)節(jié)和改革考核方式，從而全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和適應(yīng)能力。新能源發(fā)電技術(shù)作為一門新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的課程，未來需進一步加強校企協(xié)同和國際化教學(xué)資源共享，構(gòu)建面向未來的開放性、動態(tài)化課程體系，培養(yǎng)更多引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才。

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［責(zé)任編輯：唐玉萍］