“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

楊 靜， 左永剛， 易 斌， 龍 燕， 袁 濤

(后勤工程學(xué)院 1. 機(jī)械電氣工程系, 2. 軍事供油工程系， 重慶 401311)

“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

楊 靜1， 左永剛2， 易 斌1， 龍 燕1， 袁 濤1

(后勤工程學(xué)院 1. 機(jī)械電氣工程系, 2. 軍事供油工程系， 重慶 401311)

為適應(yīng)新的軍事能源需求，我院開設(shè)了“新能源發(fā)電技術(shù)”課程。本文針對該課程教學(xué)中存在的內(nèi)容多學(xué)時(shí)少的矛盾和如何提高學(xué)員自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)上進(jìn)行了一些改革，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。

新能源發(fā)電技術(shù)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；實(shí)踐教學(xué)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，人們對電能的需求日益增加。傳統(tǒng)的火力發(fā)電方式需消耗大量的煤炭等石化能源，帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題；加之石化能源在地球上的儲(chǔ)量有限，一定時(shí)期內(nèi)會(huì)消耗殆盡，因此，世界各國都在加大對于新能源的開發(fā)和利用。

大力發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、保障國家能源安全、改善環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

作為能源消耗的大戶，世界發(fā)達(dá)國家的軍隊(duì)也在加快軍事能源的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型發(fā)展，大規(guī)模研發(fā)應(yīng)用新能源和可替代能源，力圖搶占未來軍事能源發(fā)展的制高點(diǎn)。

為適應(yīng)軍事能源形勢的變化，2011年起，我院電力工程及其自動(dòng)化專業(yè)增開了選修課程“新能源發(fā)電技術(shù)”。通過該門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)員能較系統(tǒng)地掌握新能源發(fā)電相關(guān)的前沿技術(shù)和應(yīng)用方法。

1 課程概況和存在的問題

我院開設(shè)的“新能源發(fā)電技術(shù)”屬于專業(yè)選修課，在第四學(xué)年上半學(xué)期開課，課程的總體目標(biāo)為通過教學(xué)和實(shí)踐，讓學(xué)員掌握新能源的分類、發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，課程教材選用自編教材《新能源發(fā)電技術(shù)》。該教材主要內(nèi)容包括能源概述和各種新能源發(fā)電的原理、方式和發(fā)展現(xiàn)狀及一些新能源發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，涉及到太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、海洋能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電和核能發(fā)電等。

“新能源發(fā)電技術(shù)”課程總學(xué)時(shí)數(shù)為20學(xué)時(shí)，其中理論課12學(xué)時(shí)，實(shí)踐和設(shè)計(jì)課8學(xué)時(shí)。課程內(nèi)容多而學(xué)時(shí)少是其顯著特點(diǎn)。

如何在較短的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)員掌握有關(guān)新能源發(fā)電的大量知識是迫切需要解決的問題；此外，目前以教師為中心的教學(xué)方法不利于提高學(xué)員的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用較單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也嚴(yán)重地限制了學(xué)員創(chuàng)新思維能力的提高。

針對這些問題，我們在“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)中進(jìn)行了一些教學(xué)改革實(shí)踐。

2 教學(xué)改革措施

2.1 合理取舍和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為解決較少的學(xué)時(shí)和較多課程內(nèi)容的矛盾，我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理取舍和優(yōu)化，使其詳略得當(dāng)。授課內(nèi)容立足于目前部隊(duì)?wèi)?yīng)用量較大、應(yīng)用面較廣的新能源發(fā)電系統(tǒng)和方式，較詳細(xì)地講解其基本原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對一些現(xiàn)在部隊(duì)?wèi)?yīng)用較少的新能源發(fā)電系統(tǒng)則略講。例如，考慮到目前新能源在部隊(duì)的利用集中在邊防、海島等電網(wǎng)難以到達(dá)的地區(qū)，利用形式主要是風(fēng)、光、柴互補(bǔ)發(fā)電和小型海洋能發(fā)電，因此，教學(xué)時(shí)對太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和海洋能發(fā)電這三部分的內(nèi)容進(jìn)行詳講，而其余的地?zé)崮馨l(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電和核能發(fā)電的內(nèi)容則略講；在太陽能發(fā)電這章中，重點(diǎn)講授太陽能光伏發(fā)電及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識，對太陽能熱發(fā)電部分則略講；在風(fēng)力發(fā)電這章中重點(diǎn)講授小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理和離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，對風(fēng)的特性和風(fēng)能應(yīng)用則簡單歸納總結(jié)，這部分內(nèi)容以學(xué)員自學(xué)為主。通過教學(xué)內(nèi)容的合理取舍和優(yōu)化來解決課時(shí)不足與內(nèi)容較多的矛盾。

2.2 改進(jìn)教學(xué)方法

課堂教學(xué)是教師和學(xué)員共同參與的互動(dòng)活動(dòng)，以學(xué)員為主體、以教師為導(dǎo)向的探究式教學(xué)方法有利于調(diào)動(dòng)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)的能力和科學(xué)探索的能力。

基于問題的學(xué)習(xí)屬于探究式教學(xué)法的一種，始于20世紀(jì)五六十年代加拿大的麥克馬斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)院。它著力于把學(xué)習(xí)置于有意義的比較復(fù)雜的問題情景中，旨在讓學(xué)生合作解決具有真實(shí)性的問題，通過學(xué)習(xí)來掌握隱含于問題背景后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能，并培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力[1]。

在基于問題的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生置身于問題情境中，主動(dòng)參與選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的過程，真正實(shí)現(xiàn)其主體地位，而以問題為本的學(xué)習(xí)中教師角色的變換，正符合教師專業(yè)化進(jìn)程中對教師的要求，也促進(jìn)了教師的專業(yè)化成長[2]。

在“新能源發(fā)電技術(shù)”課程講授過程中我們引入了基于問題的教學(xué)方法，教員針對部隊(duì)供電現(xiàn)狀提出問題，學(xué)員就解決問題查找文獻(xiàn)資料，分組討論，形成一些方案，然后各組在課堂上進(jìn)行展示和評比，最后進(jìn)行總結(jié)和反思。例如，我軍西部邊防哨所和邊遠(yuǎn)海島等地方的供電保障難以依靠地方電網(wǎng)，以前靠柴油發(fā)電機(jī)保障，存在噪聲大、尾氣污染大且油料消耗顯著等問題。對此，教員在教學(xué)中可針對西藏高海拔哨所及東南沿海島礁供電提出問題：根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源條件，可以設(shè)計(jì)什么樣的新能源發(fā)電系統(tǒng)方案，這些方案又有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？學(xué)員帶著問題進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的探究、學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明，基于問題的教學(xué)方法非常適合“新能源發(fā)電技術(shù)”這門課程，采用這種教學(xué)方法可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性。

2.3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

實(shí)驗(yàn)課作為教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié),對于學(xué)員理論聯(lián)系實(shí)際,加強(qiáng)對理論知識的理解,培養(yǎng)和提高學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力起著重要的作用。目前我院很多課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對于理論教學(xué)處于從屬地位，學(xué)時(shí)少且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)員在實(shí)驗(yàn)過程中主要按照教師的示范或指導(dǎo)書的步驟去操作，積極主動(dòng)性差，極大地限制了學(xué)員創(chuàng)新思維能力的提高。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是由教師給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)員綜合多門學(xué)科知識和各種實(shí)驗(yàn)原理自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)方式。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)既能為學(xué)員綜合運(yùn)用所學(xué)知識提供良好的條件，鍛煉學(xué)員的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)員分析、解決問題的能力，又能最大限度地激發(fā)學(xué)員的潛能，培養(yǎng)和提高學(xué)員的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，對培養(yǎng)創(chuàng)新人才有很大的促進(jìn)作用[3-5]。

我院的“新能源發(fā)電技術(shù)”課程開課在第7學(xué)期，在此之前學(xué)員已經(jīng)完成“電路原理”、“電子技術(shù)”、“電磁場”、“電機(jī)學(xué)”、“自動(dòng)控制原理”、“電力電子技術(shù)”、“移動(dòng)電源與控制技術(shù)”和“電力系統(tǒng)分析”等專業(yè)基礎(chǔ)或?qū)I(yè)課程的學(xué)習(xí)。通過前期各門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)員已掌握了基本的實(shí)驗(yàn)方法且具備了一定的綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。

因此，我們在“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)中設(shè)置了6個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，分別為太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和海洋能發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)均為綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本覆蓋了理論課的授課內(nèi)容和以前所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識。例如太陽能發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)員設(shè)計(jì)一個(gè)小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用于營區(qū)道路照明，學(xué)員根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和道路照明需要，按照課堂上學(xué)到的知識進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定太陽能光伏電池板、蓄電池等元件的參數(shù)和型號，然后設(shè)計(jì)合理的充放電轉(zhuǎn)換電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這一個(gè)實(shí)驗(yàn)就綜合了“電子技術(shù)”、“自動(dòng)控制原理”、“電力電子技術(shù)”、“移動(dòng)電源與控制技術(shù)”等課程的知識。從課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行后的效果來看，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)確實(shí)有效地提高了學(xué)員獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，有助于培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力。

我院現(xiàn)已建成軍事能源技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)電源與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、清潔能源發(fā)電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和軍事電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，具備充分地進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電和海洋能發(fā)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的條件。本課程主講人員參與過多項(xiàng)與新能源發(fā)電相關(guān)的科研項(xiàng)目，有能力在該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)引入最新的科研成果。

2.4 增加工程實(shí)踐環(huán)節(jié)

“新能源發(fā)電技術(shù)”課程中的一些知識比較新穎，學(xué)員學(xué)習(xí)起來不容易理解，而把課堂搬到工廠、車間，讓學(xué)員對所學(xué)知識有一個(gè)直觀的認(rèn)識，能夠大大增強(qiáng)學(xué)員學(xué)習(xí)的效果。例如在學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)員因?yàn)闆]有學(xué)過機(jī)械方面的知識，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)難以理解，我們采取了直接到風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)廠家參觀實(shí)習(xí)，現(xiàn)場教學(xué)，取得了很好的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

在我院“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)過程中，我們針對課程的特點(diǎn)和存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)幾方面進(jìn)行了一些改革，實(shí)踐證明這些教學(xué)改革措施能充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力，教學(xué)效果較好。

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Teaching Reformation Practice of Renewable Energy Generation Course

YANG Jing1, ZUO Yong-gang2, YI Bin1, LONG Yan1, YUAN Tao1

(1FacultyofMechanicalandElectricalEngineering, 2FacultyofmilitarypetroleumsupplyingEngineering,LogisticEngineeringUniversity,Chongqing401311，China)

In order to accommodate the new military energy needs, our university opens the Renewable Energy Generation course. This article aims at solving the contradiction between much course content and limited course time, solving the problem of how to improve the autonomic learning ability and innovative ability of the students. Some reformations have been carried out in teaching content, teaching method, experiment teaching and practice adding to enhance the study enthusiasm, the autonomic learning ability, the manipulative ability and the innovative ability of the students.

renewable energy generation; teaching content; teaching method; practice teaching

2016-05-18;

2017-07- 24

楊 靜(1973-)，女，博士，副教授，主要從事移動(dòng)電源與新能源發(fā)電技術(shù)教學(xué)、研究工作，E-mail：yj7329@163.com

G642.0

A

1008-0686(2017)02-0057-03