風力發(fā)電技術課程思政建設探索

王前 戴曉 周彤彤

摘?要：隨著清潔低碳能源體系的構建，新能源行業(yè)蓬勃發(fā)展，風電光伏產業(yè)已經(jīng)成為最具競爭力的產業(yè)之一，對德才兼?zhèn)涞母呒墤眯腿瞬诺男枨笠哺鼮槠惹?。結合“風力發(fā)電技術”課程涉及面廣、學科融合性強等特點，開展課程思政建設，注重思政元素的挖掘和融入方式，以開展線上線下混合式教學、開放實驗室、專題調研等方式，在傳播知識的同時，增強學生的實踐創(chuàng)新能力、文化自信、民族使命感和自豪感。

關鍵詞：風力發(fā)電；課程建設；教學方法

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.24.084

0?引言

2022年5月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關于促進新時代新能源高質量發(fā)展的實施方案》中提出，要實現(xiàn)到2030年風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上的目標，加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系。近年來新能源行業(yè)迅猛發(fā)展，風電光伏產業(yè)已經(jīng)成為最具競爭力的產業(yè)之一，對新能源發(fā)電技術人才的需求也越來越大。培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膶I(yè)技術人才是我國高等教育的重要目標和任務，課程思政是實現(xiàn)大學生的能力素質與思想道德素質雙提升的系統(tǒng)性工程，推動課程思政提質增效，是為黨育人、為國育才的應然之策。

風力發(fā)電技術是我院新能源與材料器件專業(yè)的核心基礎課程，也是我院新建“新能源發(fā)電技術”微專業(yè)的主干課程之一，為實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)與價值引領的有機統(tǒng)一，應注重課程中思政元素的挖掘和融入課程的方法。本文從課程內容、思政元素挖掘、教學方式、思政元素融入方法等角度出發(fā)，對風力發(fā)電技術課程思政建設進行探索，也為新能源發(fā)電技術其他課程的思政建設提供參考。

1?課程內容及其中的思政元素

風力發(fā)電技術課程內容包括緒論、風能及其轉換原理、風力發(fā)電機組結構、風力發(fā)電機、風力發(fā)電機組的控制技術、垂直軸風力發(fā)電機組和離網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)。風力發(fā)電技術是一門綜合性很強的課程，涉及能源、電力、材料、機械、自動控制、氣體動力學等多個學科，也包含非常多的思政元素，例如，緒論中主要介紹風能利用及風力發(fā)電的歷史、中國的風能資源與開發(fā)前景、風力發(fā)電技術現(xiàn)狀與發(fā)展及風電機組相關設計標準等。從裝機容量上看，中國是世界上排名第一的風電大國。從風能利用的歷史來看，中國是世界上最早利用風能的國家之一?！段镌份d：“伏羲始乘桴……夏禹作舵加以逢帆檣。”可見，早在上古時期，人們就已經(jīng)發(fā)明了船和筏，到了夏禹時代，就開始使用帆。要利用風，首先要了解風，風的測量分為風速的測量和風向的測量，早在公元?132?年，張衡就發(fā)明了候風儀，這對后來合理有效地利用風能具有十分重要的意義。這些歷史配上相應的圖片和動畫，容易引起學生學習風電的興趣，也有利于培養(yǎng)學生的文化自信和民族精神。

從全球風力發(fā)電的發(fā)展中看，能源危機是風電產業(yè)崛起的一個重要原因，隨著生產力和生活水平提高，世界能源消耗迅速增長，在20世紀，世界人口增長4倍，而能源消耗增長16倍。常規(guī)的化石能源儲量有限，隨著消耗的迅速增長面臨數(shù)量緊缺和價格提高。并且，化石能源開發(fā)和燃燒利用加劇了人類和地球生物生存環(huán)境的惡化。唯一的出路是調整能源結構、開發(fā)利用清潔可再生能源。在這樣的背景下風電逐漸走上了商業(yè)化道路，并且技術水平越來越成熟。這也提醒我們敬畏自然，與自然和諧相處，走可持續(xù)發(fā)展之路。我們也必須認識到在風力發(fā)電的發(fā)展歷史中，我國的風電開發(fā)曾長時間處于發(fā)展緩慢階段，直到1989?年，內蒙古朱日和風電場第一批風電機組投產，標志著我國風電開發(fā)進入了商業(yè)運行的階段。從?2003?年起，隨著國家連續(xù)5年組織風電特許權招標，規(guī)劃大型風電基地，開發(fā)建設大型風電場措施的出臺，特別是在?2006?年實行了《可再生能源法》，在一年之內制定頒布包括優(yōu)惠電價政策在內的一系列法規(guī)、政策措施，我國風電開發(fā)建設進入了跨越式的發(fā)展階段。經(jīng)過?30?多年的努力，中國風電已經(jīng)取得了巨大成就，在世界能源格局中占據(jù)了舉足輕重的重要地位，但與歐美等發(fā)達國家相比，在風力發(fā)電核心技術領域，仍算不上風電強國。中國風電仍有很大的上升空間，我們期待未來有更多的高技術人才投入到風力發(fā)電領域。

2?教學方式及思政元素融入方法

2.1?線上線下混合式教學

在線下課程中，風力發(fā)電技術主要包括理論課和實驗課。理論課以教師講授為主，學生發(fā)言、專題討論及專題匯報為輔的方式開展，在適當?shù)膬热葜腥谌朊褡遑熑胃小⒖茖W精神、可持續(xù)發(fā)展理念、民族自豪感、大國重器及大國崛起等元素，引導學生討論和思考，以潤物細無聲的方式感染學生的價值觀和責任感。實驗以學生動手探索為主，教師指導、考核為輔的方式開展，內容包括風力機葉片數(shù)、葉片長度、槳距角、負載等對輸出功率的影響，風力機尖速比的研究、風場中風的測量，風光互補路燈，風光互補實訓等。此外，風力發(fā)電技術建立了較為完善的線上課程，包括預習模塊、重難點講解和課后拓展模塊，其中課后拓展模塊除創(chuàng)新性設計類項目外，還包括豐富的風電前沿知識、風電紀錄片如《走遍中國》五集系列片《風光無限》、五集系列片《大風歌》——面朝大海、海上利器、追風逐浪、風電奇兵、風生水起等，可供學生課后碎片化時間觀看，紀錄片中的內容有利于讓學生更加全面地了解風電的現(xiàn)狀，激發(fā)學生的民族自豪感和使命感。

2.2?開放實驗室

新能源發(fā)電對人才的需求呈現(xiàn)多層次特征，其中對高素質應用型人才的需求尤為迫切，在應用型人才的培養(yǎng)過程中，實驗、實踐能力的培養(yǎng)是不可或缺的，傳統(tǒng)課堂學時有限，且照顧不到每個學生的興趣和特長，基于此，風力發(fā)電課程為學生申請開放實驗室，支持和鼓勵學生利用課余的時間開展相關探索性實驗、實踐項目。例如在風的數(shù)學描述部分，給開放實驗室配備測風設備，并支持學生調研采購或自主設計相關組件，在校園內及周邊區(qū)域進行實地測量，驗證風廓線的適用性，培養(yǎng)學生的動手能力，養(yǎng)成嚴謹認真的科學態(tài)度，以工科的獨特視角觀察風場的變化，感受自然界的美好與神秘，引導學生敬畏自然，注重與自然的和諧相處。

2.3?專題調研，小組作業(yè)

結合課程內容、行業(yè)熱點和學生興趣，擬定了10個課題，讓學生組隊選擇其中的一個進行較為深入的研究，以下選擇其中兩個進行介紹。

2.3.1?風力發(fā)電在建筑中的應用

從原始社會在樹上搭建擋風遮雨的窩開始，建筑就與人類相依相隨，到目前為止，建筑已是人類生活、工作須臾不可分離的重要物質。建筑作為人類生活的載體滿足著人們各方面需求的同時，也制造出許多的環(huán)境污染物，消耗了很多的能源，主要是不可再生能源。建筑在大量耗能的同時，還向外界排放著大量的二氧化碳，使全球變暖加劇。降低建筑中的能耗，引入可再生能源已經(jīng)是目前國際上研究的炙熱課題。風能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，建筑設計者們已經(jīng)在考慮如何將風力發(fā)電機安裝在建筑上，使其為建筑提供電力，降低對不可再生能源的使用和減少二氧化碳的排放，風力發(fā)電在城市建筑中的應用已有很多成功的案例。

有的同學重點調研了建筑環(huán)境中的風能利用情況，包括建筑環(huán)境中風能的特點、風能利用形式和風能利用研究概況、風力機與建筑結合的新趨勢等。有的同學調研了風電建筑一體化的基本概念、發(fā)展過程、優(yōu)點和現(xiàn)存問題，以及一些風電建筑一體化的國內外實例。在此基礎上論述了風電建筑一體化的3種應用形式：一是風力機安裝在建筑屋頂上，二是風力機設置在兩座建筑物之間，三是風力機設置在建筑物的空洞中。并結合國內外的建筑實例從當?shù)氐娘L況、建筑的特點、風力機所處的高度、美觀性、當時風力機的技術情況、風力機與建筑結合的方式等方面分析它為何選用該類型風力機。學生在拓展知識面的同時，更加清晰地認識到人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應自然、保護自然。生態(tài)環(huán)境是人類生存最為基礎的條件，是我國持續(xù)發(fā)展最為重要的基礎。

2.3.2?簡易小風洞平臺的設計與搭建

風力發(fā)電的原理是風吹動風輪旋轉，把風的動能轉化成風輪旋轉的機械能，通過主傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機，發(fā)電機把機械能轉化為電能。風輪捕獲風能的多少直接決定了風力發(fā)電機組的發(fā)電量，風輪的設計方法有兩種：計算流體力學和實驗流體力學，計算流體力學的優(yōu)點是成本低、速度快，但結果仍需實驗的驗證。要采用實驗方法研究風輪，首先要能模擬真實風場，以研究各種風況下風力機的性能，獲得高性能的風輪。

模擬自然風場，最可靠的設備是風洞，常用于航空航天領域，其精度高、可控性強，但是造價昂貴，通常在百萬以上?；谛履茉床牧吓c器件專業(yè)實驗室的教學屬性，要建立高精度的風洞不現(xiàn)實，而風電、流體方向的實訓、實驗、畢業(yè)設計及課外學術競賽等拓展訓練中又急需一個可提供一定風速范圍的、均勻、穩(wěn)定的風場，通常用一個簡單的鼓風機來實現(xiàn)，但是對此風源后100mm處平行于鼓風機出口截面上的風場進行了測量，發(fā)現(xiàn)風場是非常不均勻的，且此風源只能提供這一種風場，不可調節(jié)速度。自然界的風時時變化，且在某一個特定時刻下，風力機掃略平面內的風速接近均勻，我們做風力機性能試驗，尤其是優(yōu)化風輪的設計實驗時，此風源遠不能達到模擬自然風場的目的。為提高實驗室的實驗條件，在低成本下實現(xiàn)自然風的模擬，為風輪提供風速在一定范圍可調、均勻、穩(wěn)定的風場，本課題鼓勵學生通過文獻調研、實地考察等方式設計適用于風電實驗室的簡易小風洞，并在搭建過程中測量風場均勻性、穩(wěn)定性、可調性，將測量結果反饋到設計方案中，希望通過多輪優(yōu)化，搭建出可模擬自然風的簡易小風洞。

有的同學在了解風洞的設計方案的基礎上，結合實驗室空間條件、資金條件和對風洞的指標要求，擬定第一輪設計方案，并選擇合適的組件，如功率足夠大、可無級調速的風源，蜂窩器，阻尼網(wǎng)，能兼容實驗室的風力發(fā)電儀等設備的風洞外殼，可實現(xiàn)狹小空間多點精確測量的風速儀，固定風速儀并將其移動到測量點的輔助支架等。有的同學借助學校3D打印機、數(shù)控機床等設備制作風洞組件，如風洞外殼、支架。無法自行制作或自行制作成本更高的組件如風速計、風源、阻尼網(wǎng)等，在廣泛調研的基礎上，根據(jù)需求確定型號，完成了采購。小組同學合作搭建了小風洞，詳細測量了實驗段風場，將測量結果作為反饋信息，優(yōu)化設計方案。通過數(shù)次設計、搭建、優(yōu)化的過程，所搭建的簡易小風洞可提供一定風速范圍內、均勻、穩(wěn)定的風場。在不斷的設計、優(yōu)化、搭建過程中，同學們總結出了一套高品質簡易小風洞平臺設計方案，從方案設計、組件3D打印及加工采購，測試平臺升級，測試信息反饋，風洞平臺優(yōu)化，直至搭建出滿足設計指標的小風洞平臺，對高品質、低成本簡易小風洞的設計具有較高的指導意義。此課題的開展也有利于培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新精神、嚴謹認真的科學態(tài)度和團隊合作能力。

3?結語

結合課程內容，深入挖掘“風力發(fā)電技術”課程中的思政元素，在教學過程中注重思政元素的融入方式，采用線上線下混合式教學、開放實驗室、開展專題調研等方式，精心設計教學方案，潛移默化地影響學生，在傳授專業(yè)知識的同時，增強學生的文化自信、民族使命感與自豪感、堅定不移地走可持續(xù)發(fā)展道路。

參考文獻

［1］蒲清平，黃媛媛.黨的二十大精神融入課程思政的價值意蘊與實踐路徑[J].重慶大學學報（社會科學版），2022，28（06）：286298.

[2]楊振華，雷維新，劉運牙，等.新能源材料與器件專業(yè)本科生培養(yǎng)新模式的探索與實踐[J].科教文匯（中旬刊），2021，539（23）：8688.

[3]吳發(fā)紅，于小娟，殷勇，等.土木工程專業(yè)課程思政教育的探索與實踐[J].高等建筑教育，2022，31（04）：115121.

[4]徐大平.風力發(fā)電原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022.

[5]趙華，高輝，李紀偉，等.城市中風力發(fā)電與建筑一體化設計[J].新建筑，2011，136（03）：4548.

[6]寧磊，張偉.風力機與高層建筑一體化初探[J].科技視界，2016，173（14）：4546.