新能源转换与控制技术课程教学改革研究

    施永红 云峰

    

    

    摘? 要 针对新能源转换与控制技术课程教学存在的问题，以增强教学效果、培养学生实践能力和创新能力为目的，对其教学内容、教学方法及考核方式进行深入研究，提出课程改革的新方案并应用于教学实践。

    关键词 新能源转换与控制技术;教学方法;教学改革;实践教学

    Abstract In view of the existing problems in the teaching of New Energy Conversion and Control Technology， teaching content， teaching methods and assessment methods are researched deeply in order to enhance the teaching effect and cultivate students practical ability and innovative ability， at the same time， a new curriculum reform program is presented and is applied in teaching practice.

    Key words new energy conversion and control technology; teaching method; teaching reform; practical teaching

    1 引言

    随着传统能源储备和生产利用环节出现的一系列问题，以清洁高效可持续为目标的新能源应用技术已经受到广泛关注，社会对相关人才的需求也在不断增加。内蒙古工业大学能动学院新能源科学与工程专业为高年级学生开设了“新能源转换与控制技术”课，旨在使学生掌握新能源应用技术，为毕业后从事新能源领域的工作奠定基础。

    “新能源转换与控制技术”课程涉及电气、动力、控制、电子等多个学科[1]，内容多、难度大，对教学的广度和深度提出很高的要求。经过两届的教学实践发现，高年级学生面临考研、就业等压力，投入课程学习的时间少，兴趣不高。为了保证教学效果，需要优化教学内容，选择合适的教学方法和考核方式，充分调动学生的学习兴趣和积极性。本文进行了相关方面的分析研究和教学改革实践。

    2 教学内容的优化

    针对内蒙古地区新能源的资源特点以及发展状况，调整教学内容，重点介绍技术较为成熟的风力发电、太阳能光伏发电。增加实践教学课时数，使理论教学和实践教学所占比例为1：1，以提高学生的工程实践能力和创新能力。调整后的课堂教学主要包括：

    1）新能源发电技术综述，了解新能源发电技术的发展历程、最新研究进展、行业发展动态;

    2）风力发电技术，了解风力发电机组的类型、主要技术参数，掌握风力发电机组主要部件如风力机、发电机、传动系统等的结构和工作原理，了解风力发电机组的基本控制要求，掌握控制策略、控制系统的结构和控制过程;

    3）太阳能光伏发电技术，了解太阳电池的发展和分类，掌握光伏发电原理及光伏发电系统的构成与分类，在控制技术中重点讲解光伏发电最大功率点跟踪技术。

    实践教学主要包括风力发电机组设计、光伏发电系统设计。

    3 教学方法的改革和实践

    采用启发式教学? 抛开教师在课堂上不停讲解、学生被动接受的传统教学模式，针对不同的教学内容，通过巧妙设置一些带有启发性的问题或采用思维导图等方式，引导学生主动思考、积极参与，自主地寻找问题的答案，加深对所学内容的理解和掌握[2]。

    如对于风力发电机组控制技术这部分内容，需要首先让学生了解研究的思路，否则在后续学习过程中会因为缺乏清晰的思维指引而无法理解和掌握。因此，绘制思维导图，见图1。通过这张图，学生可以清晰地看到：对风力发电机组实施各种控制，首先要对不同风电机组（即被控对象）的特性进行分析，这是研究问题的基础，只有掌握了被控对象的特性，才能施加有效的控制;之后，要明确控制的目标是什么，针对不同的目标需要采用不同的控制策略，然后才能设计出相应的控制系统，通过具体的控制过程完成相应的控制目标。

    虽然只是一个简单的思维导图，但对于学生进一步学习各种控制技术起到很好的启发、指导作用。在此基础上，让学生按照思维导图的指引，结合所学的专业知识，分组讨论不同风电机组的特性，并预习相应的控制技术。由于思路清晰、目标明确，因此，学生自主学习的积极性很高，通过课堂反馈充分显示了思维导图的重要作用。

    采用实践式教学? 学生的认知包含两个过程，即由感性认识到理性认识，再由理性认识到实践的过程。这两个过程都以理论联系实际为条件。在“新能源转换与控制技术”教学中，通过两种途径实现理论和实践的有效结合。

    一种方式是带领学生进入实验室、风电场、光伏电站，直接观察、接触相关的设备及现象，從而获得丰富的感性认识，巩固所学的专业理论知识[3]。比如在讲解风力发电机组结构时，带领学生进入风力发电实验室，讲解风力机、传动系统、发电机、机舱等部件的构成。学生不仅可以直观地看到风电机组的整体构成，而且能够利用模型对各个组成部件进行直接观察和触摸，在这个过程中会主动思考、积极提问、互动讨论，学习的兴趣很浓，效果也非常明显。

    另一种方式是在教学过程中，以课程设计的方式让学生进行实践。比如在介绍光伏发电技术之后，将学生分成若干组，每组3～5人，完成10 kW离网光伏发电系统设计。

    首先给出相关设计原始数据，提供整体设计思路，见图2;之后安排学生利用图书馆、网络等方式查阅相关资料，有目的、有选择地学习并掌握各设计环节的计算方法（组长安排每位成员分工协作完成一到两个设计环节;最后，每组制作PPT并在课上介绍设计成果，全班学生进行讨论，评价各组设计的优缺点，评选优秀设计作品。

    在课程设计过程中，学生充分认识到仅通过课堂有限时间学到的理论知识不足以完成设计的全部环节，必须通过其他途径获取、综合、分析所需知识，并与他人有效配合，才能完成相应的任务。通过实践教学环节，培养学生面对工程问题时，如何分析问题，如何有效地获取知识和技能，如何有创造性地解决问题的能力，为毕业后的工作奠定基础。

    采用案例式教学? 新能源技术发展迅速，不断有新的研究成果出现，教学内容需要及时更新和充实，以符合时代发展潮流。为了使学生能够获取新能源发电技术方面的最新知识，拓展学生的视野，激发学生的创新意识，可以选取和课程内容贴近又具有时效性的案例作为补充[4]。案例教学没有现成的答案，需要学生去独立思考，去开拓创新，提出自己的见解。

    如在学习了风力发电和太阳能光伏发电技术之后，提出这样的案例：对内蒙古地区远离大电网的边远牧区，能否利用本地区充裕的风能、太阳能资源建立一种经济实用的发电方式？在教学实践中发现，由于这一案例给出的限制条件很少，学生可以充分发挥想象力和创造力，在小组讨论中经常会有新的想法出现，有些学生通过独立思考能够提出极有深度的解决方案（如风光互补的方案就是学生自己提出的）。这种案例教学方式的运用可以使学生深入体会太阳能发电和风力发电技术的优缺点以及在实际应用中的关键问题。

    采用案例教学法需要注意两个问题。

    一是选择合适的时间。文中的这一案例是在教师讲解完风力发电和太阳能光伏发电技术的基本理论，学生经过一定时间的消化和吸收之后开展的，因此，有效的讨论以及合理方案的提出都是建立在对基本理论充分、扎实掌握的基础之上的。

    二是在进行案例教学时需要进行合理的教学设计，比如如何营造宽松而又井然有序的讨论环境，如何进行讨论之后的总结归纳，只有这样，才能真正收到应有的教学效果。

    4 考核方式探讨

    考核是教学过程的重要环节，恰当的考核方式既能够促进学生复习和巩固所学知识，检查其对知识理解、掌握的程度，也是检验教学效果、改进教学方法、提高教学质量的有效途径。“新能源转换与控制技术”由于内容多，在讲课过程中不断进行知识的更新和补充，仅仅采用传统的试卷考核方式，虽有其合理的一面，但不能有效考查学生的创新能力和学习能力。作为高年级开设的专业选修课，可以采用灵活多样的考核形式，既注重考查学生对基础理论知识的掌握程度，又注重考查学生利用所学知识分析问题、解决问题的能力和创新能力。

    为此，采用平时考核和期末考核相结合的方式，平时考核包括出勤情况、课上提问、课堂讨论发言、课程设计成绩等部分组成，期末考核提供试卷考核和提交论文两种方式。试卷考核主要考查基本理论;论文考核要求学生以自己感兴趣的新能源发电技术的某一个方面为主题撰写研究论文，通过查阅资料、综合分析等多种途径提出自己的观点，通過这种方式培养学生的写作能力、科研能力和创新能力[5]。灵活的考核方式实现了对整个教学过程的动态管理，充分调动了学生的积极性和创造性。

    5 结语

    通过调整和优化教学内容，改进教学方法及考核方式，“新能源转换与控制技术”课程改革在实践教学过程中收到良好效果，主要体现在：

    1）新的教学内容突出了重点，更符合该课程的特点和要求;

    2）多种教学方法的有效结合充分调动了学生的积极性，学生从被动接受知识变成为主动参与、讨论、获取知识，不仅对所学内容有了更加深入的认识，并且锻炼了分析问题、解决问题的工程实践能力。

    3）灵活多样的考核方式改变了学生平时不学习、期末死记硬背的状况，使学生积极参与整个教学过程，取得良好的教学效果。

    参考文献

    [1]惠晶.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

    [2]焦岳超，翟博阳，肖俊明，等.新能源发电与并网技术课程建设与教学改革[J].中国教育技术装备，2017（8）：91-93.

    [3]于振中，方光辉.“新能源转换与控制技术”课程有效教学探讨[J].中国电力教育，2013（20）：60-61.

    [4]张巧杰.“新能源发电技术”课程教学改革初探[J].教育教学论坛，2016（28）：109-110.

    [5]孙欣，黄永红.“新能源发电技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011（35）：95-96.