“新能源发电技术”专业选修课教学改革的探讨与研究

摘要：新能源发电技术是电气工程及其自动化专业的一门选修课，是专业性、综合性较强的一类前沿应用型课程。针对当前新能源发电技术课程教学的现状，结合其课程特点，本文主要从教学内容、教学方法、教学手段和教学理念等方面对新能源发电技术课程的教学改革进行初步探讨。

关键词：新能源发电；教学方法；教学改革；教学理念

中图分类号：TM619 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）14-0217-03

从2006年秋季学期开始，我校电气信息学院就面向电气工程及其自动化专业学生开设了新能源发电技术方面的选修课，2009年学院改革，对原有专业进行重组、调整，新成立了电气与新能源学院，开始招收电气工程及其自动化（新能源发电方向）专业的本科生，重点培养从事新能源技术领域的研究、开发、维护、管理等方面的高级工程技术人才，并在2010年开始招生，现已经达到80人规模，开设的相关课程（含实验）一般安排在第五学期。

开设“新能源发电技术”专业选修课的目的是为了帮助电气工程及其自动化专业的学生全面了解能源科学概况、世界范围内面临的能源问题及其解决对策和发展前景、新能源开发利用的重要性以及新能源开发利用技术等方面的知识。课程内容涉及新能源基础知识、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等内容。针对目前选修课的建设和完善已成为高校教学改革深化的重要环节，选修课教学已然成为高校基于社会对复合型人才的迫切需求，本文将以新能源发电技术课程为例，分别从教学内容的选择、教学方法、教学手段和教学理念等方面进行一些改革研究与分析，其目的在于提高选修课教学质量、促进学生综合能力。

一、精选教学内容

新能源发电技术是一门专业性、综合性较强的应用学科，涵盖了风能、太阳能、生物质能等多种新能源的内容，综合了电气工程、机械工程、工程力学、物理学等学科知识。因其涉及的专业门类、知识面比较宽广，学生普遍反映不太容易找到学习规律，难以把握重点，理解稍困难。因此，结合新能源发电技术课程的培养目标，适当选择课程的教学内容，综合与电气工程相关的专业课，在教学过程中以新能源的发电方式为核心，分析各种类型的新能源、能量转化方式、发电原理等内容之间的相关联系，引导学生逐步把各个关联的知识点汇成知识链，促进学生学习和记忆。对于各种新能源的发展历史、资源分布和特点则可做简单介绍。另一方面，考虑到电气工程专业对学生的培养目标要求，比如有关风力机的空气动力学原理、太阳能热转换原理、生物质热裂解过程等内容可只做概述性讲解，让学生了解其基本概念。教师在教学过程中，需要注意引进当前国际国内的最新科研成果来丰富新能源课程的教学内容。该课程涵盖多方面学科，是当前大力提倡发展的一个技术方向，其涉及到的信息量多，知识更新快。特别是最近几年，不断涌现出研究新能源发电及其相关技术的新方法，使得新能源发电技术得到大力发展。因此，在选择和组织教学内容时，以教材为主体，综合大量的相关文献资料及网络资源，例如中国新能源网、中国新能源发电网等，适当增加一些不仅能反映新能源发电技术前沿领域的新理论、新技术，而且又能展现学科交叉、扩大学生视野的教学内容，不断在教学实践过程中提高这门课程的教学质量。

二、探索灵活的教学方法

在新能源发电技术课程的教学中，需要积极探索，发掘与课程特点相匹配的教学方法。在课堂教学中，需要注重知识性、趣味性，注意理论与实际相结合，可在教学过程中采用启迪式、比较式、讨论式和流程式等多种不同的教学方法，目标明确，重点突出，充分调动学生的学习积极性。

1.启迪式教学法。这种方法可以较好地激发学生的学习积极性，促进他们主动思考，培养他们分析和解决问题的能力。例如，在讲解并网光伏发电系统时，根据学生之前掌握的光伏发电基本原理，启发他们思考为什么要对独立的大规模光伏发电系统进行并网、并网的方式是怎样的、并网的过程中还需要增加哪些相应的装置。通过在教学过程中设置这样一些问题，逐渐开阔他们的思维方式，让他们认识到要使得太阳能发电得到大规模、高效率的利用，必然要对光伏发电系统进行并网，在并网的光伏发电系统中，并网逆变器又是核心设备，不仅能够把光伏电池组件输出的直流电转换成与电网同频同相的交流电馈入电网，同时还起到调节电力的作用。此外，在讲解上述知识点的过程中，还能够巩固学生在电力电子技术课程中所学到的关于逆变器的知识点，培养他们对所学到的各种知识点进行融会贯通、举一反三的学习能力。

2.比较式教学法。采用不同形式的图表对各种新能源发电方式或同一种新能源的不同利用形式进行互相对比，不但形象直观，还有利于培养学生综合分析问题的能力。例如在讲解恒速恒频与变速恒频风力发电系统时，由于这两种风电系统涉及到的知识点特别多，且较难理解，学生在学习过程中难以深入掌握各种系统的工作原理、结构差别等内容，多数学生仅了解大概情况，因此，十分有必要采用图表形式，分别从恒速恒频与变速恒频风力发电系统的拓扑结构、原理、发电机类型、并网方式等多种角度进行归纳、对比，加强学生对这两种最重要的风力发电系统的认识，逐步化解学习风力发电的困惑。

3.讨论式教学法。这种教学方法不仅可以发挥教师的导向作用，还可引发学生的学习主动性。比如在讲解三种经典的太阳能热发电系统时，可以提前安排三组学生分别搜集关于槽式、塔式和碟式太阳能热发电系统的资料，并在上课时先分别邀请各组的学生代表描述他们所认识的这三种不同的太阳能热发电系统，可以从热发电系统的基本原理、系统结构、组成部件、系统功能、应用情况等方面进行阐述。在讲述过程中，教师可适时启发他们，就其中的某一知识点，可以是大家感兴趣的，或者是十分重要的知识点进行展开，和同学们一起探讨，帮助学生深入理解不同类型的太阳能热发电系统的工作原理等内容。同时，在这种讨论式教学过程中，结合不同太阳能热发电系统的图片进行讲解，可以使得整个教学过程更生动、更丰富多彩。

4.流程式教学法。当涉及到知识点繁多、关联性强的教学内容时，可以采用流程式教学法。这种方法可首先从系统的角度进行说明，再逐层清晰讲解，可帮助学生培养良好的思维习惯和分析解决实际问题的能力。例如，在讲解有分拣场垃圾发电工艺流程时，结合美国的H-Power夏威夷垃圾发电厂实例，采用如图1所示的垃圾发电工艺流程来介绍。

先阐述在垃圾焚烧前，需要经过一系列输送、筛选和粉碎装置，把那些不易处理和不能燃烧的垃圾首先在分拣场清理掉。再介绍经过处理后的垃圾则被送入高温焚烧炉中焚烧，形成的残渣、灰渣送出填埋。烟气在排放前需注入石灰脱硫，中和酸性气体，并传热给水变成高温高压蒸汽，进入汽轮机发电。最后，还要说明烟气经锅炉尾部受热面后，经静电除尘达标后，进入烟囱排放，静电除尘后的细灰渣则可做建材进行综合利用。通过这样一个简洁的垃圾发电工艺流程图，可让学生迅速掌握垃圾发电的基本原理，了解各个生产环节的作用和相互关系，培养学生分析复杂问题的系统性思维。

三、采取多样的教学手段

相对于必修课而言，专业选修课的特点决定了它的教学方式有所不同，其更注重知识体系的完整性和学生兴趣的引导。这必然要求教师不断革新自己的教育观念，在教学过程中全面认真地设计教案，采用多样化的教学手段调动学生的学习兴趣，充分激发学生的学习积极性，引导他们主动参与到课堂教学过程中，展现他们的课堂主人翁精神。

1.主次分明，突出重点。由于新能源发电技术课程涵盖内容较多，而授课学时又有限，因此在教学中不可能讲授全部内容，必须做到重点突出，精讲主要内容。比如在纵多类型的新能源发电方式中，根据我们学院的专业设置特点，可重点讲授太阳能发电、风能发电和小水力发电。此外，还要注意详略结合，对主要的、基本的内容仍可采用讲课方式，而对其他内容则可以讲座、讨论方式开展，增大课堂教学的信息容量。比如在讲授太阳能发电时，就应以讲课方式详细讲解光伏发电，而以讲座方式讲解太阳能热发电。这种主次分明的讲课模式，不仅能使学生扎实学到本课程最主要、最核心的内容，还可以开阔他们的知识面和视野。

2.应用先进教学手段，提升教学效果。根据精选的授课内容，有效地运用网络资源，制作形象直观的多媒体课件，以改善教学的直观效果，增加授课内容的信息量。例如，当介绍不同类型的水平轴式风力机和垂直轴式风力机时，可以多向学生演示一些与它们相关的图片和Flas，结合这些多媒体资料讲解，可加深学生印象，让他们对这几种典型的风力机及其工作方式等内容有更深刻的理解。同时在上述教学过程中，要注意与传统板书方式相结合，引导学生逐步分析，并适当地留给学生一些思考时间，较好地把握课堂节奏。

3.结合实事，激发学生学习积极性。新能源发电技术课程所讲授的一些主要新能源发电方式在目前逐渐得到越来越多的应用，与人们的日常生活也越来越紧密。在介绍不同类型的新能源时，可以充分结合当前社会生活中出现的一些相关时事焦点事件，把它们提出来让学生讨论，既能激发他们的学习热情，活跃课堂气氛，还加强了他们对讲课内容的理解。例如，墨西哥湾的BP公司漏油事件、康菲环渤海湾污染事件，特别是全球石油供需关系的发展态势、气候变化和环境保护的压力，都迫切需要全球共同确定和构筑能源发展的新理念，开创新时期能源发展的新路子。结合上述实例，引导学生思索大力发展新能源、调整能源结构的必要性，让他们从新能源利用方式等层次进行探讨。通过这种教学方式，不仅可让学生深入理解课程内容，激发他们的兴趣，还能培养学生解决实际问题的能力。

4.穿插习题，实时归纳。在风力发电部分的教学过程中，其涉及到的不同类型风力机结构、发电方式、并网方法等知识点比较多，多数学生会感到理解有一定困难。为了让学生能够及时掌握课堂所学内容，讲课过程中可在恰当时候穿插一些事先准备好的习题，这些习题不一定来自教材，教师可根据其他相关资料自主设计。通过课堂练习，可以考查学生对相关知识点的掌握程度和存在问题，及时解决他们的困惑。比如，在讲解变速风机驱动双馈异步发电机并网系统时，可穿插一个关于发电机转子回路控制方式的多选题，通过该练习，能够加深学生对这部分重要内容的理解，从一定程度上也可改善课堂氛围，充分激发学生的学习主动性，发挥学生的主体作用。

5.结合共同点，学习新能源发电。新能源发电方式与常规能源发电方式，除了在一次能源的来源与能量转换方式等方面有较大不同外，它们在发电环节大多具有很多共同点。因此，在讲授各种新能源发电形式时，注意随时和常规能源发电方式进行类比，结合两者之间的共同点讲解，不仅可以促进学生对新能源发电方法的理解，还可以巩固他们对常规能源发电方法的认识。例如，在讲授地热发电时，其和火力发电的原理基本一样，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。

四、培育素质教育的教学理念

不论是专业必修课，还是选修课，教师都需要培育素质教育的教学理念，新能源发电技术课程的教学更是如此。通过在理论教学过程中，结合一些生动的经典案例等进行讲授，既可调动学生学习的主观能动性，又能加强他们对新能源发电方法的认识，逐渐培养学生探索求知的精神。比如，通过介绍风能发电的几种典型装置与设备，以探究风能发电在当前得以大规模运用的原因。正是这些大量科研人员对风能发电装置的研发，才使得风能发电不仅仅是论文里的成果。通过一些经典案例，充分调动学生学习的主观能动性、学习兴趣和求知欲，这样才能达到开设专业选修课“培养学生能力，挖掘学生潜能”的目的。

五、结语

新能源发电技术课程是一门知识覆盖面广、学科前沿的专业选修课，而随着其利用方式和技术的不断发展，这门课程的教学内容也将不断更新，教学方法也会随之不断改进，通过改进教学手段和逐步增加实验环节，实时强化创新意识，这样就一定能够逐步改善人才培养过程中普遍出现的一些问题，如学生能力薄弱、缺乏创造性、主动性等，达到真正提升学生的思维创造能力以及综合素质的目的，培养出与时俱进的、创新型的合格应用型人才。

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基金项目：三峡大学教育科学研究项目（1108）

作者简介：王凌云（1981-），男，讲师，博士，研究方向为新能源发电的优化控制技术等。