陈健 陈丽兵

【摘 要】针对“风力发电原理与应用”课程的教学特点及新能源科学与工程专业的人才培养目标，提出了研讨与项目相结合的教学方法。研讨和项目相结合的教学模式突出了学生自主学习的地位，加深学生对专业知识的理解和掌握，培养学生组织、协作、创新、综合运用应用、研究等能力，为新能源科学与工程专业培养专业化人才。

【关键词】风力发电原理与应用；研讨式教学；项目式教学；探索

中图分类号： TM614 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0121-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.052

【Abstract】In view of the teaching characteristics of Wind Power Principle and Application course and the training target of New Energy Science and Engineering major， a teaching method combining seminar and project teaching method is proposed. This teaching mode highlights the students' autonomous learning， deepens the understanding and mastery of the professional knowledge， cultivates students' organization， coordination， innovation， comprehensive application and research ability， and cultivates professional talents for the New Energy Science and Engineering major.

【Key words】Wind power generation principle and application； Seminar teaching mode； Project teaching mode； Exploration

0 引言

近年來，日益严重的能源和环境问题使得新能源的开发与利用越来越成为当今世界所关注的焦点[1]。风能作为一种技术成熟的、世界上发展最快的新能源，利用其发电的方式得到了快速发展，具有广阔的发展前景。在风力发电产业大力发展的同时，专业风电人才短缺成为了风电行业亟需解决的问题。在这样的大背景下，国内外一些高校开始设置新能源专业进行高等人才的培养[2-3]。基于盐城所拥有的风力产业特色，于2011年盐城工学院的新能源科学与工程专业开始招生，针对风电人才设置了“风力发电原理和与应用”、“风力机组的检测与控制”、“风能和太阳能发电并网技术”等课程。其中，“风力发电原理和与应用”课程是新能源科学与工程专业中一门重要的专业必修课程。“风力发电原理与应用”课程涉及的内容广泛，主要包括风资源测量、控制理论、电机学、空气动力学、电工学、检测技术等基础知识。在目前工程类本科专业课教学中，学生所获得的知识大部分来自专业课程教学。专业课程教学很多还是以“教”为主，学生缺少自主学习和动手操作的主动性[4-6]。在学习“风力发电原理与应用”课程中，如何让学生能更好理解、掌握和应用所学知识，并能根据所学的知识完成一些简单的项目来提高自身实践能力成为教学过程中一个需要解决的难点。针对于此，本课程教学过程中研讨和项目相结合的教学法将运用其中，研讨式教学主要是以解决问题为核心的教学方式。通过教师提出问题，学生以小组模式共同查找资料、讨论、研究、解决问题，然后提出主要观点，从而培养学生协作、组织、创新、探索的能力[7-8]。项目式教学是以项目为中心的教学方式，通过教师提出项目，教师引导学生，学生以小组的模式共同参与项目的研究，培养学生综合运用知识、解决实际问题、协作、创新等能力[9]。

1 风力发电原理课程特点

研讨式教学主要采用教师讲解和学生讨论相结合的教学模式[5]。“风力发电原理与应用”课程的研讨式教学需要结合这门课程的特点，对课程内容进行精心设计，才能取得较好教学效果。“风力发电原理与应用”的特点如下：“风力发电原理与应用”课程是新能源科学与工程专业的专业必修课。盐城工学院新能源科学与工程专业开课时间安排在本科生第5学期。“风力发电原理与应用”是“机械设计基础B”、“机械制造技术基础”、“风力机空气动力学”、“电机学”、“电力电子技术”等课程的后续课程，是“风电机组监测与控制”、“风能和太阳能发电并网技术”课程的先修课程。通过本课程的教学，学生们了解课程中所讲解的风的特性及我国的风能资源分布特等点、风力发电机组的系统组成、结构、工作原理、安全运行与维护、风电场的确定、风能存储、风能的其他用途、风力发电的发展，为学生今后从事风力发电机组设计、运行与维护等工作打下基础。

风力发电原理与应用课程在风力发电场应用广泛、涉及面广：主要涉及到自动控制、风资源测量、电机学、电工学、故障诊断等基础知识。风力发电原理与应用是新能源科学与工程专业一门重要的专业必修课。该课程内容广泛、综合性强，对本科生的研讨能力和创新能力的培养至关重要。

2 风力发电原理课程研讨式教学

“力发电原理与应用”课程有56个课时，分28次授课，每次两个课时，时间为90分钟。每次课的时间安排如下：每次课的第1节课和第2节课前30分钟作为教师讲解基础知识，目的是使学生掌握基本的知识单元和知识结构，第2节后10分钟安排学生根据教师所提出的问题进行分组分析与讨论，目的是培养学生的创新能力、协作能力、表达能力，最后5分钟教师进行总结与归纳，目的是理清本次课的脉络。

“风力发电原理与应用”课程内容包括绪论、风力机的结构类型、风力发电的基本原理、风力发电机组、风力发电技术、风力发电机组安全与维护、风电场的确定、风能储能等[10]。本文以风力机的特性为例，实施研讨式教学，教学过程分四个步骤：

2.1 专业知识的讲解

风力机特性对于学生来讲是新的内容，同时会出现很多新的名词和概念。教师在课堂上讲解的内容如下：风轮空气动力特性和风力机运行特性两个部分。风轮空气动力特性部分包括叶尖速比、桨距角、风能利用系数、最佳叶尖速比等相关概念及计算。风力机的运行特性部分包括定桨距风力机和变桨距风力机，以及叶轮实度对风力机特性的影响。最后给出风力机特性中风能利用系数与桨距角和叶尖速比的关系，定桨距风力机和变桨距风力机的特点及如何分类，以及叶片数与叶轮实度的关系及对风能利用系数的影响等。

2.2 提出问题

在每一次课的结尾教师点评时会给班上同学布置课外作业，这些课外作业也是下一次课学生讨论的问题，督促学生在上课之前要预习教学内容并上网查找相关的资料。这样做的目的是学生不仅只听老师在课堂里讲，而且还学会主动参与到课堂里来，发挥自己见解，做到有的放矢。本次课提出的问题是当桨距角一定时如何获取最大风能利用系数、定桨距风力机组和变桨距风力机组的优缺点，在不同的额定容量要求下选择如何选择哪一类风力机组。

2.3 学生讨论分析问题、制作PPT

每一次授课都将学生进行分组，每10人一组，共6组，兼具讲解、PPT制作、答辩的基本功能。每次分组选一位组长和一位副组长，并且是轮流制。组长主要组织组员讨论和分析问题，结合組员的回答情况进行总结提出本组的主要观点，并提供相应的支撑材料。副组长负责记录每位组员参与和回答情况。最后，在所有组员共同努力下制作完成相应的PPT，并在上课前由组长通过邮箱发送给授课教师。教师将随机抽出两组进行课堂答辩，上课时随机抽出1位组员进行陈述本组的主要观点，同时2到3位组员负责对其他问题的阐述，可以提高每位组员参与度，以免有学生在其中“打酱油”。每组答辩时间控制在5分钟以内，陈述3分钟，答疑2分钟。最后，通过PPT展示、答辩和每位同学的参与情况，对每位小组成员进行打分，成绩将记入平时成绩中。

2.4 学生答辩、教师点评

在学生讨论完“当桨距角一定时如何获取最大风能利用系数、定桨距风力机组和变桨距风力机组的优缺点，在不同的额定容量要求下选择如何选择哪一类风力机组”后，最后一个重要环节是教师对答辩情况的总结与点评，以及本次课的重要知识点的总结，并提出下次课所要讨论的问题。一是通过学生答辩的情况，可以了解学生对知识点的掌握情况，指出不足的地方，让学生对问题加深理解；二是通过对本次课的重要知识点进行梳理和总结，学生对本次课的重点和难点有清楚的了解；三是通过给出下次课讨论问题，并要求完成相应PPT，可以促使学生主动完成课前预习；四是授课教师根据每位副组长的记录表可以了解每位学生的参与和课前预习情况。

3 风力发电原理课程项目式教学

“风力发电原理与应用”课程要求学生不仅能理解课程中的知识，还要具有综合运用知识、实践、研究等能力。这些能力的培养仅仅通过研讨式教学还未能达到，还需要结合项目式教学进一步加强。通过把一门课程做成一个总项目，然后每个重要章节做成该项目下的子项目，学生在不同阶段完成不同的子项目，最后课程结束后将所有子项目结合起来就可以成为一个整体性项目。以“风力发电原理与应用”课程为例，该课程的项目名称可开设为“永磁同步风力发电机的最大功率追踪控制研究”，该项目主要是通过MATLAB/Simulink建模来完成。该项目需要学生了解和掌握风能转换原理、风能利用系数、水平轴风力机、永磁同步电机、控制理论、储能、变桨系统等知识，相关知识点在课程中的不同章节均有介绍。项目式教学的分组模式与研讨式教学一致，但课程时间安排上有所区别。项目式教学的答辩主要安排在重要章节结束后的讨论课上，每组7分钟陈述，5分钟答疑，2分钟教师点评。下面同样以风力机的特性为例，介绍项目的实施过程。

3.1 项目的基本信息

3.1.1 项目任务

依据风轮空气动力特性的数学模型，通过MATLAB/Simulink建立风能利用系数的仿真模型，测试桨距角为0时，不同风速下风能利用系数的变化情况，并画出相应的曲线；测试风速为12m/s时，不同桨距角下风能利用系数的变化情况，并画出相应的曲线；总结一下桨距角和风速对风能利用系数的影响，以及在不同风速下风力机如何捕获最大风能。

3.2.2 教学目的

通过建模，增强学生综合运用知识的能力，同时培养学生运用专业软件的能力；通过不同的测试所得出的结果，加深学生对风力机特性的理解，了解哪些量影响风力机特性。

3.3.3 项目所需要的支撑

风力机的特性理论知识的支撑，MATLAB/Simulink软件的运用以及组员之间的相互协作。

3.2 实施项目式教学过程中的主要内容

第一步，在学期开始前将每个项目的要求和分组情况告知给各班班长，由他们传达给学生；第二步，学生以小组模式完成每个子项目要求；第三步，课堂答辩，在每个小组中随机抽3-4位组员分别进行陈述和答疑；第四步，对项目完成的合理性和正确性进行点评；第五步，各小组组员之间进行互评，最后由教师根据互评表、答辩情况以及项目完成的情况进行给分，并记入到平时成绩中。

4 研讨和项目式教学的总结

在“风力发电原理与应用”课程中引入研讨式教学，让学生更好地了解和掌握基本知识、基本概念、基本理论，同时培养学生组织、协作、表达、创新和制作PPT等能力。通过项目式教学，学生加强运用综合知识、使用专业软件、探索研究等能力。从实施研讨和项目相结合教学方式的效果看，新能源科学与工程专业“风力发电原理与应用”课程取得了良好的效果。在实施“风力发电原理与应用”课程研讨式教学过程中，有些问题值得进一步讨论：如何提高学生小组讨论的参与度；如何在小组讨论、PPT制作、专业软件使用上更好地发挥每位学生特长；如何更好地将研讨式和项目式教学融合在一起等等。

【参考文献】

[1]陈登宇.新能源科学与工程专业人才培养模式研究[J]. 科教文汇（下旬刊），2015（1）：61-62.

[2]杨世关，李继红，董长青.国内外新能源专业人才培养方案对比与分析[J].中国电力教育，2013（6）：58-61.

[3]唐明珠.研讨式教学在风力发电原理课程中的探索与实践[J].教育教学论坛，2017（11）：175-176.

[4]刘姝.“风力发电原理与应用”课程教学改革与探索[J]. 现代企业教育，2014（10）：522-522.

[5]韩时琳，赵利平，曹周红.研讨式教学模式在工程类专业课中的应用探索[J].高教论坛，2015（5）：51-54.

[6]曾明星，蔡国民，覃遵跃，等.基于翻转课堂的研讨式教学模式及实施路径[J].高等农业教育，2015（1）：76-81.

[7]李微，陈荐，张志刚，等.研讨式教学方法在能源类专业动力机械强度学课程上的应用[J].科教导刊（上旬刊），2017（5）：152-153.

[8]张文娟.研讨与实验教学法在风力发电课程教学中的应用[J].信息系统工程，2017（11）：165-165.

[9]杜志强，邱美艳，岳大为.浅谈项目教学法在风电教学中的应用[J].风能，2013（8）：42-44.

[10]徐大平，柳亦兵，吕跃刚.风力发电原理[M].机械工业出版社，2011.