“新能源發電技術”課程教學內容和方式探索

摘要：近年來隨著新能源發電技術的發展，相關專業人才的需求也迅速擴大，不少高校均開始開設“新能源發電技術”課程。但該課程“多”、“新”和“實”的特點，增加了學生學習的難度。從介紹新能源發展的趨勢入手，對課程教學內容進行了遴選，做到了既有覆蓋又有重點；根據課程特點優化了教學方法和教學手段，活躍了課堂氣氛，激發了學生學習的積極性；注重理論與實踐的統一，改變“不思考”實驗模式，通過實驗提高學生的思考能力、動手能力。

關鍵詞：新能源發電技術；教學內容；教學方法；實驗環節

作者簡介：馬海嘯（1980-），男，回族，江蘇南京人，南京郵電大學自動化學院，副教授。（江蘇 南京 210023）

基金項目：本文系南京郵電大學教改項目（項目編號：JG00512JX59）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0106-02

能源危機與環境污染已成為制約人類社會進步和發展的兩大障礙。新能源發電技術因其環保、低碳等諸多優勢，能夠有效應對能源與環境問題，已日漸成為發電技術的主要發展方向。[1]于是為社會輸送掌握新能源相關技術的各種科技人才已成為當今高校的重要任務，不少高校近年來紛紛增設“新能源發電技術”課程，但對于該課程的教學內容和教學方式均處于摸索階段。

“新能源發電技術”是南京郵電大學電氣工程及其自動化和智能電網兩個專業的課程體系中一門重要的專業課。筆者根據四年的教學實踐，發現該課程具有“多”、“新”和“實”的特點。[2]“多”是指課程涵蓋內容多，涉及電氣、動力、材料、機械、控制等多個學科，因此概念多、推導多、計算多。“新”是指該課程是一門“新”的綜合性課程，一些單一傳統的教學方法并不能滿足課程的教學需求，所以需要用“新”的教學方法和手段來適應課程的教學需求。另外新能源利用的過程也是科技不斷探索的過程，因此教學內容也需要更新，不能一成不變。“實”是指課程與工程實踐密切相關，所學內容大多是實實在在的工程裝置，授課時不能只談原理不談應用，理論和實踐必須做到高度的統一，才能增強學生的學習熱情。這三個特點對學生學習、教師教學和學校的實驗設備都提出了較高的要求，因此摸索出一種適合該課程的教學模式勢在必行。[3-5]

針對上述問題，本文對“新能源發電技術”課程的教學做了較為系統的研究，主要針對教學內容、教學方法、實驗設計等方面進行了革新與優化，其目的在于提高選修課教學質量、促進學生綜合能力的發展。

一、遴選教學內容

“新能源發電技術”課程內容涉及新能源基礎知識、太陽能發電、風能發電、生物質能發電、氫能發電、天然氣、燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電等內容，充分體現了“多”的特點。但本校授課學時僅為48學時，內容多課時少，形成了一組矛盾。那么如果想充分利用有限的時間，使學生有效掌握有用的重要的知識，就必須對教學內容進行遴選。

教學內容的選擇應該結合我國新能源產業的實際發展情況。未來我國新能源發電的發展思路是：

第一，積極有序發展風電。風電開發要實現大中小、分散與集中、陸地與海上開發相結合的原則。

第二，促進發展太陽能光伏發電，示范推進太陽能熱發電。光伏發電按照“大規模集中開發、中高壓輸送”與“分散開發、低電壓就地消納”并舉的思路發展。在內蒙古、甘肅、青海、新疆、西藏等地選擇荒漠、戈壁、荒灘等空閑土地，建設太陽能熱發電示范項目。

第三，因地制宜發展生物質能發電。有序發展農林生物質直燃發電，合理發展垃圾發電，積極發展生物質燃氣發電。

第四，試點研究地熱能和海洋能發電。

第五，加快電網骨干網架建設，合理布局建設調峰電源，研究應用儲能技術，提高系統對新能源的消納能力。[6]

可以看到以上5條中，第3條生物質能的利用方式主要是燃燒的方式發電，這與火力發電類似，技術較為成熟。第4條地熱能和海洋能發電受地理條件的約束，發展相對緩慢。第5條主要是針對電網的改造，嚴格意義上講跟新能源發電的核心內容聯系不夠緊密。因此風力發電和太陽能發電就顯然成為新能源發電方式的代表，況且風力發電和太陽發電目前占據新能源發電總裝機容量的91.5%，市場份額較大。[6]于是應將風力發電和太陽能發電作為主要的先進發電形式進行主講，其他發電形式用較少的課時泛講。具體課時安排如下：新能源基礎知識2學時，風力發電18學時，太陽能發電18學時，生物質能發電、氫能發電、天然氣/燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電共10學時。其中風力發電中重點講風力發電機組及其工作原理、風力發電機組的控制策略、風力發電機組的并網運行和功率補償，泛講風的特性、葉片空氣動力原理和風力發電經濟技術性評價；太陽能發電重點講太陽能電池及光伏發電原理、最大功率點跟蹤控制技術、蓄電池充電技術和光伏并網逆變器原理與控制策略，泛講太陽輻射特性、太陽能轉換與應用、光伏發電制約因素與經濟技術評價。

二、優化教學方法和手段

為了適應“新能源發電技術”課程“新”的特點，教學中需要積極探索，發掘與課程特點相匹配的“新”的教學方法。注重知識性和趣味性相結合；注意理論與實際相結合；強調知識的系統性、完整性；重視研究興趣的激發、最新科研動態的傳遞及科研方法的引導。

1.列舉事實，激發學生興趣，調動學生學習積極性

“新能源發電技術”課程所講授的一些主要新能源發電方式在目前逐漸得到越來越多的應用，與人們的日常生活也越來越緊密。例如，許多城市的市民廣場已安裝太陽能草坪燈，高速公路兩邊已出現風光互補的交通信號設施，部分城市出現了光伏建筑，部分沿海地區出現了海上風力發電廠，寶馬公司的氫燃料電池概念車已在車展中展出等。通過列舉這些新鮮的事物，比課本上教條的說詞更能吸引學生的眼球，引導學生思索學習新能源發電技術的必要性，也可以讓他們充分認識到所學知識的實際價值，明確學習目標，從而激發學生的興趣，引領學生去深入理解課程內容。

2.多媒體教學為主，網絡資源共享為輔

授課過程全部使用多媒體教學，基本不使用板書形式，這樣可以節省大量時間，增加課程容量。多媒體課件制作避免使用大段的文字，盡量多使用圖片、動畫和視頻來增加課件的渲染力。例如在介紹各種新能源發電形式的時候，可以使用各種新能源電站的外觀圖片，加強學生對不同發電形式的區分能力；在講解光伏發電光電轉換原理時，可以使用光電子生成及移動的動畫，增強學生對轉換原理的理解；在講解風力發電機組結構時，可以使用風力發電機組安裝的視頻，使學生更清晰看到風力發電機組的內部結構。

此外由于新能源發電技術的研究屬于前沿科學，其科技發展日新月異，教學內容可適當增加最新的科研成果。采用有說服力的權威材料，如新能源發電領域的期刊文章、學術專著作為講授內容。告訴學生一些與新能源有關的網站，如中國新能源網、中國新能源發電網，鼓勵有興趣的學生在課余時間通過網絡進一步獲取知識，使本課程的教學不局限于課堂的授課方式，營造自主學習的條件，拓寬學生的視野。

3.啟迪式、比較式和討論式等不同的教學方法相結合

啟迪式教學方法的理念是啟發和引導學生對問題進行思索，從而讓學生掌握知識并對知識進行升華。這種以學生為主體、以教師為導向的啟發式教育，能充分調動學生學習的主動性和積極性，在“新能源發電技術”這門課程中非常適用。例如在講異步發電機發電原理時，教師可以先引導學生回憶“電機學”中講過的異步電動機工作原理，當異步電動機的原理理清以后，鼓勵學生用逆推的方式，推導出異步發電機的工作原理。

比較式教學方法通過歸納總結不同事物的主要特點后進行分析，形成對比圖表，具有形象直觀的特點。例如在講發展新能源的必要性時，就可以將常規能源和新能源的主要指標列成對比表格，使學生輕松直接認識到學習本課程的重要性。

討論式/辯論式教學方法由教師給定題目，學生通過查閱資料，對給定的題目進行學習和理解，并形成自己的觀點，然后在課堂上以討論、辯論等形式對知識形成深刻的認識。這不但鍛煉了學生檢索文獻、查閱資料的能力，同時也鍛煉了學生分析和歸納總結的能力，并加深他們對所學內容的理解和掌握。例如在講太陽能發電時，可將太陽能發電分為太陽能熱發電和太陽能光伏發電，將班上學生分成兩組，一組對太陽能熱發電進行調研，另一組對太陽能光伏發電進行調研，在課堂上各組派出代表總結調研結果，陳述各自發電的原理及所具有的優缺點等，討論完最后由教師進行補充。

三、設計實驗環節

“新能源發電技術”課程具有很強的實用性和實踐性，即“實”的特點。因此在做好理論教學的同時，加強實驗教學非常重要。實驗教學對幫助學生理解和鞏固課堂理論知識，培養學生的操作技能、創新意識和探索精神具有重要的作用。

目前市面上很難買到專門為“新能源發電技術”課程開發的實驗教學平臺，只能買到一些新能源發電裝置，但這些裝置的系統都已集成，基本不具備開放性，不適合學生進行實驗。因此如何設計“新能源發電技術”課程的實驗環節，也是決定課程能否取得良好教學效果的重要因素。

南京郵電大學“新能源發電技術”課程共三個實驗，由于場地、經費和實驗平臺等制約因素，將三個實驗均開成綜合性實驗是不現實的，因此將三個實驗分別設計為光伏系統最大功率點跟蹤仿真、風力發電系統仿真和光伏系統逆變器性能實驗，其中前兩個實驗采用MATLAB仿真做驗證性實驗，學生通過了解實驗指導書介紹的實驗內容、原理、步驟、方法，按照實驗步驟一步步操作就能夠完成實驗，得到仿真數據，達到驗證理論分析結果的目的。而最后一個實驗采用自制實驗板用實物做綜合性實驗。實驗室有針對性地自制了一些實驗板，例如電力電子器件模塊、驅動模塊、控制模塊、電源模塊、保護模塊等。學生根據需要選取適當的模塊進行組合，做到真正自己動手搭建和調試電路，既能激發學生做實驗的興趣，培養學生的創新思維和動手能力，又提高了學生分析問題、解決問題的能力，還改變了傳統的照葫蘆畫瓢式的實驗教學，使實驗變得生動有趣。

四、結論

本文基于“新能源發電技術”課程“多”、“新”和“實”的特點，首先根據新能源產業的發展方向，遴選了授課內容，解決了授課內容“多”與課時少的矛盾；其次通過優化教學方法和手段，用“新”的方法和手段去適應“新”的課程和“新”的內容；最后根據自身的實驗條件，精心設計課程實驗環節，利用驗證性實驗和綜合性實驗相結合的方法滿足課程“實”的需要，為“新能源發電技術”課程的教學摸索出一條可行之路。

參考文獻：

[1]惠晶.新能源轉換與控制技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]馬海嘯.“新能源發電技術”課程建設與教學改革[J].中國電力教育，2011，（27）.

[3]孫欣，黃永紅.“新能源發電技術”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2011，（35）.

[4]陳春香，李嘯驄，梁志堅，等.“新能源發電技術”課程教學改革與探索[J].中國電力教育，2013，（5）.

[5]劉忠，鄒淑云.專業選修課《新能源發電技術》的教學研究與實踐[J].科技情報開發與經濟，2010，20（1）：185-186.

[6]張偉波，潘宇超，崔志強，等.我國新能源發電發展思路探析[J].中國能源，2012，34（4）：26-28.