“可再生能源發(fā)電技術(shù)”教學模式探索

摘要：可再生能源發(fā)電技術(shù)因其具有可持續(xù)、環(huán)保等優(yōu)勢能夠有效應對當前日益嚴重的能源與環(huán)境問題，可再生能源發(fā)電領(lǐng)域的人才培養(yǎng)是實施新能源戰(zhàn)略的重要影響因素，同時也是教育教學的一項重要工作。通過分析“可再生能源發(fā)電技術(shù)”教學課程的特點，在教學內(nèi)容、教學模式和考核方式上進行探索，提出了緊跟前沿課題，規(guī)避學科交叉影響，構(gòu)建教學內(nèi)容；采用“專題講授，互動教學，虛實結(jié)合”的新型教學模式和“小組式”考核方式；形成課內(nèi)課外聯(lián)動，“教師與學生”、“學生與學生”全面互動，從而激發(fā)學生創(chuàng)新熱情，提高科研素養(yǎng)，滿足可再生能源發(fā)電技術(shù)專業(yè)化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。

關(guān)鍵詞：可再生能源；發(fā)電技術(shù)；教學模式；考核

當今人類面臨著能源短缺和環(huán)境污染的嚴重挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的煤、石油、天然氣等化石燃料資源的有限性與社會的巨大需求形成了尖銳的矛盾，同時受開采條件和資源枯竭等因素影響，人類將會面臨資源危機，而且化石類能源所排出的廢氣給生態(tài)環(huán)境帶來很大影響，社會影響巨大。因此研究開發(fā)無污染的、可持續(xù)的可再生能源與能源轉(zhuǎn)換技術(shù)成了當前科學和技術(shù)發(fā)展的重要研究方向，也是工程技術(shù)應用中的熱點問題，而且已經(jīng)上升到經(jīng)濟、社會和戰(zhàn)略安全的范疇。工科高校擔負培養(yǎng)合格的工程技術(shù)人員的重任，因此，為了適應科技和社會的發(fā)展，滿足工程實際對人才的要求，可再生能源發(fā)電方面的人才培養(yǎng)已經(jīng)成為當務(wù)之急和重中之重的工作。[1，2]因此在新的能源形勢及人才需求下，上海電力學院（以下簡稱“我校”）在高年級熱能與動力工程專業(yè)（熱力發(fā)電方向）開設(shè)了“可再生能源發(fā)電技術(shù)”的課程，讓學生在全面掌握常規(guī)火力發(fā)電的基礎(chǔ)上，掌握可再生能源利用基礎(chǔ)知識、能源利用形式及其相關(guān)技術(shù)，了解可再生能源發(fā)電的前沿技術(shù)，從而擴大學生的知識面，適應社會需求。[3，4]

本文通過分析“可再生能源發(fā)電技術(shù)”的課程特點和存在的問題，探討了該課程的教學方法和教學模式的改革，內(nèi)容包括教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等，從而達到激勵學生自主學習的意愿，培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新的精神，孕育學生科學的素養(yǎng)，提高學生分析與解決實際問題的能力，實現(xiàn)學生對“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程的全面了解。

一、“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程教學的特點

1.教學內(nèi)容多學科交叉

“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程主要包括水力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、風能發(fā)電和海洋能發(fā)電等內(nèi)容，課程的主體是分別對上述發(fā)電形式進行較為系統(tǒng)的解析，重點介紹各種可再生能源發(fā)電技術(shù)的基本原理和開發(fā)利用的基本方式，以及目前國內(nèi)外該發(fā)電形式利用的現(xiàn)狀和最新進展。所有以上內(nèi)容涉及工程熱力學、傳熱學、流體力學、半導體物理、空氣動力學、力學等基礎(chǔ)理論和相關(guān)知識，因此教學內(nèi)容涉及領(lǐng)域廣、研究對象較多，知識結(jié)構(gòu)復雜多樣、學科交叉非常突出、知識點集成度高等特點，這將給講授帶來挑戰(zhàn)，即如何將這些知識點，尤其是跨學科的內(nèi)容傳授給學生，并讓學生能夠較容易地掌握是該課程需要解決的重點問題之一。

2.教學方式亟待改革

由于“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程的多學科交叉，一般而言，在短時間內(nèi)掌握非本專業(yè)理論知識較困難，因為沒有該專業(yè)的理論基礎(chǔ)知識，經(jīng)常會很難理解有關(guān)知識點，這將嚴重影響學生的積極性，甚至部分學生會產(chǎn)生抵觸情緒。因此，以教師講授為主的教學方式，學生沒有參與進來，不能充分調(diào)動學生的積極性，可能導致學生無法理解所講授的內(nèi)容；同時該教學方式忽略了學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此如何將教師的“教”轉(zhuǎn)化為學生的“學”，將多學科交叉課程的課堂組織好是該課程教學需要解決的問題之一。

二、教學內(nèi)容的設(shè)計

可再生能源發(fā)電技術(shù)的研究屬于當今研究的前沿問題。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)、新方法和新工藝等不斷涌現(xiàn)，教學內(nèi)容需要與時俱進，不斷更新，現(xiàn)有的教材顯然不能很快地響應這樣的變化，以教材為教學內(nèi)容難以滿足教學要求。在筆者的教學實踐中，教學內(nèi)容上通過參考權(quán)威書籍、資料和自身的研究成果，同時對國內(nèi)外期刊文章、學術(shù)專著及網(wǎng)絡(luò)平臺知識進行學習，掌握當前研究的動向，并整合所有材料作為課堂教學內(nèi)容及課外拓展閱讀資料。廣泛獲取信息，動態(tài)更新與拓展教學內(nèi)容，把握最新的專業(yè)前沿，有助于引導學生去探索新知識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。另一方面，由于課程涉及多學科的交叉，在有些學科領(lǐng)域上，學生缺乏知識儲備，課堂教學較難獲取有效的效果，因此，摒棄一些晦澀難懂的理論知識是非常必要的。[5，6]以太陽能熱發(fā)電為例，太陽能熱發(fā)電涉及流體力學、傳熱學、自動控制等多學科，當整合最新的科技發(fā)展成果作為案例講解時，主要向?qū)W生闡述太陽能熱發(fā)電的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢及政策激勵等，讓學生充分接觸各種知識，拓寬視野，了解科技前沿的最新動態(tài)，目的是給學生專業(yè)素養(yǎng)的形成提供一個有利、有效的平臺。課程內(nèi)容應深入淺出、科普性與前沿性并重，當學生的興趣被調(diào)動起來后，再進行該學科的基本理論的講授或?qū)W生自學就非常容易切入，這樣就可達到較為理想的教學效果。

三、新型的教學模式

根據(jù)“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程的特點，本文提出新型教學模式的設(shè)計，使得教師成為課堂的組織者，通過設(shè)定教學內(nèi)容，明確教學任務(wù)，課堂教學以學生為本，體現(xiàn)學生的認知主體作用，使學生在學習過程進行積極思考，自主學習，從而在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和增強其科學素養(yǎng)等方面發(fā)揮作用。

1.專題講授

可再生能源利用形式多樣，涉及本學科各個分支學科，具有多學科交叉與耦合的特點。為了避免各分支學科相互之間影響導致學生難以理解的問題，提出采用專題講座的授課形式，集中時間講授某一類型的可再生能源發(fā)電形式。此外，爭取請相關(guān)領(lǐng)域的專家或工程技術(shù)人員每學期做1～2次課堂報告，將工程中碰到的問題簡化并整合成案例，在教學中根據(jù)需要選擇案例進行剖析，激發(fā)學生的學習興趣，強化學生的工程實踐意識。

2.互動教學

在教學過程中，教師做幾次完整的典型研究報告，包括幾種可再生能源的發(fā)電原理、設(shè)備組成、科研前沿等，目的是讓學生掌握宏觀現(xiàn)狀背景和如何從微觀把握問題與分析問題；引導學生充分利用圖書館資源，掌握歸納分析的方法；指導學生進行撰寫科技或科普論文，提高學生的科學素養(yǎng)，在此基礎(chǔ)上安排學生參與課堂中來。具體做法是學生以小組為單位，各小組自主選擇相關(guān)研討課題，通過查閱文獻和小組研討，形成專題研究報告，并由小組成員在課堂進行匯報，根據(jù)其匯報內(nèi)容，接受老師和同學的提問，并進行解答，教師及時進行指導并對其評分。形成教師指導，學生主講，教師與學生，學生與學生互動討論的方法，教學實踐表明，該方法大大提高了學生的主動性。學生經(jīng)歷查閱文獻、分析問題、報告寫作和報告陳述的全過程，顯著增強了創(chuàng)新能力、科研精神和團隊合作意識。利用對多個相關(guān)課題的討論，學生對可再生能源特點、可再生能源發(fā)電的前沿技術(shù)等有了更深入的認識。

3.虛實結(jié)合

在學科平臺及自建教學平臺的基礎(chǔ)上，通過實物參觀、模型演示，多媒體教學等虛實結(jié)合、多位一體的教學模式，提高學生的感性認識。

（1）可再生能源發(fā)電技術(shù)模型的利用。熱能與動力工程專業(yè)的學生以往大部分接觸的是火力發(fā)電方面的知識內(nèi)容，對可再生能源發(fā)電技術(shù)認知較少，特別缺乏針對可再生能源發(fā)電原理和發(fā)電設(shè)備等進行系統(tǒng)的學習，如果直接進行理論的學習，學生會感到很枯燥，對一些基礎(chǔ)理論知識和發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)很難理解。為了提高學生的感性認識，筆者所在課程組建立了可再生能源發(fā)電技術(shù)教學平臺。在學習課程的理論知識之前，學生首先了解小型模型的實物結(jié)構(gòu)，內(nèi)部構(gòu)成，基本組成和基本原理，使得學生具有整體的感性認識，然后再學習本課程，同時結(jié)合模型進行講解。

（2）健全的多媒體素材。“可再生能源發(fā)電技術(shù)”課程內(nèi)容較多，課時有限。相比較傳統(tǒng)的教學方式，多媒體信息量大，采用靈活的圖形、視頻和動畫等表現(xiàn)形式，能夠直觀、形象地再現(xiàn)客觀事物。筆者在教學實踐中采用多種多媒體教學手段。例如：選用《國家地理》節(jié)目里的《偉大工程巡禮——太陽引擎》視頻作為太陽能熱發(fā)電原理及形式的教學內(nèi)容，直觀地介紹了槽式、塔式、菲涅爾等形式的太陽能熱發(fā)電原理，以及聚光器的制造工藝等。選用GE的水輪機設(shè)備，采用Flash方式制作水力發(fā)電中反擊式水輪機設(shè)備的教學內(nèi)容，直觀且易于理解。通過多媒體的應用，展示現(xiàn)場實際設(shè)備，簡化教學中的難點，增加了課程的信息量。

四、小組式考核方式

“可再生能源發(fā)電技術(shù)”作為高年級的課程，課時有限，知識點多，內(nèi)容模塊化強，科普性和專業(yè)性并存，采用常規(guī)的卷面考試方式難以準確考核。筆者在該課程教學實踐中，進行了小組式考核機制的嘗試，即以小組為單位，制作課程學習的整體報告，選派一名代表在課堂上進行答辯，匯報內(nèi)容結(jié)束后，其他組成員和教師針對報告內(nèi)容進行提問，組內(nèi)成員均可就相關(guān)問題進行回答。其他組同學根據(jù)該小組的匯報情況進行打分，打分表如表1所示。除此以外，在考核中增加動態(tài)考核，每個小組選出組內(nèi)最佳貢獻成員，給予動態(tài)加分；同時為了增加考核上互動，鼓勵學生思考問題，對于提問積極的學生在成績上給予加分。該考核方式，對課程的教學實行了動態(tài)的考查與過程管理，實現(xiàn)了以考核促學習，有效地調(diào)動了學生學習的積極性，推進學生協(xié)作能力培養(yǎng)，增強了“教師與學生”、“學生與學生”的互動，提高較整體的教學效果。

表1 考核打分表

小組名稱選題創(chuàng)新性（共20分）查閱文獻情況（共20分）分析問題能力（共20分）報告質(zhì)量 （共20分）表達能力 （共20分）總分

（100分）

五、結(jié)語

隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，“可再生能源發(fā)電技術(shù)”已經(jīng)成為熱能與動力工程專業(yè)學科重要的專業(yè)課程。本課程具有典型的多學科交叉的特點，同時該領(lǐng)域的研究成果日新月異，因此無論是在教學內(nèi)容還是在教學方法都需要進行改革和創(chuàng)新。本文通過緊跟前沿的研究熱點，設(shè)計深入淺出的教學內(nèi)容；采取以學生為主體，通過引入工程案例，專題研究與課堂討論等模式，并輔以教學模型與多媒體動畫演示等多種靈活多樣教學手段的改革，讓學生在了解可再生能源發(fā)電技術(shù)的理論知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)了學生挖掘問題，解決問題，理論與實踐相結(jié)合的能力，鍛煉了學生查閱文獻和團隊協(xié)作的技能，提高了學生的科研素養(yǎng)與工程實踐本領(lǐng)。

參考文獻：

[1]孫欣，黃永紅.“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2012，（35）：95-96.

[2]劉忠，鄒淑云.專業(yè)選修課《新能源發(fā)電技術(shù)》的教學研究與實踐[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20（1）：185-186.

[3]張力，楊仲卿，鄭泓.“能源、環(huán)境與社會”全校性新生研討課教學模式探討[J].中國電力教育，2012，（24）：54-55，69.

[4]余霞，夏菁.關(guān)于高校本科專業(yè)選修課的若干思考[J].中國電力教育，2012，（32）：72-73.

[5]Ping He，Naichao Chen，Danmei Hu.The team-individual approach for curriculum design course in the mechanical engineering education[J].Advanced Materials Research，2011，（199-200）：1680-1683.

[6]Ping He，Naichao Chen，Jiang Wu.Study of interdisciplinary specialized mechanical engineering education [J].Advanced Materials Research，2011，（199-200）：1676-1679.

（責任編輯：宋秀麗）