“新能源發電技術”課程教學改革的探索與研究

周小杰

摘 要：新能源發電技術是電氣工程及其自動化專業的一門選修課，是專業性、綜合性較強的前沿應用型課程。經過教學改革與探索并結合實際，在教學過程中采用“項目驅動教學法”，按照理論分析、仿真驗證、實驗驗證三個層次漸進式展開。教學實踐表明，該方法行之有效，教學效果得到明顯提升，達到提升學生的思維創造能力以及綜合素質的目的。

關鍵詞：新能源發電技術；教學改革；教學方法；項目驅動

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）07-0095-02

能源、環境是當今人類生存和發展所需要解決的迫切問題。隨著煤炭、石油、天然氣等常規能源面臨不可再生的消耗和生態環境保護的需要，新能源的開發和利用迫在眉睫，發展新能源發電技術具有極其重要的社會意義和經濟價值[1，2]。本世紀不僅是人類對新能源大力開發的關鍵時期，也是新能源的技術革命和產業高速發展期，因此，培養這方面的人才對新能源的開發和利用具有重要的意義[3，4]。

“新能源發電技術”是安徽理工大學電氣工程及其自動化專業課程體系中一門重要的專業選修課程。該課程涉及電氣、動力、材料、控制、電子、信息等多個學科的交叉高新技術，綜合程度高，理論性、實踐性較強，與工程實際聯系緊密。上這門課時，同學們反映有些概念理解較困難，可增加一些波形、圖片幫助理解。為了提高學生對該課程的學習興趣和教學效果，探索該課程的教學方法是十分必要的。作者通過教學實踐，探索本門課程教學改革的方法，期望對提高該課程教學質量有一定幫助。

一、課程教學內容與方法

新能源發電技術涵蓋太陽能、風能、生物質能等多種新能源的內容，涉及的專業門類和知識面比較廣，學生反映教學內容較繁雜，不知從何處著手。因此，根據該課程的教學要求和目的，適當選擇合適的教學內容，如有關太陽能發電原理、風力機的空氣動力學原理、水輪機機械構造等內容可僅做概要介紹，讓學生了解基本概念[5]。在教學過程中，對理論實踐要求較高的部分采用“項目驅動教學法”，讓學生充分發揮自己的主觀能動性，可以激發學生學習興趣，進而提高教學質量。該教學法包括項目設置、目標分析、制定方案、執行方案、評價交流[6]。首先，教師根據一定的教學內容進行項目的設置；然后，按照項目的目標，指導學生對其進行分析，包括需要用到的理論知識；對學生進行分組，每組學生自行負責項目的具體實施，確定每位同學的分工及步驟；項目實施過程中，若存在問題，先組內同學討論，不能解決的再由教師負責分析原因；最后，每組學生對項目結果進行匯報和交流，教師負責點評并總結[7]。在“項目驅動”的教學過程中，主要通三個層次來完成即理論知識講解、軟件仿真、實驗驗證。

二、課程教學改革的實踐——以“光伏三相并網發電系統”教學為例

教學案例以項目“光伏三相并網發電系統”為例，介紹改革后的教學思路。首先，教師對項目中用到的理論知識進行講解；其次，在軟件仿真、實驗驗證層次涉及方案的制定與執行；最后，學生之間交流，教師進行總結。

（1）理論知識講解

項目“光伏三相并網發電系統”的原理圖如圖1所示。介紹電路的基本原理，與光伏陣列相連的升壓變換器通過電壓、電流傳感器獲得光伏陣列的輸出電壓和電流，使用最大功率追蹤算法產生PWM脈沖控制電力電子開關的導通和截止，使光伏陣列工作在最大功率點進而提高發電系統效率。圖中L為濾波電感，R為電感寄生電阻。uga、ugb、ugc為三相電網相電壓，電網電壓中性點為o，ia、ib、ic為三相并網電流。

與升壓變換器輸出相連的是并網變換器，其采用按電網電壓定向的雙環控制策略，外環是電壓環，主要目的是穩定直流母線電壓；內環是電流環，主要目的是對并網電流進行控制，以實現功率因數為1的并網要求。

圖1 光伏三相并網發電系統原理圖

（2）軟件仿真、實驗驗證

對學生進行分組，每組學生自行決定項目的具體實施方案，確定每位同學的分工及步驟，進行建模軟件仿真、實驗測試。利用MATLAB仿真軟件搭建光伏三相并網發電系統仿真平臺。圖2為光伏陣列在環境溫度25℃，光照1kW/m2下，功率因數為1時，a相電壓、a相電流的仿真波形。

圖2 功率因數為1時a相電壓、電流波形

通過對光伏三相并網發電系統仿真平臺的搭建工程，促進了學生自主學習能力的提高，幫助學生加深了對理論知識的理解，也增加了學生對該門課程的興趣。圖3 實際并網系統a相電壓、電流波形

實驗驗證過程中，通過雙通道數字示波器觀察實際光伏三相并網發電系統a相電壓、電流波形，如圖3所示。通過理論分析、軟件仿真、實驗驗證培養了學生動手分析和解決問題的能力、與其他同學的分工協作能力。最后，學生將前面軟件仿真和實驗測試得到的波形寫成總結報告，與不同組同學進行交流，教師對得到的波形進行分析和評價。

三、課程教學改革效果

經過教學改革的探索并結合實際，采用“項目驅動教學”，按照理論知識講解、軟件仿真、實驗驗證三個層次展開教學，取得的教學效果主要在兩個方面：

（1）在教學活動開展過程中以學生為中心。學生主動對項目完成需要的知識進行學習，收集相關的資料，完成具體方案的實施，組中每個同學分工明確、優勢互補，共同完成一個完整的項目。在教師評價總結過程中，給予積極評價促進學生學習興趣的提高。

（2）學生分析、解決問題能力得到加強。在整個項目的實施過程中，會遇到不同的問題（一般是課本上沒有提到的），組內學生之間對問題分析和解決的過程，加深了學生對理論知識的理解，軟件仿真和實驗測試相互結合、相互印證，提高了學生的實踐能力。

四、結語

新能源發電技術因其知識覆蓋面廣、采用技術新等特點，成為電氣工程及其自動化專業課程體系中一門重要的選修課程。經過對該課程教學改革的探索與研究，采用理論知識講解、軟件仿真、實驗驗證的教學進程，教學反饋結果表明，該方法促進學生學習興趣的提高、加深了學生對理論知識的理解、使學生分析、解決問題的能力得到加強，教學效果得到明顯改善。

（作者單位：安徽理工大學電氣與信息工程學院）

參考文獻：

[1]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） ： 62，102.

[2]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.

[3]陳杰，秦海鴻，龔春英等.“新能源發電技術”課程建設與教學改革[J].電氣電子教學學報，2015，37（2）： 28-30，80.

[4]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） ： 148-149.

[5]惠晶.新能源發電與控制技術[M].北京：機械工業出版社，2010.

[6]井新宇.電子設計自動化技術教學改革的研究與實踐——“七階段”教學法的應用與推廣[J].實驗室研究與探索，2010，29（12）： 202-205.

[7]孫曉明.“電力電子與電機調速技術應用”課程教學改革與探索[J].教育與教學研究，2016，30（1）：93-96.