風力發電教學改革與創新能力培養研究

桂許龍 丁 昌 劉 鶴 吳學紅 袁 培（鄭州輕工業大學，河南 鄭州，450002）

1 課程教改現狀

風力發電這門課程涉及的學科很多， 包括氣象學、空氣動力學、機械原理、流體傳動與控制、電力電子學、控制理論、振動理論和測試技術等。該課程主要內容包括風的特性、風能資源分布特點、風力發電機組的系統組成、結構、工作原理、安全運行與維護、風電場的確定、風能存儲、風能的其他用途、風力發電的發展。 其章節中的知識點較多，單一課堂講授的方法難以達到教學目標和高素質人才的培養需要。

很多學者對風力發電課程的教學進行了多方位的研究和探索。 劉新華和戴前進[1]引入了翻轉課堂的教學模式進行課堂設計，發現翻轉課堂強化了學生對相應知識點的掌握，整體改善了風力發電技術課程的教學效果。葉云洋等人[2]建議學校和企業合作，引進企業先進技術，建設綜合實訓實踐基礎，與企業技術人員共同開發實訓設備、共同制定實訓項目、共同編寫實訓教材。 王樹文等人[3]構建風力發電系統半實物虛擬仿真教學平臺。通過外部硬件平臺能夠實現對虛擬的風力發電系統仿真平臺的實時控制。虛擬仿真教學平臺還可以和科研、裝置研發有機結合起來。 張強和張敬南[4]開發了面向工程需求的風力發電實踐教學平臺，學生能對多種工程技術進行實踐、開發和創新。一些學者把新能源專業課程和其他課程或技術進行了融合。 以資源庫為平臺，融合了新能源類專業教學資源庫“能學、輔教”的研究成效，這也加深了教學與信息技術的深度融合[5]。劉宗瑤等人[6]把思想政治教育與風電專業課程結合起來，實現專業與思政的“基因式”融合。也有一些學者提出在風力發電課程中實施研討式教學[7]，并提出了研討式教學與實驗相結合[8]或者與項目相結合的教學方法[9]，在教學實踐中取得了良好的教學效果。上述研究主要是從翻轉課堂、校企合作、虛擬仿真、教學方法等方面進行的，提出了一些切實可行且有效的措施。 本文根據在教學實踐過程中，對目前采用的風力發電的教學方法進行研究，針對課程教學過程中存在的問題，分別提出了一些相應的改進措施，并對學生在風力發電專業上的創新能力培養提出一些建議。

2 存在的問題

風力發電技術與應用是新能源專業的一門專業基礎課，共32個學時，分16次授課，每次2個課時，時間為100分鐘。 課程內容多，教學學時少。 授課對象是大三的學生，學生人數為30人。 本課程是流體力學課程的延伸與應用，屬于新開的課程，教學資源和經驗可能會有所欠缺。為了使學生在學習過程中不至于太過乏味，有時會播放一些風力發電相關的視頻，增加可觀看性和趣味性。

本課程理論性比較強，為了完成教學計劃，授課基本上是教師講、學生聽的模式，課堂上教師沒有較多時間與學生展開有效的互動，而填鴨式和灌輸式教學模式的弊端多年來為人所詬病。這不利于培養學生獨立分析和解決問題的能力。 在教學過程中，發現主要存在下述問題：

（1）理論性強，公式推導多，學生覺得不容易學，比較難以理解；

（2）授課形式單一，對多媒體和計算機模擬的應用不足，學生興趣淡薄；

（3）學生課業繁重，能夠做到課前預習和課后復習以及獨自完成作業的學生很少；

（4）學生的作業解答內容多來自網絡上的復制粘貼和抄襲，缺乏深入的思考；

（5）課堂教學與實驗教學環節聯系不緊密，學生學習過程中對所學知識點理解不夠深刻，逐漸失去學習興趣；

（6）教學過程中師生互動不多，有待改進；

（7）課后缺少有效的師生溝通平臺，師生相互溝通和交流相對較少。

3 改進措施

針對風力發電中課堂教學和實驗教學中存在的問題，在教學方法上，把所講的教學內容進行模塊化設計，把復雜難懂的知識點，盡量使其形象生動。 大力建設實驗教學設施，強化實驗教學，從設施硬件和軟件虛擬仿真平臺上大力推動。 采用多種方法，加強學生的創新能力的培養，以提高學生的創新意識。 從細節上下功夫，采取一些切實可行的措施，改進教學方法。

3.1 教學內容模塊化

圍繞“風力發電”專業涉及的學科知識點，對教學大綱和課程內容進行模塊化，例如，把教學大綱分為：風力機的基礎理論、風力機的類型及特性、風力發電系統、風力利用系統等。模塊化之后，有利于進行案例式教學、小組式討論或翻轉課堂的學習。

3.2 復雜知識形象化

對風力發電中抽象難以理解的概念或知識要點，想方設法使其內容簡單化和形象化。 例如，采用CFD方法對風力機在風場中的運動，進行數值模擬。 用圖片、 動畫或視頻的形式生動形象地展示風力流動情況，以激發學生的學習興趣。

3.3 實驗教學和實驗設施的強化

新能源的課程具有很強的實踐性，需要有良好的實驗環境和實踐基地。有必要建設風力發電教學實驗室，購買相關教學實驗設備。也可以和企業合作，共建實驗室。如果條件允許，可以建設風力機模擬器。風力機模擬器能在不依賴環境和風力機的情況下模擬不同特性的風力機[10]。 也可以建設虛擬仿真實驗室平臺，在電腦上模擬風力發電廠，讓學生了解風力場的情況。

3.4 創新能力的培養

在學生的創新能力培養方面，將采用多種辦法來培養學生的創新能力：一是將采用翻轉課堂，讓學生講老師進行點評；二是在學校的“網絡學習空間”網站中建設風力發電課程網上學習平臺，促進學生課外進行學習，并增加師生間的互動；三是讓學生獨立設計風力發電的相關實驗，鍛煉學生的動手實踐能力和設計能力；四是讓學生多參與大學生創新項目，并參加相關的大學生競賽，以賽促學。另外，可以嘗試開展項目式教學。同時，為了提高學生學習的主動性，讓學生進行小組式的課堂討論，提高學生的創新意識。

3.5 一些針對性措施

針對課堂中存在的問題，提出一些有針對性的改進措施：

（1）針對課程理論性強、公式推導多、學生覺得乏味的問題，將采用案例式和翻轉課堂相結合的教學方式，以增強教學內容的趣味性。

（2）針對授課形式單一、計算機應用不足的問題，將采用CFD的方法，用圖形或動畫使教學內容更加形象化。

（3）針對學生利用網絡尋找答案、抄襲現象嚴重的問題，避免使用課本后的作業題，改寫課本后作業題，或布置新的作業題。

（4） 針對新開放課程會存在經驗不足的問題，積極改進教學方式和方法， 克服教學模式單一的弊端，提出在教學中采用案例式教學模式。

（5）針對缺少有效的師生溝通平臺，學生課外學習較少的問題，建立網上學習空間。

4 結語

風力發電屬于新開設的課程，很多方面還需要完善。 通過課程改革能促進學生加強實踐教學。 通過創新能力的培養，有效地增強了學生的實踐能力和創新能力，推動了學生個性化發展。 通過實驗教學平臺和虛擬仿真平臺結合使用，能夠多方位展示風力發電系統的運行狀態與工作過程。利用現代信息技術和先進教學方法，可以彌補教學過程中的不足與缺陷。 本文的研究，有助于風電人才的培養，推動風電產業的進一步發展。