“可再生能源發電技術”研究生課程教學改革探索＊

宋冬然，方靈琦，楊建

（中南大學自動化學院，湖南 長沙 410083）

隨著以可再生能源為代表的新能源產業快速發展，以風能、太陽能、生物質能等為代表的新能源電力在電網中的占比逐年升高[1]。然而，傳統電氣工程專業碩士研究的培養建設相對滯后，與日益更新的新能源產業發展速度形成強烈反差。中國開設可再生能源發電技術相關課程的高校數量并不多，總體來說培養規模并不大。在目前的可再生能源的理論知識以及課程安排上，難以融入其他相關學科的基礎知識和研究進展，對于新能源資源的評價、技術標準等體系都尚未建立，難以適應日新月異的可再生能源產業發展需求。

教師隊伍需要更新教學理念，深度整合教學內容，進而消除學科之間的鴻溝，使本專業課程建設跟上可再生能源產業發展的腳步。需要立足中國當前資源現狀，面對未來的國際競爭挑戰，以應對發展的變化、塑造美好的未來為新理念，通過協調、融合、傳承、創新等新方式培養新時代有創新能力的人才[2-3]。以學生為主體成果導向教育理念（OBE）通過一個閉環手段實現教學模式的不間斷改進，閉環是指“預期學習產出定義—預期學習產出實現—學習產出評估”，有助于學生在產出過程中鍛煉自身專業能力、在產出成果中感受自身價值、在產出評估中往前更深一步[4-5]。本文在OBE 的基礎上對“可再生能源發電技術”課程改革進行探索，對在教學過程中學生參與程度、解決實際問題以及如何提升能力展開深入研究。

1 傳統“可再生能源發電技術”課程設置

該課程介紹了各種新能源發電技術的理論知識，縱觀了各類新能源發電技術的發展歷史，并總結了最新的可再生能源發展前沿熱點。傳統的課堂課程教學設置，主要通過以下幾方面完成：①根據已有教學大綱、特定教材，主要以“老師講，學生聽”的形式傳授；②在教學方法上，教師以PPT 方式授課為主，案例分析也常由教師準備，學生參與感弱；③在課程考核方面，常以課程考試或課程論文報告的形式，學生在課程中掌握的知識不能得到有效地轉化。在傳統教學中，很多學生都處于“知其然，而不知其所以然”的程度，不能夠將所學知識應用到以后的科研工作中。

2 基于OBE 理念的教學改革探索

2.1 課程教學改革思路

所設計的課程教學分為理論教學模塊、理論應用模塊和成果探討模塊。各模塊包含內容以及相互的聯系如圖1 所示。理論教學模塊包括深入學習可再生能源的理論知識，對于本科階段學過的知識以學生自主回顧學習為主，對于本科階段未學過的內容會詳細深入講解；理論應用模塊主要針對新能源產業發展中的關鍵技術問題，結合教師科研成果以及相關理論，分析與探討如何將相關理論應用于實際問題的解決，開展應用研究以及如何將研究成果總結撰寫成科研論文；成果研討模塊主要根據所提出的問題解決新方案，結合所寫的科研論文進行研討，發現存在的問題，反哺理論教學與應用環節。

圖1 基于產學結合“可再生能源發電技術”課程教學改革思路

在課程開始階段對學生展開調查問卷，了解不同學生對本課程的差異化認識及期望學習到的內容，從而對理論教學模塊進行相應的適當增減，增加教學靈活性。2020 級電氣工程課程調查問卷結果如圖2 所示。

圖2 調查問卷結果-學生想要學習到的內容

2.2 課程教學內容

通過課程教學，旨在使學生了解新能源技術及新型發電方式的概況，并運用已學過的電氣工程基礎理論對可再生能源的運行特點、工作方式以及并網發電等問題進行分析，掌握風力發電技術基本概念、原理和裝置，了解微電網基本結構和特點，了解新能源技術及其發展方向。

課程教學內容也分為理論教學模塊、理論應用模塊和成果研討模塊。在理論教學模塊中，結合目前可再生能源發電技術的最新發展成果以及相關紀錄片進行課程講解；在理論應用模塊中，將具體的理論知識和目前已經發表的論文進行有機的結合，具體如何有機的結合也是本部分著重講述的內容；在成果研討模塊中，針對學生寫的課程論文，一對一地針對性指導，可以有效地解決每位學生不同的問題。此外，經過課堂學習之后，對三部分整體進行評估與反思，最終形成電氣工程專業研究生“可再生能源發電技術”課程的全部內容。

2.3 課程教學與實踐模式

具體教學實踐中，在理論教學模塊中，對本科時期學過的理論知識，由學生主導進行相關知識點回顧和學習；反之，由教師主導進行相關知識點的分析和講解；在理論應用模塊中，以專題講座的形式邀請行業專家與資深工程師，通過對實際問題的深入探討激發學生對課程學習的興趣，培養學生利用理論解決問題的創新思維；在成果研討模塊中，教師針對學生的課程論文進行點評，主體是學生，教師只是輔助。擬培養學生具備表1 中所示的4 方面能力，解釋如下。

表1 課程教學和實踐模式后學生將具備的能力

新模型方法的接受能力。“可再生能源發電技術”旨在培養研究生通過新能源的模型方法來解決可再生能源發電領域的一些科學問題，探索可再生能源發電的規律，以及新型發電方式如磁流體發電、電流體發電的基本原理及其利用技術，能夠掌握風力發電相關技術，能夠拓寬電氣工程專業學生的知識與視野，使學生了解可再生能源發電領域的研究前沿，對于培養本專業學生的創新思維具有現實指導意義。

發現問題及文獻綜述的能力。問題不是憑空想象就能發現，只有在對前人的已有成果有一定的了解的基礎上才有可能去發現有價值的問題。在授課過程中，鼓勵學生先找出自己感興趣的方向，利用圖書館資源查閱相關文獻，對好的文獻進行逐篇研讀，并總結研究的目的和意義、所采用的研究方法和建模、研究成果和結論分析。在前人的基礎上去發現問題：方法的適用性、模型的不準確、研究結果的出入等，帶著問題再去看文獻資料，不僅可以鍛煉學生的科學思維能力，還可以提高學生對文獻的查閱和綜述的能力，為后續撰寫科學論文奠定了基礎。

模型或方法的實現能力。模型或方法不會憑空產生。在工程領域，模型或方法實現的第一步是模擬仿真，將模型的內在邏輯轉為計算機程序語言。這對學生的計算機編程仿真能力有一定的要求，學生要熟練掌握常見的仿真軟件。電氣專業研究生應當在熟練掌握仿真軟件的基礎上，培養發現問題以及解決問題的能力。在仿真實現過程中，需掌握如何在眾多參數優化策略中選取最適合所研究模型的優化方法，并根據模型特殊性，對優化方法進行適應性修改，從而提高模型或方法的精度、效率等。

科研論文的撰寫能力。目前認可科研能力的一個常見且重要的標準是科研論文是否可以在國內外優秀的期刊上發表。論文發表要求方法創新且撰寫有邏輯性，內容復制比低于10%。學生對科研論文的基本要求要有一定的掌握，比如，在文章的引言部分，要詳略有致地綜述研究問題的國內外研究發展及現狀，針對問題所涉及的文獻進行有條理地歸納。在文章的分析和討論部分，得到所提出模型的結果之后，需要對研究結果進行相應的分析和討論，這一塊內容是科研論文創新性的集中體現，通過分析討論要使讀者明白文章提出模型或者方法的創新之處。

2.4 設置課程考核方式，持續優化教學設計

課程考核采取課堂講學+課程論文寫作的方式進行。其中，課堂講學占30%，課程論文占60%，剩余10%為出勤成績。對于課程中所涉及的部分可再生能源發電理論采取課堂講學的形式，學生可以選取自己感興趣的章節或主題，在課前充分準備后上臺與大家進行15～30 min 的分享；講學后，由學生來發表自己的觀點或提出問題，老師對所講內容進行補充、深入以及對未能解決問題進行解答。

課程論文的寫作主要分為3 步：初稿撰寫、論文評閱以及論文修改。課程論文的成績以修改稿為主，具體評定細則如表2 所示。“3-6-1”配比根據實際實施情況以及結合學生問卷反饋進行調整，從而使得學生從該課程中獲取知識最大化。

表2 “可再生能源發電技術”課程論文要求

表2（續）

3 教學效果

在OBE 理念的基礎上，采用理論教學與理論應用相融合、最后作用于論文成果及后續研究的新型課堂教學方式，得到學生的一致認同，充分地激發了學生在“可再生能源發電技術”課程中的主觀能動性，提高了學習效果。在課后問卷調查中，學生對基于OBE 理念的教學方式以及教學效果的滿意度均在90%以上，學生覺得成果研討過程中的交流對“可再生能源發電技術”課程的學習幫助最大；在同學的評價中，學生知道自己不足的同時也能夠了解到別人的思考方式，使討論更加激烈，最后的探討答疑環節也讓師生有了更多交流。

4 結語

創新是可再生能源發電技術發展的內核，也是研究生教學與產業發展高效對接的黏結劑。基于OBE 理念的課程教學改革以學生成果產出為導向，為學生培養創新能力提供了可行方法和具體途徑。基于OBE 理念的教學改革同樣適用于研究生其他課程，教師應該嘗試以學生為主體，以產出為導向的教學方式，進一步提高學生的專業水平。