新工科背景下新能源發電技術課程改革研究

［摘 要］新能源發電技術是電氣工程及其自動化、智能電網信息工程專業的重要選修課，其教學目標是幫助學生全面了解和掌握新能源利用形式及其相關技術的前沿動態。而傳統的新能源發電技術課程存在教學思路單一、課程內容落后于技術發展、缺乏實踐教學、考核方式單一等問題，已無法滿足新工科背景下國家與新能源行業對工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才培養的需求。文章以新工科背景下對人才培養的要求為落腳點，從教學目標設計、課程內容優化、實踐教學融入等多角度探討新能源發電技術課程的教學內容與方法改革，以期提高教學質量，培養學生的創新思維能力。

［關鍵詞］新能源發電技術；新工科；復合型人才培養；課程體系

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）11-0055-06

能源是人類生存和發展的重要物質基礎，而隨著社會發展對能源需求的持續增長，以及能源短缺危機和全球環境的日益惡化，其對社會發展的制約和對資源環境的影響越來越顯著[1-2]。在能源利用新技術實現開源和節流的背景下，大規模開發新能源，大力發展高效、環保的電力工業，成為解決能源問題的有效途徑[3]。截至2024年6月底，中國新能源發電裝機容量首次超過煤電，其中并網風電裝機容量達到4.7億千瓦，太陽能發電裝機容量達到7.1億千瓦，合計11.8億千瓦，占總發電裝機容量的38.4%；2024年上半年，中國新能源發電量達到10355.7億千瓦時，同比增長32.97%，占全社會用電量的13.8%[4]。因此，培養新能源發電技術方面的復合型人才，對推動新能源的開發和利用、助力我國新能源技術改革具有重要意義。

新能源發電技術課程是南京郵電大學自動化學院面向本科高年級學生和研究生開設的專業核心課程，是培養新能源開發與利用領域復合型人才的基礎課程，也是助力國家實現“雙碳”目標的核心技術課程。在國家新工科人才培養要求（見圖1）下，高校教學內容與方法必須與時俱進，適應新形勢下的人才培養需求[5]。新能源發電技術課程具有知識點多、工程性強、學科交叉融合度高等特點[6]：知識點多體現為課程內容涉及風力發電、光伏發電、燃料電池等多種新型發電技術；工程性強體現為上述發電技術均有實際的工程支撐，而非簡單的理論分析推導；學科交叉融合度高則體現為相關發電技術涉及電氣、機械、材料、半導體物理、空氣動力學等多個學科領域[7]。因此，部分學生反映該課程學習起來較為費勁，關鍵點難以掌握，并表現出不愿選課、不愿學習等負面情緒，這可能會影響高校新工科復合型人才培養目標的實現。

針對新能源發電技術課程的特點與學生反饋的問題，本文將從多角度分析教學現狀，并據此提出課程教學改革方案，從優化課程內容、創新教學方法、強化實踐教學等方面入手，促進學生對新能源發電核心理念的理解和應用，提升教學質量，構建新工科背景下新能源發電技術復合型人才培養的新模式。

一、新能源發電技術課程教學現狀分析

新能源發電技術課程是電氣工程及其自動化、智能電網信息工程專業的主干專業課程之一，是一門理論與實踐并重的課程，具有知識內容多、科技含量高、技術更新快等特點[8]。圖2為新能源發電技術課程內容架構。南京郵電大學自動化學院經過多年的教學實踐探索，積累了較為豐富的教學經驗，但隨著新工科被作為未來工程教育的新航向，該課程原有的教學模式與新工科背景下的復合型人才培養要求相比，仍存在如下不足之處。

（一）課程目標不明確

目前的課程目標主要集中在知識傳授層面，將各種新能源發電類型的工作原理、控制方式等內容填鴨式地灌輸給學生，忽視了學生綜合能力和創新能力的培養，難以與行業對復合型人才的要求接軌。

（二）教學內容滯后

新能源發電技術更新迅速、日新月異，新的發電方式和控制實現方法層出不窮、不斷優化，但現有課程內容仍以介紹早期技術為主，新興技術如風光互補技術、多元儲能技術、智能電網技術等涉及較少，導致學生對行業前沿缺乏全面了解。

（三）教學方法單一

目前教學主要以教師講授為主，僅依靠課堂板書或PPT的傳統教學模式，忽視了學生的主體性，課堂缺乏互動和實踐，難以調動學生學習的積極性[5]。

（四）實驗環節薄弱

課程實驗學時偏少，且實驗內容以簡單的驗證性實驗為主，缺乏綜合性和設計性實驗項目，使得學生動手能力和工程實踐能力無法得到有效提升。

（五）考核方式單一

課程考核主要以期末考試為主，注重考核學生對理論知識的掌握程度，忽視對學生的實踐能力、創新能力和團隊協作能力的評價。

二、新能源發電技術課程改革思路與措施

在高校教育體系建設中，課程是人才培養的核心，決定了人才培養的質量。為了滿足新工科背景下的復合型人才培養要求，必須樹立以學生為中心的教育思想，對新能源發電技術課程進行改革，創新教學模式。圖3為新能源發電技術課程改革措施。

（一）構建目標導向型課程體系，明確課程目標，突出能力培養

結合國家“雙碳”目標和新能源產業對人才的需求，明確課程目標為培養學生的知識能力、實踐能力、創新能力和社會責任感[9-10]。新能源發電技術課程的教學目標應涵蓋以下幾個方面（見圖4）。

1.知識能力：讓學生理解各類新能源發電技術的基本原理、系統組成和運行特點。

2.實踐能力：幫助學生掌握新能源系統設計、運行和維護的基本技能。

3.創新能力：指導學生應用現有的相關工具，包括虛擬仿真軟件、綜合實驗平臺等，研究新能源發電及相關領域的復雜工程問題。

4.社會責任感：讓學生理解新能源技術在我國能源轉型中的重要意義，能夠綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化及環境等因素，對新能源發電項目做出客觀評價，從而使工程實踐可持續發展和持續改進。

（二）優化課程教學內容，聚焦技術前沿，強調與時俱進

新能源發電種類繁多、工作原理迥異，為幫助學生理解，可根據工作特征將其分為兩類：旋轉式發電技術（依賴發電機）和靜止式發電技術（不依賴發電機）。旋轉式發電技術，如風力發電、光熱發電、水力發電等，其基本工作原理是將其他形式的能量轉換成機械能，然后驅動電機旋轉發電，實現機械能到電能的轉換。電機學作為先修課程，學生已對其有所掌握和理解，因此在相關課程教學中，應該將講解重點放在將其他能量轉換成機械能的轉換方式與優化方法上，例如風力發電中控制槳距角實現風能最大捕獲的原理等。而對于靜止式發電技術，如光伏發電、燃料電池等，由于其工作原理與同步/異步電機完全不同，在這些內容的教學中，應該將講解重點放在其基本工作原理上，例如光伏發電中的光生伏特效應、燃料電池的化學反應等。對于所有新能源發電技術面臨的共性問題，例如并網電路拓撲、實現方式以及并網穩定性等，則可以集中講解其背后蘊含的電力電子技術與電力系統相關技術。課程內容的分類與再整合，能夠幫助學生系統理解并掌握各類新能源發電技術的相關理論知識。

面對新能源發電技術的迅猛發展，課程教學內容還需緊跟技術前沿，動態調整內容，例如在傳統教學內容的基礎上，引入儲能技術、智能電網、氫能技術等最新研究成果和典型技術案例。同時，新能源發電技術作為一門強工程性課程，在教學中還可以開發校企聯合課程，融入企業實際工程案例，增強課程的實用性和前沿性。

除此之外，還可以將教師的相關最新科研成果融入課程教學，增強課程的時效性。以光伏發電為例，隨著新能源發電對傳統電力系統的滲透，現有光伏并網逆變器已逐漸從原有的跟網型變流器轉化為構網型變流器，且已實現對電網的主動支撐，這與原有教材和課程內容完全不同。因此，課程組可以結合教師的最新研究成果，對相關教學內容重新編寫，以深入淺出、圖文并茂的方式，向學生科普最新的前沿技術。

（三）多樣化教學方法，提升師生/生生互動性

新能源發電技術具有非常多的工程項目案例和項目需求，因此，在課程教學中，可以采用項目驅動式教學[11]：以實際項目為目標對象，通過“項目設置—目標分析—制定方案—評價交流”的步驟，讓學生充分激發自身的主觀能動性。例如，可以在課程教學中，選取一些具有代表性的項目，如光伏三相并網發電系統、雙饋風力發電并網系統等，讓學生分組實施項目，通過理論知識講解、相關軟件仿真、綜合實驗驗證三個層次漸進式展開教學。這種教學方法不僅可以提高學生的學習興趣和動手能力，還可以培養他們的團隊協作能力和解決問題能力。

新能源發電技術課程內容豐富，可以采用模塊化教學，將課程內容劃分為基礎理論模塊、技術應用模塊和工程實踐模塊，滿足不同學生的學習需求。圖5為新能源發電技術課程教學模塊劃分。畢業后偏向就業的學生，可以重點學習發電技術的工程實踐案例及相關技術應用的方式方法，深化工程實踐認知，以便畢業后快速進入相關領域參與工作；畢業后偏向讀研/讀博深造的學生，則可以重點學習不同發電方式背后的基礎理論，掌握相關技術的具體實施方法，為后續研究生階段快速融入導師研究課題以及培養自身的科學研究思維打下基礎。

除此之外，教師還可以結合新能源發電過程中的相關問題，采用問題探究式教學法（見圖6）：通過提出與課程內容相關的問題，引導學生利用互聯網資源，自主查閱資料、分析問題、解決問題[12]。為此，可以在課程教學過程中，針對課程中的知識點設計一些討論題目，例如新能源發電選址問題、新能源出力波動性問題等，讓學生在課后自主查閱資料、總結知識點，并在課堂上進行匯報和交流。采用問題探究式教學，可以培養學生的自主學習能力和創新思維能力。

作為一種課堂教學的補充方式，學校還可以通過邀請行業專家或學者進行專題講座[13]，結合具體的工程研究項目，例如實際光伏場站從選址、建設到安裝、并網等一系列工程問題，讓學生了解新能源發電技術的最新動態和前沿技術。在講座過程中，為了充分調動學生的積極性，可以采用類似圓桌會議的方式，組織學生與相關專家面對面互動交流，進行開放式討論，充分發揮學生的主觀能動性，引導他們從理論走向實踐。

（四）構建實踐教學體系，強化課程實踐教學

作為一門實踐性極強的工程學科，新能源發電技術必須構建與課程理論相對應的實踐教學體系，讓學生參與其中，加強對相關技術的理解與應用。為此，可以從以下幾個方面推進實踐教學改革。

1. 加強理論與實例結合?

課程教學一定要結合具體實例進行講授，如太陽能、風能等新能源發電技術的實際應用，讓學生深刻理解這些技術在環境保護、能源利用等方面的重要作用。同時，組織學生參與小組討論、調查研究等活動，深化對新能源發電技術的理解和認識?。

2.開展實地參觀?學習

實地參觀是強化實踐教學的重要環節。南京郵電大學與晶澳太陽能科技有限公司、特來電新能源有限公司等企業共建了實踐教學基地，教師可以定期組織學生參觀相關企業的實際工程，讓學生親身體驗新能源發電技術的現場操作過程和運行管理模式。以光伏發電為例，通過到實踐教學基地進行參觀與演練，學生可以了解光伏板的生產過程，掌握光伏組件的選型、安裝角度的計算、并網架構的連接等多項技術要點。

3.建設綜合性實驗平臺

結合新能源發電技術課程的特點與教學目標，課程組已與相關企業聯合開發了涵蓋風電、光伏、儲能等技術的綜合實驗平臺，但還需要將其與理論教學進一步融合，通過理論知識講解和現場實物樣機操作，全面提高學生的認知能力、實踐能力和創新能力。

圖7為課程組與校外企業聯合開發定制的光伏發電綜合實驗平臺。該平臺通過調節燈光照射強度來模擬實際太陽光照，通過伺服電機控制高角度和方位角來模擬光伏安裝角度，并配備觸摸顯示板進行人機交互，能通過DSP程序接口導入學生設計的MPPT算法等，使學生深入了解光伏發電的全過程。

除此之外，課程組還可以以電工技術學會與電源學會的相關賽事為參照，結合學校的教學實際，組織開放式科技競賽和創新實驗，鼓勵學生積極參與，激發學生的創新潛力。

（五）改革考核方式，構建多元化評價體系

新能源發電技術課程原有考核方式以期末理論考試為主，輔以平時考試成績。這種考核方式既與該課程工程實踐性較強的特征不符，也不能滿足新工科背景下復合型人才的培養要求。為此，課程組從以下幾個方面對原有考核方式進行改革，構建如圖8所示的新能源發電技術課程多元化評價體系。" " "

多元化考核：將理論考試、實踐能力考核、思維能力表現、課堂參與度等有機結合。

過程性評價、綜合性考核：通過課堂表現、平時作業、設計方案和實驗操作等對學生進行全面、綜合評價。

成果導向考核：以設計作品、研究報告等課程學習成果作為評價依據，突出考核學生的綜合能力。

除此之外，對參與新能源發電技術相關科研項目、發表論文或競賽獲獎的學生給予獎勵。

多元化評價體系的構建，可以有效激發學生的學習興趣，全面提升其實踐能力和創新能力，從而培養出面向行業需求、具備理論知識和實踐技能的高素質復合型人才。

三、結語

新能源發電技術課程的教學改革是應對能源革命和技術變革的重要舉措，也是新工科背景下對復合型人才培養的必然要求。面對教學現狀，高校教師應明確課程目標、優化教學內容、創新教學方法、強化實踐環節和改革考核方式，從而全面提升學生的綜合素質和適應能力。新能源發電技術作為一門新技術不斷涌現的課程，未來需進一步加強校企協同和國際化教學資源共享，構建面向未來的開放性、動態化課程體系，培養更多引領行業發展的高素質人才。

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［責任編輯：唐玉萍］