主页 > 技术文章 > 试析“新能源导论与创新实践”教学体会与实践 2024-10-13

试析“新能源导论与创新实践”教学体会与实践

摘要：在深入了解我国新能源行业人才培养现状和社会对新能源人才需求的基础上，目前大学自动化学院开设了“新能源导论与创新实践”课程。结合“新能源导论与创新实践”课程特点和相关专业特色，总结了教学实践经验，从课程开设的意义、理论教学、实践教学、考核方式等方面进行了改革尝试，取得了较好的教学效果。
　　　　近几年，国家对新能源利用越来越重视，制定了一系列的节能减排政策。目前北京市较为重视“新能源”学科点建设和人才培养，建议在有条件的院校建立新能源培训试验中心，以培养一大批能胜任新能源发展需要的中高级专业技术人才和管理人才。在这样的背景下，经过广泛而深入的调研，将侧重于新能源开发与电机节能技术，专业特色突出太阳能发电技术、电机节能技术方面的能力培养。“新能源导论与创新实践”是新能源系列课程的开端课，是给低年级学生开设的一门选修课，主要介绍新能源的基本概念、基本原理、主要设备、研究进展、主要应用及国内外最新的有关研究成果，使学生了解新能源的基本理论、研究进展、作用与地位，了解新能源的特点应用及相关的政策。通过两年的教学实践，对“新能源导论与新能源实训设备，新能源实验设备，新能源实训装置及新能源创新实践”课程进行了较为系统的研究，主要对开设课程的意义、理论教学、实践教学、考核方式等方面进行了改革与优化。
一、开设“新能源导论与创新实践”的意义：
　　近年来我国经济持续高速增长，传统能源消耗量大幅增长，引发的能源短缺和环境污染等问题成为制约我国经济又好又快发展的瓶颈，为此，发展新能源产业势在必行。一方面，发展新能源产业孕育着巨大的投资机会，将有效拉动经济增长；另一方面，也可以有效地改变经济增长方式，引领中国经济走向低碳化。虽然我国新能源产业迅速发展，然而推动新能源行业前进的人才供给却显得捉襟见肘。高素质专业人才和核心技术的缺失已严重阻碍了我国当前新能源产业的健康发展。据估算，到2020年在风电领域的从业人员就将会有几十万，其中包括几万名专业人员。根据《核电中长期发展规划（2005-2020）》，未来10年内国家每年平均要开工建设5～8台以上的核电机组，预计每年对核电人才的需求有数千人，而全国每年相关专业的毕业生总量不超过500人。对于快速发展的太阳能产业而言，人才供应同样面临严重不足。在这种背景下，开设“新能源导论与创新实践”非常有意义。
　　“新能源导论与创新实践”共计32学时，其中讲课16学时，实验16学时。该课程属于认知课、基础课，开设学期较早，实验所占比例较大。开设目的是为了让学生了解世界能源状况和发展趋势、中国的能源状况和发展趋势、目前常用的新能源发电技术的开发及应用现状。课程涉及能源基础知识、太阳能光伏发电技术、太阳能热发电技术、风力发电技术、核能发电技术、生物质能发电技术、地热发电技术、海洋能发电技术、燃料电池发电技术等。开设16课时实验的目的是给学生一个系统设计的概念，初步认识硬件设计、软件设计等基本内容，培养学生分析和解决问题的能力、组织协调能力、动手能力和创新精神，为以后参加学科竞赛作准备。让学生有新能源的概念和认识，通过动手调试太阳能智能车，培养初步动手能力，提高实践兴趣，为以后参加学科竞赛打基础、做准备。
二、理论教学：
　　新能源发电技术是近年来发展迅速的一门新技术，其知识内容更新速度很快。因此，必须用先进的教学理念指导教学，以培养学生接受新知识新技术的能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力。改变以往“填鸭式”课堂教学，以“探索型”、“服务型”和“研究型”教学为主。由以往实验教学以“验证性”实验为主，逐渐向学生自主设计课题的“开放型”实验转变。发展学生的开放式创新式思维，激励学生的求知欲望和想象力，充分发掘和培养学生的自主学习意识和主动学习能力。
　　1.教学内容：
　　主要介绍新能源和可再生能源的含义和分类，涉及类别主要包括太阳能、地热能、生物质能、风能、小水电、海洋能、燃料电池等。总结和分析国内外新能源和可再生能源的资源状况、开发现状、总体布局、重点领域及发展前景，介绍了部分太阳光伏发电、太阳能热发电、风能发电、小水力发电、生物质能发电等工程项目案例。
在过去的几十年里，世界新能源和可再生能源获得了快速的发展，也取得了很大成果，有些新能源发电技术已经进入商业化发展阶段，因此教学内容也要跟随技术发展而不断更新，现有的教材内容较陈旧，对新技术的介绍较少，一般只能作为参考教材。对基本概念、工作原理、基本结构等选用教材章节内容。将查阅最新科技发展成果和科研成果、新技术的发展趋势等作为教材补充内容。既向学生介绍新能源发电的基本原理、关键技术及发展趋势，通过最新科技发展成果介绍，也让学生了解科技前沿的最新动态，激发和培养学生的创新意识。给学生推荐专业网络平台、论坛、科技文献，作为教学内容和课后拓展阅读材料，既将最新的科技知识组织到教学内容中，也培养了学生查阅文献、独立自主学习的能力，培养了与时俱进的社会所需的新能源技术优秀人才。
2.教学方法手段：
　　采用开放式、案例式、讨论式、新能源小系统设计实战式的教学方法。开放式教学指教学内容不局限于课本，而是多渠道开放式的，可是选自图书馆，也可以是互联网。教师有引导性推荐一些主要参考书和阅读资料，然后鼓励学生自己查找和组织学习资料，这样一方面可以让学生接触国内外最新、最成功的教学内容和学科前沿信息，使学生了解科技的最近发展形势，站在学科发展的前列。另一方面，通过自己查找资料、组织学习内容，培养学生学习主动性、知识管理能力和自学的习惯。案例式教学将身边案例搬进课堂，帮助学生理解书本知识，建立起系统设计概念，了解系统设计步骤、设计方法、实验方法和实验设计等。讨论式教学鼓励学生积极参加课堂讨论，帮助学生建立系统的知识结构，同时也锻炼了语言表达能力，将学习过程转变成师生共同学习共同探索提高的过程。新能源小系统设计实战是布置小型新能源发电系统，学生每3～5人组成一个开发小组，结合讲授的案例，自行设计小型新能源发电系统。设计过程可以使用实验室仪器设备，要求有设计报告，包括项目分析、硬件设计、软件设计及主要程序流程图、实验验证等内容。
三、实践教学：
　　本专业以工业电气自动化为专业方向，以新能源及节能技术应用为专业特色，将新能源及节能技术和电气控制技术相结合。学生应受到较好的工程实践训练，具有较好的综合分析与解决实际问题的能力和较熟练的计算机应用能力，所以必须加强实践教学。根据2010年教育部启动的“卓越工程师教育培养计划”，应大力培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才。为此，应加强实践性和创新性教学环节。新能源发电技术属于工科，侧重于工程实践，要求在实践教学中大力推行工学结合，突出实践能力培养，改革人才培养模式。
　　本课程实验内容在笔者和课题组成员自行开发的太阳能智能车实验装置上进行。该实验属于综合性和设计性实验，综合了硬件设计和软件设计内容，涵盖了单片机、电机拖动、自动控制原理、模拟电子技术、数字电子技术等多门课程的内容，起到对学生进行实验技能和实验方法综合训练的作用。其实验组织过程为：实验前，要求学生认真阅读实验指导书，明确实验目标，查阅相关硬件资料；然后老师组织学生参观实验装置，讲解太阳能智能车硬件结构以及软件现有的功能；教师给学生分组，每组3人，每组1台太阳能智能车，并选定小组长，小组长负责给小组成员分配具体实验工作，协调综合调试，准备讲解答辩等；分组设计控制小车的方式，然后在弄懂硬件的基础上编写软件实现其设计的控制方式；编写实验报告，老师组织答辩。经过该实验提高了学生分析问题和解决问题的能力，激发了创新灵感和主观能动性，避免了实验结果千篇一律，抄袭等现象，真正体现出综合性、设计性实验在本科生培养中的作用。
四、考核方式：
　　考核环节作为教学活动的重要组成部分，是整个教学过程的主要环节之一。考试有其合理性，但也束缚了学生的发散思维，忽视了对学生自学能力和创新能力的检查。对于该课程，有必要采取灵活多样的考核方法。在该课程的教学实践中，采取了平时考核、实验考核与期末考核相结合的方式。平时成绩包含出勤率、提问问题回答情况、讨论课发言等；实验成绩由独立完成实验情况、实验报告和实验答辩成绩共同决定；期末考核采用大论文形式，学生根据自己的兴趣选择某种新能源，设计改新能源发电小系统，或者是课堂上未讲解到的新技术，借用国际会议的形式在全班宣读，其余同学可以就该主题进行提问和讨论，既考查学生查阅资料能力和文献综述能力，也锻炼了语言表达能力和综合运用知识的能力。灵活多样的考核方式不仅实现了整个教学过程的有效管理，也更好地调动了学生的学习积极性、主动性和创造性。
五、总结：
“新能源导论与创新实践”作为电气工程及其自动化专业的学科前沿的选修课，随着新能源发电技术的不断发展，课程内容需要不断更新，教学方法也有待改进。还存在一些问题需要解决：选择一本适合电气工程及其自动化专业的、结合各类新能源技术原理及控制技术的优秀教材；图片、动画等演示内容需要增加，涉及新能源发电原理、发电形式的演示内容，能够帮助学生更形象地了解太阳能、风能、核能、氢能等能源发电原理和能源特点；生活中应用实例太少，课程中的有些内容，如核能、海洋能等章节的一些内容，学生学习过程中仍不能与实际工程中的能源问题紧密结合。

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