桂許龍 丁 昌 劉 鶴 吳學(xué)紅 袁 培(鄭州輕工業(yè)大學(xué),河南 鄭州,450002)
風(fēng)力發(fā)電這門(mén)課程涉及的學(xué)科很多, 包括氣象學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械原理、流體傳動(dòng)與控制、電力電子學(xué)、控制理論、振動(dòng)理論和測(cè)試技術(shù)等。該課程主要內(nèi)容包括風(fēng)的特性、風(fēng)能資源分布特點(diǎn)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、工作原理、安全運(yùn)行與維護(hù)、風(fēng)電場(chǎng)的確定、風(fēng)能存儲(chǔ)、風(fēng)能的其他用途、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。 其章節(jié)中的知識(shí)點(diǎn)較多,單一課堂講授的方法難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)需要。
很多學(xué)者對(duì)風(fēng)力發(fā)電課程的教學(xué)進(jìn)行了多方位的研究和探索。 劉新華和戴前進(jìn)[1]引入了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式進(jìn)行課堂設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握,整體改善了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)效果。葉云洋等人[2]建議學(xué)校和企業(yè)合作,引進(jìn)企業(yè)先進(jìn)技術(shù),建設(shè)綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)踐基礎(chǔ),與企業(yè)技術(shù)人員共同開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、共同制定實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、共同編寫(xiě)實(shí)訓(xùn)教材。 王樹(shù)文等人[3]構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)半實(shí)物虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)。通過(guò)外部硬件平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)虛擬的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)的實(shí)時(shí)控制。虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)還可以和科研、裝置研發(fā)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。 張強(qiáng)和張敬南[4]開(kāi)發(fā)了面向工程需求的風(fēng)力發(fā)電實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),學(xué)生能對(duì)多種工程技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐、開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新。一些學(xué)者把新能源專業(yè)課程和其他課程或技術(shù)進(jìn)行了融合。 以資源庫(kù)為平臺(tái),融合了新能源類專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)“能學(xué)、輔教”的研究成效,這也加深了教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合[5]。劉宗瑤等人[6]把思想政治教育與風(fēng)電專業(yè)課程結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)專業(yè)與思政的“基因式”融合。也有一些學(xué)者提出在風(fēng)力發(fā)電課程中實(shí)施研討式教學(xué)[7],并提出了研討式教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合[8]或者與項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)方法[9],在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果。上述研究主要是從翻轉(zhuǎn)課堂、校企合作、虛擬仿真、教學(xué)方法等方面進(jìn)行的,提出了一些切實(shí)可行且有效的措施。 本文根據(jù)在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,對(duì)目前采用的風(fēng)力發(fā)電的教學(xué)方法進(jìn)行研究,針對(duì)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題,分別提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施,并對(duì)學(xué)生在風(fēng)力發(fā)電專業(yè)上的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出一些建議。
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用是新能源專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課,共32個(gè)學(xué)時(shí),分16次授課,每次2個(gè)課時(shí),時(shí)間為100分鐘。 課程內(nèi)容多,教學(xué)學(xué)時(shí)少。 授課對(duì)象是大三的學(xué)生,學(xué)生人數(shù)為30人。 本課程是流體力學(xué)課程的延伸與應(yīng)用,屬于新開(kāi)的課程,教學(xué)資源和經(jīng)驗(yàn)可能會(huì)有所欠缺。為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不至于太過(guò)乏味,有時(shí)會(huì)播放一些風(fēng)力發(fā)電相關(guān)的視頻,增加可觀看性和趣味性。
本課程理論性比較強(qiáng),為了完成教學(xué)計(jì)劃,授課基本上是教師講、學(xué)生聽(tīng)的模式,課堂上教師沒(méi)有較多時(shí)間與學(xué)生展開(kāi)有效的互動(dòng),而填鴨式和灌輸式教學(xué)模式的弊端多年來(lái)為人所詬病。這不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力。 在教學(xué)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)主要存在下述問(wèn)題:
(1)理論性強(qiáng),公式推導(dǎo)多,學(xué)生覺(jué)得不容易學(xué),比較難以理解;
(2)授課形式單一,對(duì)多媒體和計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用不足,學(xué)生興趣淡??;
(3)學(xué)生課業(yè)繁重,能夠做到課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)以及獨(dú)自完成作業(yè)的學(xué)生很少;
(4)學(xué)生的作業(yè)解答內(nèi)容多來(lái)自網(wǎng)絡(luò)上的復(fù)制粘貼和抄襲,缺乏深入的思考;
(5)課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)聯(lián)系不緊密,學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)理解不夠深刻,逐漸失去學(xué)習(xí)興趣;
(6)教學(xué)過(guò)程中師生互動(dòng)不多,有待改進(jìn);
(7)課后缺少有效的師生溝通平臺(tái),師生相互溝通和交流相對(duì)較少。
針對(duì)風(fēng)力發(fā)電中課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題,在教學(xué)方法上,把所講的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),把復(fù)雜難懂的知識(shí)點(diǎn),盡量使其形象生動(dòng)。 大力建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué),從設(shè)施硬件和軟件虛擬仿真平臺(tái)上大力推動(dòng)。 采用多種方法,加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng),以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。 從細(xì)節(jié)上下功夫,采取一些切實(shí)可行的措施,改進(jìn)教學(xué)方法。
圍繞“風(fēng)力發(fā)電”專業(yè)涉及的學(xué)科知識(shí)點(diǎn),對(duì)教學(xué)大綱和課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化,例如,把教學(xué)大綱分為:風(fēng)力機(jī)的基礎(chǔ)理論、風(fēng)力機(jī)的類型及特性、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力利用系統(tǒng)等。模塊化之后,有利于進(jìn)行案例式教學(xué)、小組式討論或翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)。
對(duì)風(fēng)力發(fā)電中抽象難以理解的概念或知識(shí)要點(diǎn),想方設(shè)法使其內(nèi)容簡(jiǎn)單化和形象化。 例如,采用CFD方法對(duì)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),進(jìn)行數(shù)值模擬。 用圖片、 動(dòng)畫(huà)或視頻的形式生動(dòng)形象地展示風(fēng)力流動(dòng)情況,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
新能源的課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性,需要有良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)踐基地。有必要建設(shè)風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,購(gòu)買(mǎi)相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。也可以和企業(yè)合作,共建實(shí)驗(yàn)室。如果條件允許,可以建設(shè)風(fēng)力機(jī)模擬器。風(fēng)力機(jī)模擬器能在不依賴環(huán)境和風(fēng)力機(jī)的情況下模擬不同特性的風(fēng)力機(jī)[10]。 也可以建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái),在電腦上模擬風(fēng)力發(fā)電廠,讓學(xué)生了解風(fēng)力場(chǎng)的情況。
在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面,將采用多種辦法來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力:一是將采用翻轉(zhuǎn)課堂,讓學(xué)生講老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng);二是在學(xué)校的“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間”網(wǎng)站中建設(shè)風(fēng)力發(fā)電課程網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái),促進(jìn)學(xué)生課外進(jìn)行學(xué)習(xí),并增加師生間的互動(dòng);三是讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)實(shí)驗(yàn),鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)能力;四是讓學(xué)生多參與大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目,并參加相關(guān)的大學(xué)生競(jìng)賽,以賽促學(xué)。另外,可以嘗試開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)。同時(shí),為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,讓學(xué)生進(jìn)行小組式的課堂討論,提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
針對(duì)課堂中存在的問(wèn)題,提出一些有針對(duì)性的改進(jìn)措施:
(1)針對(duì)課程理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多、學(xué)生覺(jué)得乏味的問(wèn)題,將采用案例式和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)方式,以增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的趣味性。
(2)針對(duì)授課形式單一、計(jì)算機(jī)應(yīng)用不足的問(wèn)題,將采用CFD的方法,用圖形或動(dòng)畫(huà)使教學(xué)內(nèi)容更加形象化。
(3)針對(duì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)尋找答案、抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重的問(wèn)題,避免使用課本后的作業(yè)題,改寫(xiě)課本后作業(yè)題,或布置新的作業(yè)題。
(4) 針對(duì)新開(kāi)放課程會(huì)存在經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題,積極改進(jìn)教學(xué)方式和方法, 克服教學(xué)模式單一的弊端,提出在教學(xué)中采用案例式教學(xué)模式。
(5)針對(duì)缺少有效的師生溝通平臺(tái),學(xué)生課外學(xué)習(xí)較少的問(wèn)題,建立網(wǎng)上學(xué)習(xí)空間。
風(fēng)力發(fā)電屬于新開(kāi)設(shè)的課程,很多方面還需要完善。 通過(guò)課程改革能促進(jìn)學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。 通過(guò)創(chuàng)新能力的培養(yǎng),有效地增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,推動(dòng)了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和虛擬仿真平臺(tái)結(jié)合使用,能夠多方位展示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與工作過(guò)程。利用現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)教學(xué)方法,可以彌補(bǔ)教學(xué)過(guò)程中的不足與缺陷。 本文的研究,有助于風(fēng)電人才的培養(yǎng),推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。