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試析“新能源導論與創新實踐”教學體會與實踐

摘要：在深入了解我國新能源行業人才培養現狀和社會對新能源人才需求的基礎上，目前大學自動化學院開設了“新能源導論與創新實踐”課程。結合“新能源導論與創新實踐”課程特點和相關專業特色，總結了教學實踐經驗，從課程開設的意義、理論教學、實踐教學、考核方式等方面進行了改革嘗試，取得了較好的教學效果。
　　　　近幾年，國家對新能源利用越來越重視，制定了一系列的節能減排政策。目前北京市較為重視“新能源”學科點建設和人才培養，建議在有條件的院校建立新能源培訓試驗中心，以培養一大批能勝任新能源發展需要的中高級專業技術人才和管理人才。在這樣的背景下，經過廣泛而深入的調研，將側重于新能源開發與電機節能技術，專業特色突出太陽能發電技術、電機節能技術方面的能力培養。“新能源導論與創新實踐”是新能源系列課程的開端課，是給低年級學生開設的一門選修課，主要介紹新能源的基本概念、基本原理、主要設備、研究進展、主要應用及國內外最新的有關研究成果，使學生了解新能源的基本理論、研究進展、作用與地位，了解新能源的特點應用及相關的政策。通過兩年的教學實踐，對“新能源導論與新能源實訓設備，新能源實驗設備，新能源實訓裝置及新能源創新實踐”課程進行了較為系統的研究，主要對開設課程的意義、理論教學、實踐教學、考核方式等方面進行了改革與優化。
一、開設“新能源導論與創新實踐”的意義：
　　近年來我國經濟持續高速增長，傳統能源消耗量大幅增長，引發的能源短缺和環境污染等問題成為制約我國經濟又好又快發展的瓶頸，為此，發展新能源產業勢在必行。一方面，發展新能源產業孕育著巨大的投資機會，將有效拉動經濟增長；另一方面，也可以有效地改變經濟增長方式，引領中國經濟走向低碳化。雖然我國新能源產業迅速發展，然而推動新能源行業前進的人才供給卻顯得捉襟見肘。高素質專業人才和核心技術的缺失已嚴重阻礙了我國當前新能源產業的健康發展。據估算，到2020年在風電領域的從業人員就將會有幾十萬，其中包括幾萬名專業人員。根據《核電中長期發展規劃（2005-2020）》，未來10年內國家每年平均要開工建設5～8臺以上的核電機組，預計每年對核電人才的需求有數千人，而全國每年相關專業的畢業生總量不超過500人。對于快速發展的太陽能產業而言，人才供應同樣面臨嚴重不足。在這種背景下，開設“新能源導論與創新實踐”非常有意義。
　　“新能源導論與創新實踐”共計32學時，其中講課16學時，實驗16學時。該課程屬于認知課、基礎課，開設學期較早，實驗所占比例較大。開設目的是為了讓學生了解世界能源狀況和發展趨勢、中國的能源狀況和發展趨勢、目前常用的新能源發電技術的開發及應用現狀。課程涉及能源基礎知識、太陽能光伏發電技術、太陽能熱發電技術、風力發電技術、核能發電技術、生物質能發電技術、地熱發電技術、海洋能發電技術、燃料電池發電技術等。開設16課時實驗的目的是給學生一個系統設計的概念，初步認識硬件設計、軟件設計等基本內容，培養學生分析和解決問題的能力、組織協調能力、動手能力和創新精神，為以后參加學科競賽作準備。讓學生有新能源的概念和認識，通過動手調試太陽能智能車，培養初步動手能力，提高實踐興趣，為以后參加學科競賽打基礎、做準備。
二、理論教學：
　　新能源發電技術是近年來發展迅速的一門新技術，其知識內容更新速度很快。因此，必須用先進的教學理念指導教學，以培養學生接受新知識新技術的能力、分析問題和解決問題的能力、創新能力。改變以往“填鴨式”課堂教學，以“探索型”、“服務型”和“研究型”教學為主。由以往實驗教學以“驗證性”實驗為主，逐漸向學生自主設計課題的“開放型”實驗轉變。發展學生的開放式創新式思維，激勵學生的求知欲望和想象力，充分發掘和培養學生的自主學習意識和主動學習能力。
　　1.教學內容：
　　主要介紹新能源和可再生能源的含義和分類，涉及類別主要包括太陽能、地熱能、生物質能、風能、小水電、海洋能、燃料電池等。總結和分析國內外新能源和可再生能源的資源狀況、開發現狀、總體布局、重點領域及發展前景，介紹了部分太陽光伏發電、太陽能熱發電、風能發電、小水力發電、生物質能發電等工程項目案例。
在過去的幾十年里，世界新能源和可再生能源獲得了快速的發展，也取得了很大成果，有些新能源發電技術已經進入商業化發展階段，因此教學內容也要跟隨技術發展而不斷更新，現有的教材內容較陳舊，對新技術的介紹較少，一般只能作為參考教材。對基本概念、工作原理、基本結構等選用教材章節內容。將查閱最新科技發展成果和科研成果、新技術的發展趨勢等作為教材補充內容。既向學生介紹新能源發電的基本原理、關鍵技術及發展趨勢，通過最新科技發展成果介紹，也讓學生了解科技前沿的最新動態，激發和培養學生的創新意識。給學生推薦專業網絡平臺、論壇、科技文獻，作為教學內容和課后拓展閱讀材料，既將最新的科技知識組織到教學內容中，也培養了學生查閱文獻、獨立自主學習的能力，培養了與時俱進的社會所需的新能源技術優秀人才。
2.教學方法手段：
　　采用開放式、案例式、討論式、新能源小系統設計實戰式的教學方法。開放式教學指教學內容不局限于課本，而是多渠道開放式的，可是選自圖書館，也可以是互聯網。教師有引導性推薦一些主要參考書和閱讀資料，然后鼓勵學生自己查找和組織學習資料，這樣一方面可以讓學生接觸國內外最新、最成功的教學內容和學科前沿信息，使學生了解科技的最近發展形勢，站在學科發展的前列。另一方面，通過自己查找資料、組織學習內容，培養學生學習主動性、知識管理能力和自學的習慣。案例式教學將身邊案例搬進課堂，幫助學生理解書本知識，建立起系統設計概念，了解系統設計步驟、設計方法、實驗方法和實驗設計等。討論式教學鼓勵學生積極參加課堂討論，幫助學生建立系統的知識結構，同時也鍛煉了語言表達能力，將學習過程轉變成師生共同學習共同探索提高的過程。新能源小系統設計實戰是布置小型新能源發電系統，學生每3～5人組成一個開發小組，結合講授的案例，自行設計小型新能源發電系統。設計過程可以使用實驗室儀器設備，要求有設計報告，包括項目分析、硬件設計、軟件設計及主要程序流程圖、實驗驗證等內容。
三、實踐教學：
　　本專業以工業電氣自動化為專業方向，以新能源及節能技術應用為專業特色，將新能源及節能技術和電氣控制技術相結合。學生應受到較好的工程實踐訓練，具有較好的綜合分析與解決實際問題的能力和較熟練的計算機應用能力，所以必須加強實踐教學。根據2010年教育部啟動的“卓越工程師教育培養計劃”，應大力培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才。為此，應加強實踐性和創新性教學環節。新能源發電技術屬于工科，側重于工程實踐，要求在實踐教學中大力推行工學結合，突出實踐能力培養，改革人才培養模式。
　　本課程實驗內容在筆者和課題組成員自行開發的太陽能智能車實驗裝置上進行。該實驗屬于綜合性和設計性實驗，綜合了硬件設計和軟件設計內容，涵蓋了單片機、電機拖動、自動控制原理、模擬電子技術、數字電子技術等多門課程的內容，起到對學生進行實驗技能和實驗方法綜合訓練的作用。其實驗組織過程為：實驗前，要求學生認真閱讀實驗指導書，明確實驗目標，查閱相關硬件資料；然后老師組織學生參觀實驗裝置，講解太陽能智能車硬件結構以及軟件現有的功能；教師給學生分組，每組3人，每組1臺太陽能智能車，并選定小組長，小組長負責給小組成員分配具體實驗工作，協調綜合調試，準備講解答辯等；分組設計控制小車的方式，然后在弄懂硬件的基礎上編寫軟件實現其設計的控制方式；編寫實驗報告，老師組織答辯。經過該實驗提高了學生分析問題和解決問題的能力，激發了創新靈感和主觀能動性，避免了實驗結果千篇一律，抄襲等現象，真正體現出綜合性、設計性實驗在本科生培養中的作用。
四、考核方式：
　　考核環節作為教學活動的重要組成部分，是整個教學過程的主要環節之一。考試有其合理性，但也束縛了學生的發散思維，忽視了對學生自學能力和創新能力的檢查。對于該課程，有必要采取靈活多樣的考核方法。在該課程的教學實踐中，采取了平時考核、實驗考核與期末考核相結合的方式。平時成績包含出勤率、提問問題回答情況、討論課發言等；實驗成績由獨立完成實驗情況、實驗報告和實驗答辯成績共同決定；期末考核采用大論文形式，學生根據自己的興趣選擇某種新能源，設計改新能源發電小系統，或者是課堂上未講解到的新技術，借用國際會議的形式在全班宣讀，其余同學可以就該主題進行提問和討論，既考查學生查閱資料能力和文獻綜述能力，也鍛煉了語言表達能力和綜合運用知識的能力。靈活多樣的考核方式不僅實現了整個教學過程的有效管理，也更好地調動了學生的學習積極性、主動性和創造性。
五、總結：
“新能源導論與創新實踐”作為電氣工程及其自動化專業的學科前沿的選修課，隨著新能源發電技術的不斷發展，課程內容需要不斷更新，教學方法也有待改進。還存在一些問題需要解決：選擇一本適合電氣工程及其自動化專業的、結合各類新能源技術原理及控制技術的優秀教材；圖片、動畫等演示內容需要增加，涉及新能源發電原理、發電形式的演示內容，能夠幫助學生更形象地了解太陽能、風能、核能、氫能等能源發電原理和能源特點；生活中應用實例太少，課程中的有些內容，如核能、海洋能等章節的一些內容，學生學習過程中仍不能與實際工程中的能源問題緊密結合。

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