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試析“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”教學(xué)體會(huì)與實(shí)踐

要:在深入了解我國新能源行業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀和社會(huì)對新能源人才需求的基礎(chǔ)上,目前大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院開設(shè)了“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”課程。結(jié)合“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”課程特點(diǎn)和相關(guān)專業(yè)特色,總結(jié)了教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從課程開設(shè)的意義、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核方式等方面進(jìn)行了改革嘗試,取得了較好的教學(xué)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(jié)能減排政策。目前北京市較為重視“新能源”學(xué)科點(diǎn)建設(shè)和人才培養(yǎng),建議在有條件的院校建立新能源培訓(xùn)試驗(yàn)中心,以培養(yǎng)一大批能勝任新能源發(fā)展需要的中高級專業(yè)技術(shù)人才和管理人才。在這樣的背景下,經(jīng)過廣泛而深入的調(diào)研,將側(cè)重于新能源開發(fā)與電機(jī)節(jié)能技術(shù),專業(yè)特色突出太陽能發(fā)電技術(shù)、電機(jī)節(jié)能技術(shù)方面的能力培養(yǎng)。“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”是新能源系列課程的開端課,是給低年級學(xué)生開設(shè)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(shè)備、研究進(jìn)展、主要應(yīng)用及國內(nèi)外最新的有關(guān)研究成果,使學(xué)生了解新能源的基本理論、研究進(jìn)展、作用與地位,了解新能源的特點(diǎn)應(yīng)用及相關(guān)的政策。通過兩年的教學(xué)實(shí)踐,對“新能源導(dǎo)論與
新能源實(shí)訓(xùn)設(shè)備,新能源實(shí)驗(yàn)設(shè)備,新能源實(shí)訓(xùn)裝置及新能源創(chuàng)新實(shí)踐”課程進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,主要對開設(shè)課程的意義、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核方式等方面進(jìn)行了改革與優(yōu)化。
一、開設(shè)“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”的意義:
  近年來我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長,傳統(tǒng)能源消耗量大幅增長,引發(fā)的能源短缺和環(huán)境污染等問題成為制約我國經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的瓶頸,為此,發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)勢在必行。一方面,發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)孕育著巨大的投資機(jī)會(huì),將有效拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長;另一方面,也可以有效地改變經(jīng)濟(jì)增長方式,引領(lǐng)中國經(jīng)濟(jì)走向低碳化。雖然我國新能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,然而推動(dòng)新能源行業(yè)前進(jìn)的人才供給卻顯得捉襟見肘。高素質(zhì)專業(yè)人才和核心技術(shù)的缺失已嚴(yán)重阻礙了我國當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。據(jù)估算,到2020年在風(fēng)電領(lǐng)域的從業(yè)人員就將會(huì)有幾十萬,其中包括幾萬名專業(yè)人員。根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020)》,未來10年內(nèi)國家每年平均要開工建設(shè)5~8臺以上的核電機(jī)組,預(yù)計(jì)每年對核電人才的需求有數(shù)千人,而全國每年相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生總量不超過500人。對于快速發(fā)展的太陽能產(chǎn)業(yè)而言,人才供應(yīng)同樣面臨嚴(yán)重不足。在這種背景下,開設(shè)“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”非常有意義。
  “新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”共計(jì)32學(xué)時(shí),其中講課16學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。該課程屬于認(rèn)知課、基礎(chǔ)課,開設(shè)學(xué)期較早,實(shí)驗(yàn)所占比例較大。開設(shè)目的是為了讓學(xué)生了解世界能源狀況和發(fā)展趨勢、中國的能源狀況和發(fā)展趨勢、目前常用的新能源發(fā)電技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀。課程涉及能源基礎(chǔ)知識、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、太陽能熱發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、核能發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、燃料電池發(fā)電技術(shù)等。開設(shè)16課時(shí)實(shí)驗(yàn)的目的是給學(xué)生一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念,初步認(rèn)識硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等基本內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力、組織協(xié)調(diào)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神,為以后參加學(xué)科競賽作準(zhǔn)備。讓學(xué)生有新能源的概念和認(rèn)識,通過動(dòng)手調(diào)試太陽能智能車,培養(yǎng)初步動(dòng)手能力,提高實(shí)踐興趣,為以后參加學(xué)科競賽打基礎(chǔ)、做準(zhǔn)備。
二、理論教學(xué):
  新能源發(fā)電技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一門新技術(shù),其知識內(nèi)容更新速度很快。因此,必須用先進(jìn)的教學(xué)理念指導(dǎo)教學(xué),以培養(yǎng)學(xué)生接受新知識新技術(shù)的能力、分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新能力。改變以往“填鴨式”課堂教學(xué),以“探索型”、“服務(wù)型”和“研究型”教學(xué)為主。由以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)以“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)為主,逐漸向?qū)W生自主設(shè)計(jì)課題的“開放型”實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變。發(fā)展學(xué)生的開放式創(chuàng)新式思維,激勵(lì)學(xué)生的求知欲望和想象力,充分發(fā)掘和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。
  1.教學(xué)內(nèi)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?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、風(fēng)能、小水電、海洋能、燃料電池等?偨Y(jié)和分析國內(nèi)外新能源和可再生能源的資源狀況、開發(fā)現(xiàn)狀、總體布局、重點(diǎn)領(lǐng)域及發(fā)展前景,介紹了部分太陽光伏發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、小水力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等工程項(xiàng)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(fā)展,也取得了很大成果,有些新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展階段,因此教學(xué)內(nèi)容也要跟隨技術(shù)發(fā)展而不斷更新,現(xiàn)有的教材內(nèi)容較陳舊,對新技術(shù)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(jié)構(gòu)等選用教材章節(jié)內(nèi)容。將查閱最新科技發(fā)展成果和科研成果、新技術(shù)的發(fā)展趨勢等作為教材補(bǔ)充內(nèi)容。既向?qū)W生介紹新能源發(fā)電的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢,通過最新科技發(fā)展成果介紹,也讓學(xué)生了解科技前沿的最新動(dòng)態(tài),激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。給學(xué)生推薦專業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺、論壇、科技文獻(xiàn),作為教學(xué)內(nèi)容和課后拓展閱讀材料,既將最新的科技知識組織到教學(xué)內(nèi)容中,也培養(yǎng)了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力,培養(yǎng)了與時(shí)俱進(jìn)的社會(huì)所需的新能源技術(shù)優(yōu)秀人才。
     2.教學(xué)方法手段:
  采用開放式、案例式、討論式、新能源小系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)式的教學(xué)方法。開放式教學(xué)指教學(xué)內(nèi)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(lián)網(wǎng)。教師有引導(dǎo)性推薦一些主要參考書和閱讀資料,然后鼓勵(lì)學(xué)生自己查找和組織學(xué)習(xí)資料,這樣一方面可以讓學(xué)生接觸國內(nèi)外最新、最成功的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)科前沿信息,使學(xué)生了解科技的最近發(fā)展形勢,站在學(xué)科發(fā)展的前列。另一方面,通過自己查找資料、組織學(xué)習(xí)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、知識管理能力和自學(xué)的習(xí)慣。案例式教學(xué)將身邊案例搬進(jìn)課堂,幫助學(xué)生理解書本知識,建立起系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念,了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。討論式教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生積極參加課堂討論,幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu),同時(shí)也鍛煉了語言表達(dá)能力,將學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變成師生共同學(xué)習(xí)共同探索提高的過程。新能源小系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)是布置小型新能源發(fā)電系統(tǒng),學(xué)生每3~5人組成一個(gè)開發(fā)小組,結(jié)合講授的案例,自行設(shè)計(jì)小型新能源發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過程可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備,要求有設(shè)計(jì)報(bào)告,包括項(xiàng)目分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及主要程序流程圖、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等內(nèi)容。 
三、實(shí)踐教學(xué):
  本專業(yè)以工業(yè)電氣自動(dòng)化為專業(yè)方向,以新能源及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用為專業(yè)特色,將新能源及節(jié)能技術(shù)和電氣控制技術(shù)相結(jié)合。學(xué)生應(yīng)受到較好的工程實(shí)踐訓(xùn)練,具有較好的綜合分析與解決實(shí)際問題的能力和較熟練的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力,所以必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。根據(jù)2010年教育部啟動(dòng)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”,應(yīng)大力培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。為此,應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐性和創(chuàng)新性教學(xué)環(huán)節(jié)。新能源發(fā)電技術(shù)屬于工科,側(cè)重于工程實(shí)踐,要求在實(shí)踐教學(xué)中大力推行工學(xué)結(jié)合,突出實(shí)踐能力培養(yǎng),改革人才培養(yǎng)模式。
  本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在筆者和課題組成員自行開發(fā)的
太陽能智能車實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)屬于綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),綜合了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容,涵蓋了單片機(jī)、電機(jī)拖動(dòng)、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等多門課程的內(nèi)容,起到對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法綜合訓(xùn)練的作用。其實(shí)驗(yàn)組織過程為:實(shí)驗(yàn)前,要求學(xué)生認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),查閱相關(guān)硬件資料;然后老師組織學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)裝置,講解太陽能智能車硬件結(jié)構(gòu)以及軟件現(xiàn)有的功能;教師給學(xué)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(fù)責(zé)給小組成員分配具體實(shí)驗(yàn)工作,協(xié)調(diào)綜合調(diào)試,準(zhǔn)備講解答辯等;分組設(shè)計(jì)控制小車的方式,然后在弄懂硬件的基礎(chǔ)上編寫軟件實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的控制方式;編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,老師組織答辯。經(jīng)過該實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力,激發(fā)了創(chuàng)新靈感和主觀能動(dòng)性,避免了實(shí)驗(yàn)結(jié)果千篇一律,抄襲等現(xiàn)象,真正體現(xiàn)出綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在本科生培養(yǎng)中的作用。
四、考核方式:
  考核環(huán)節(jié)作為教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分,是整個(gè)教學(xué)過程的主要環(huán)節(jié)之一?荚囉衅浜侠硇,但也束縛了學(xué)生的發(fā)散思維,忽視了對學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)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(xué)實(shí)踐中,采取了平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)考核與期末考核相結(jié)合的方式。平時(shí)成績包含出勤率、提問問題回答情況、討論課發(fā)言等;實(shí)驗(yàn)成績由獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)答辯成績共同決定;期末考核采用大論文形式,學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇某種新能源,設(shè)計(jì)改新能源發(fā)電小系統(tǒng),或者是課堂上未講解到的新技術(shù),借用國際會(huì)議的形式在全班宣讀,其余同學(xué)可以就該主題進(jìn)行提問和討論,既考查學(xué)生查閱資料能力和文獻(xiàn)綜述能力,也鍛煉了語言表達(dá)能力和綜合運(yùn)用知識的能力。靈活多樣的考核方式不僅實(shí)現(xiàn)了整個(gè)教學(xué)過程的有效管理,也更好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。
五、總結(jié):
新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實(shí)踐”作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)科前沿的選修課,隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展,課程內(nèi)容需要不斷更新,教學(xué)方法也有待改進(jìn)。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(dòng)化專業(yè)的、結(jié)合各類新能源技術(shù)原理及控制技術(shù)的優(yōu)秀教材;圖片、動(dòng)畫等演示內(nèi)容需要增加,涉及新能源發(fā)電原理、發(fā)電形式的演示內(nèi)容,能夠幫助學(xué)生更形象地了解太陽能、風(fēng)能、核能、氫能等能源發(fā)電原理和能源特點(diǎn);生活中應(yīng)用實(shí)例太少,課程中的有些內(nèi)容,如核能、海洋能等章節(jié)的一些內(nèi)容,學(xué)生學(xué)習(xí)過程中仍不能與實(shí)際工程中的能源問題緊密結(jié)合。

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