新能源科学与工程专业实验课程教学改革研究*

文 | 郭苏，许昌，赵振宙，霍志红

新能源科学与工程专业实验课程教学改革研究*

文 | 郭苏，许昌，赵振宙，霍志红

河海大学于2008年依托传统优势学科建立新能源科学与工程专业，以风力发电方向为主，是国家级特色专业和江苏省重点专业。经过近10年从无到有、从有到力求完善的过程，河海大学在该专业实验课程教学建设上初步取得了一些心得。

为积极响应国家新能源发展重大战略和新能源产业人才需求，河海大学于2008年依托传统优势学科建立了新能源科学与工程专业，是江苏省第一所、全国第二所建立新能源科学与工程专业的高校。河海大学新能源科学与工程专业以风力发电方向为主，兼顾太阳能发电、海洋能发电、潮汐能发电等多种可再生能源发电方向，是国家级特色专业和江苏省重点专业。

河海大学新能源科学与工程专业开设的实践教学课程共有42个学分，其中《空气动力学实验》和《风力发电实验》是该专业开设的两门最主要的专业实验课程。由于河海大学开设此课程时间较早，在课程设置、教学理念、教学方法及考核方法等方面，兄弟院校都没有成熟的方案可供参考。经过近10年从无到有、从有到力求完善的过程，河海大学在该专业实验课程的建设上初步取得了一些教学心得。本文总结了该校新能源科学与工程专业实验课程的建设工作，为同类课程的建设提供参考。

务实的课程内容设置

在专业建设的初始阶段，为了解国家、社会对风电人才的需求特点，该专业老师分组到华北电力大学（国内第一所设置本专业的高校）、风电场、设计院、风机制造厂家等二十余家单位进行调研，并与来自中国可再生能源学会风能专业委员会、水利部、水利水电出版社等单位的多名专家学者对专业培养方案进行多次研讨和论证，建立了符合国家、社会需求的培养方案和教学大纲。

具体到实验课程中，《空气动力学实验》属于专业基础实验课，通过此课程的学习，使学生学习并验证流体动力学中的连续性方程、伯努利方程；掌握流动空气中总压力、静压力、动压力的测试仪器及测量方法；研究与进行风洞等实验。教学内容包括：文丘里管实验、阻力测定实验、升力测定实验等。

《风力发电实验》属于专业实验课，通过此课程的学习，使学生深入了解风力发电机组整体结构、单部件结构；熟悉风力发电机组偏航调节原理、制动原理、变桨原理以及发电工作原理等。教学内容包括：小型风力发电机组模型参观，大型风洞参观，在采用虚拟现实技术开发的风力发电教学平台上实现风力发电机组整体结构、单部件结构的展示，偏航调节原理、制动原理、变桨原理、以及发电工作原理的展示等。

“探索式”的教学理念

作为新能源科学与工程专业的主体实验课程，其知识内容更新速度快，改革是其发展的必然趋势，超前的教学理念是关键。长期以来，高校的实验课程均以教师讲授、学生“照猫画虎”完成实验为主。传统的教学模式基本上属于学生不用动脑即可完成。由于学生处于被动的接受地位，因此限制了学生的积极主动性，不利于培养其自主学习的能力，学生的创新能力和动手能力得不到提升。

本实验课程采用“探索式”的教学理念，学生根据实验题目，自主查找资料、设计实验内容，从而获得实验结论、验证所需证明的理论或知识点。该教学模式充分调动学生的主观能动性，激发学生潜在的创造欲望和热情。

多样性的教学方法

在《空气动力学实验》和《风力发电实验》教学过程中，教师根据教学大纲要求，注重课程的知识性和趣味性，在实验教学中采用多媒体与传统教学相结合、风力发电虚拟实验平台和实际操作实验平台相结合的方式，使学生充分结合理论知识点，做到有的放矢地学习相关知识。在教学中，主要采用了以下几种方法。

一、启发预习法

教师在实验课程之前下发实验指导书，在实验指导书中提出实验目的和内容，引导学生去查阅相关资料、了解相关背景知识、研究实验器材组成等，并设计实验。该方法能有效提高课堂教学效率、增强学生自主学习意识，为其今后的独立学习和工作打下基础。

二、小组讨论法

图1 风力发电虚拟实验平台

图2 空气动力学实验平台

图3 小型风电机组实验平台

图4 风洞实验平台

在实验教学过程中，以3—5人为一组将学生分成若干小组，通过角色互换机制，组织小组成员轮流承担不同的实验任务。教师在指导实验中有针对性地提出相关理论问题或本小组在操作上存在的问题，学生采用小组讨论的形式解决问题，并在提交实验报告时，简述提出的问题以及相应的解决方法。从而确保每个学生都能积极主动、全程参与到实验中来。

三、参与科研法

在实验教学中，适当引导学生参与科研活动。以风洞参观为例，河海大学购置的风洞为低速直流式风洞，除完成本科教学任务外，还需承担一部分的科研任务。在课程设计时，将科研任务与教学任务相结合，使本科学生在进行科研试验时完成参观任务，近距离了解风洞的工作原理、工作过程，并学习一些简单的操作方法和规范。该方法有效提高了学生的学习兴趣和动手能力。

灵活的考核方式

在实验课程考核中，原有的提交实验报告的考核方式单一枯燥，不利于学生真正掌握所学知识。考虑到这一点，在实验课程的考核环节中，加入了自主设计实验环节。并将平时成绩、作业成绩、自主设计实验成绩的综合作为课程的期末总成绩。这样的考核方式，全面调动了学生的积极性，锻炼了学生的创新能力，取得事半功倍的效果。

总结

实验课程是新能源科学与工程专业理论课程的有效实践和延伸。随着新能源科学与工程专业以及风电技术的不断发展，其课程内容和教学方法等也需不断改进和完善，以适应专业发展需求。河海大学针对课程本身的特点，从课程设置、教学理念、教学方法和考核方式等方面采取了一系列的改革措施，为新能源行业培养具有自学能力、创新能力和动手能力的专业性人才奠定基础。希望河海大学新能源科学与工程专业的实验课程改革措施可以为兄弟院校同类课程提供参考，为同行交流提供依据。

*国家自然科学基金（51507053）

（作者单位：河海大学能源与电气学院）