“可再生能源发电技术”研究生课程教学改革探索＊

宋冬然，方灵琦，杨建

（中南大学自动化学院，湖南 长沙 410083）

随着以可再生能源为代表的新能源产业快速发展，以风能、太阳能、生物质能等为代表的新能源电力在电网中的占比逐年升高[1]。然而，传统电气工程专业硕士研究的培养建设相对滞后，与日益更新的新能源产业发展速度形成强烈反差。中国开设可再生能源发电技术相关课程的高校数量并不多，总体来说培养规模并不大。在目前的可再生能源的理论知识以及课程安排上，难以融入其他相关学科的基础知识和研究进展，对于新能源资源的评价、技术标准等体系都尚未建立，难以适应日新月异的可再生能源产业发展需求。

教师队伍需要更新教学理念，深度整合教学内容，进而消除学科之间的鸿沟，使本专业课程建设跟上可再生能源产业发展的脚步。需要立足中国当前资源现状，面对未来的国际竞争挑战，以应对发展的变化、塑造美好的未来为新理念，通过协调、融合、传承、创新等新方式培养新时代有创新能力的人才[2-3]。以学生为主体成果导向教育理念（OBE）通过一个闭环手段实现教学模式的不间断改进，闭环是指“预期学习产出定义—预期学习产出实现—学习产出评估”，有助于学生在产出过程中锻炼自身专业能力、在产出成果中感受自身价值、在产出评估中往前更深一步[4-5]。本文在OBE 的基础上对“可再生能源发电技术”课程改革进行探索，对在教学过程中学生参与程度、解决实际问题以及如何提升能力展开深入研究。

1 传统“可再生能源发电技术”课程设置

该课程介绍了各种新能源发电技术的理论知识，纵观了各类新能源发电技术的发展历史，并总结了最新的可再生能源发展前沿热点。传统的课堂课程教学设置，主要通过以下几方面完成：①根据已有教学大纲、特定教材，主要以“老师讲，学生听”的形式传授；②在教学方法上，教师以PPT 方式授课为主，案例分析也常由教师准备，学生参与感弱；③在课程考核方面，常以课程考试或课程论文报告的形式，学生在课程中掌握的知识不能得到有效地转化。在传统教学中，很多学生都处于“知其然，而不知其所以然”的程度，不能够将所学知识应用到以后的科研工作中。

2 基于OBE 理念的教学改革探索

2.1 课程教学改革思路

所设计的课程教学分为理论教学模块、理论应用模块和成果探讨模块。各模块包含内容以及相互的联系如图1 所示。理论教学模块包括深入学习可再生能源的理论知识，对于本科阶段学过的知识以学生自主回顾学习为主，对于本科阶段未学过的内容会详细深入讲解；理论应用模块主要针对新能源产业发展中的关键技术问题，结合教师科研成果以及相关理论，分析与探讨如何将相关理论应用于实际问题的解决，开展应用研究以及如何将研究成果总结撰写成科研论文；成果研讨模块主要根据所提出的问题解决新方案，结合所写的科研论文进行研讨，发现存在的问题，反哺理论教学与应用环节。

图1 基于产学结合“可再生能源发电技术”课程教学改革思路

在课程开始阶段对学生展开调查问卷，了解不同学生对本课程的差异化认识及期望学习到的内容，从而对理论教学模块进行相应的适当增减，增加教学灵活性。2020 级电气工程课程调查问卷结果如图2 所示。

图2 调查问卷结果-学生想要学习到的内容

2.2 课程教学内容

通过课程教学，旨在使学生了解新能源技术及新型发电方式的概况，并运用已学过的电气工程基础理论对可再生能源的运行特点、工作方式以及并网发电等问题进行分析，掌握风力发电技术基本概念、原理和装置，了解微电网基本结构和特点，了解新能源技术及其发展方向。

课程教学内容也分为理论教学模块、理论应用模块和成果研讨模块。在理论教学模块中，结合目前可再生能源发电技术的最新发展成果以及相关纪录片进行课程讲解；在理论应用模块中，将具体的理论知识和目前已经发表的论文进行有机的结合，具体如何有机的结合也是本部分着重讲述的内容；在成果研讨模块中，针对学生写的课程论文，一对一地针对性指导，可以有效地解决每位学生不同的问题。此外，经过课堂学习之后，对三部分整体进行评估与反思，最终形成电气工程专业研究生“可再生能源发电技术”课程的全部内容。

2.3 课程教学与实践模式

具体教学实践中，在理论教学模块中，对本科时期学过的理论知识，由学生主导进行相关知识点回顾和学习；反之，由教师主导进行相关知识点的分析和讲解；在理论应用模块中，以专题讲座的形式邀请行业专家与资深工程师，通过对实际问题的深入探讨激发学生对课程学习的兴趣，培养学生利用理论解决问题的创新思维；在成果研讨模块中，教师针对学生的课程论文进行点评，主体是学生，教师只是辅助。拟培养学生具备表1 中所示的4 方面能力，解释如下。

表1 课程教学和实践模式后学生将具备的能力

新模型方法的接受能力。“可再生能源发电技术”旨在培养研究生通过新能源的模型方法来解决可再生能源发电领域的一些科学问题，探索可再生能源发电的规律，以及新型发电方式如磁流体发电、电流体发电的基本原理及其利用技术，能够掌握风力发电相关技术，能够拓宽电气工程专业学生的知识与视野，使学生了解可再生能源发电领域的研究前沿，对于培养本专业学生的创新思维具有现实指导意义。

发现问题及文献综述的能力。问题不是凭空想象就能发现，只有在对前人的已有成果有一定的了解的基础上才有可能去发现有价值的问题。在授课过程中，鼓励学生先找出自己感兴趣的方向，利用图书馆资源查阅相关文献，对好的文献进行逐篇研读，并总结研究的目的和意义、所采用的研究方法和建模、研究成果和结论分析。在前人的基础上去发现问题：方法的适用性、模型的不准确、研究结果的出入等，带着问题再去看文献资料，不仅可以锻炼学生的科学思维能力，还可以提高学生对文献的查阅和综述的能力，为后续撰写科学论文奠定了基础。

模型或方法的实现能力。模型或方法不会凭空产生。在工程领域，模型或方法实现的第一步是模拟仿真，将模型的内在逻辑转为计算机程序语言。这对学生的计算机编程仿真能力有一定的要求，学生要熟练掌握常见的仿真软件。电气专业研究生应当在熟练掌握仿真软件的基础上，培养发现问题以及解决问题的能力。在仿真实现过程中，需掌握如何在众多参数优化策略中选取最适合所研究模型的优化方法，并根据模型特殊性，对优化方法进行适应性修改，从而提高模型或方法的精度、效率等。

科研论文的撰写能力。目前认可科研能力的一个常见且重要的标准是科研论文是否可以在国内外优秀的期刊上发表。论文发表要求方法创新且撰写有逻辑性，内容复制比低于10%。学生对科研论文的基本要求要有一定的掌握，比如，在文章的引言部分，要详略有致地综述研究问题的国内外研究发展及现状，针对问题所涉及的文献进行有条理地归纳。在文章的分析和讨论部分，得到所提出模型的结果之后，需要对研究结果进行相应的分析和讨论，这一块内容是科研论文创新性的集中体现，通过分析讨论要使读者明白文章提出模型或者方法的创新之处。

2.4 设置课程考核方式，持续优化教学设计

课程考核采取课堂讲学+课程论文写作的方式进行。其中，课堂讲学占30%，课程论文占60%，剩余10%为出勤成绩。对于课程中所涉及的部分可再生能源发电理论采取课堂讲学的形式，学生可以选取自己感兴趣的章节或主题，在课前充分准备后上台与大家进行15～30 min 的分享；讲学后，由学生来发表自己的观点或提出问题，老师对所讲内容进行补充、深入以及对未能解决问题进行解答。

课程论文的写作主要分为3 步：初稿撰写、论文评阅以及论文修改。课程论文的成绩以修改稿为主，具体评定细则如表2 所示。“3-6-1”配比根据实际实施情况以及结合学生问卷反馈进行调整，从而使得学生从该课程中获取知识最大化。

表2 “可再生能源发电技术”课程论文要求

表2（续）

3 教学效果

在OBE 理念的基础上，采用理论教学与理论应用相融合、最后作用于论文成果及后续研究的新型课堂教学方式，得到学生的一致认同，充分地激发了学生在“可再生能源发电技术”课程中的主观能动性，提高了学习效果。在课后问卷调查中，学生对基于OBE 理念的教学方式以及教学效果的满意度均在90%以上，学生觉得成果研讨过程中的交流对“可再生能源发电技术”课程的学习帮助最大；在同学的评价中，学生知道自己不足的同时也能够了解到别人的思考方式，使讨论更加激烈，最后的探讨答疑环节也让师生有了更多交流。

4 结语

创新是可再生能源发电技术发展的内核，也是研究生教学与产业发展高效对接的黏结剂。基于OBE 理念的课程教学改革以学生成果产出为导向，为学生培养创新能力提供了可行方法和具体途径。基于OBE 理念的教学改革同样适用于研究生其他课程，教师应该尝试以学生为主体，以产出为导向的教学方式，进一步提高学生的专业水平。