新能源发电与并网技术课程建设与教学改革

焦岳超　瞿博阳　肖俊明　武明义　周谦

摘 要 深入分析新能源发电与并网技术课程教学内容、教学方法以及实验实践平台建设等，提出调整与优化的新方案。采用理论教学与实验实践同步结合的方法，激发学生学习兴趣，增强学生的动手操作和工程实践能力。

关键词 新能源发电与并网技术；实验平台；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）08-0091-03

Course Construction and Teaching Reform of New Energy Power

Generation and Grid Connected Technology//JIAO Yuechao， QU Boyang， XIAO Junming， WU Mingyi， ZHOU Qian

Abstract In this paper， the content of the course of the New Energy Power Generation and Grid Connected Technology teaching content， teaching methods and the construction of experimental practice platform are analyzed in depth， and the new scheme of adjustment and optimization is presented. Adopting theoretical teaching and experimental practice is able to stimulate students learning interest and enhance students ability of practice and engineering practice.

Key words new energy power generation and grid connected tech-nology； experimental platform； teaching reform

1 引言

能源是社會发展最重要的基础性资源之一，是社会发展的原动力。为保证人类稳定、持久的能源供应，必须优化现存的、以不可再生的化石能源为主体的能源结构，大力发展太阳能、风能、生物质能、水能等可再生能源[1]。新能源发电与并网技术主要涉及电气、材料、控制、电力电子技摘 要 针对地图学课程教学中存在的问题，应用任务驱动教学理念，结合网络教学综合平台、专业竞技大赛、地理信息系统专业公共云平台等，构建线上线下的多维一体教学模式，并在课程中进行实践应用，激发学生的学习主动性，取得良好的教学效果。

关键词 地图学课程；任务驱动；多维一体教学模式

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）08-0089-03

Teaching Reform and Practice on Course of Cartography based on Task-driven and Multi-dimensional Integrated Mode//YIN Min， WANG Shitai

Abstract Aiming at the existing problems in the teaching of carto-graphy， the author applied task-driven teaching model， combined with network teaching integrated platform， professional competitive contest， GIS public cloud platform， and constructed a multi-dimen-sional integrated teaching mode online and offline. Through the prac-

tice on the course of cartography， it found that the teaching mode stimulated students learning initiative， and have achieved good tea-ching results.

Key words course of cartography； task-driven； multi-dimensional integrate teaching mode

1 前言

地图学是地理科学及其相关专业的学生必修的一门专业基础课，是一门技术性强、应用范围广、融理论与实践于一体、综合性极强的学科。地图学教学以培养学生理解地图学的相关理论，熟悉地图编制的基本过程，掌握地图的应用以及高新技术在地图学中的渗入及应用为目的。地图学的学习要求学生掌握地图学基础理论、地图设计、编制的方法，掌握空间信息可视化的能力，掌握阅读、使用各类地图解译空间信息的科学方法，为将来从事有关工作与研究奠定基础。

目前的地图学课程开设过程中，主要采用多媒体教学方式。虽然将传统的板书“文字表达理论、手绘相关模型”的教学方式改进为“图片呈现地图、动画表达模型”，但相较于完整实现上述教学目的，在教学方法上仍存在一些问题：1）教—学的学习模式，学生没有主动感；2）平面的视觉感受，学生没有空间感；3）原理方法的分块分条，学生没有实用感。

针对上述问题，网络时代的教师亟待根据学生的特性、技术现状，从三个方面进行改进：1）教学模式的改变；

2）（实物）立体感受的增加；3）以任务驱动的实践项目为中心进行概念串讲，以此来提高教学质量。

2 任务驱动式多维一体教学模式设计

任务驱动教学法基本思想 该方法从结果出发，以解决问题、完成任务为根本，采用探究式学习方式，让学习者处于主动的学习状态，根据团队共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题[1-5]。任务驱动式教学法是适用于操作性、实践性课程的有效教学模式[2]，将其应用于地图学课程教学中，具有较强的针对性和实效性。

任务驱动式多维一体教学模式设计 任务驱动式多维一体教学模式，以任务驱动教学方法为核心，通过网络教学综合平台、专业竞技大赛、地理信息系统（简称GIS）专业公共云平台构建多维综合体，如图1所示。

教师结合生产实践与专业竞赛内容，将课程的核心教学内容通过若干个任务进行贯穿，通过教学综合平台向学生布置任务；学生接受任务后，利用教学综合平台的资源找到任务的解决办法，进而在专业的云平台上，如ArcGIS门户云平台、天地图平台等将地图任务进行实现。教学综合平台还为教师与学生提供了多种交流形式，将传统的课堂教学形式有效地拓展到课堂之外，让学生不受时间、地点的限制，打造没有“围墙”的知识流[6]。

任務驱动式多维一体教学模式将课堂与课下的学习时间与学习内容互置，用实践带领学生寻找知识点、理解知识点并加以有效应用，本着“实用性”的学习态度完成作品，让学生在任务的驱动下学会思考、运用、协作与解决，从而达到主动学习与创新性学习的目标。

3 任务驱动式多维一体教学模式建设内容

任务驱动式教学方法实施流程设计 针对学生的专业特点和前期课程的基础特点，应用任务驱动式教学方法的理论基础，确定教学实施的关键点，建立任务驱动教学模式实施流程图[7-8]，确定具体实施的流程步骤，如图2所示。

地图学课程教学任务设计 针对人才培养方案中的知识能力矩阵设计，结合任务驱动教学模式的任务设计原

则[8]，将地图学课程的知识点融会贯通，设计四大任务，如表1所示。

教学综合平台的建设 教学综合平台是任务驱动式多维一体教学模式得以顺利实施的物质基础，充足、丰富的学习资源是学生进行有效学习的前提。教学综合平台主要由课程管理、教学资源、教学活动三大模块构成，平台具体结构见图3。

课程管理模块让学生了解课程、教学资源模块让学生学习课程、教学活动模块让学生实践课程。教师布置的任务根据难易程度出现在课程作业、答疑讨论、研究型教学板块中。教师在课堂上可直接利用教学综合平台进行任务成果的点评，进而引出知识点的讲解。

GIS专业云平台的实践应用 云平台是地图学课程中任务完成的渠道和工具。在课程中，学生在平台使用和创建地图、访问即用型图层和工具、作为Web图层发布数据、协作和共享、使用任何设备访问地图、使用Microsoft Excel数据制作地图等，完成团队作品。

4 应用成效

任务驱动式多维一体教学模式在两个校区相同专业的学生中做了对比教学实验。实验表明，采用任务驱动式教学的实验组学生听课的主动性更强；在知识点考核中发现，实验组对任务中涉及的内容掌握更深刻。在这一教学模式的推动下，学生对本专业的学习兴趣显著提升，本着“实用性”的学习态度完成作品，让学生在任务的驱动下学会思考、运用、协作与解决，从而达到主动学习与创新性学习的目标。

针对传统教学方法中存在的教学问题，教师团队通过集成线上教学资源、开发线下实体教具，帮助学生认识和理解相关空间概念，解决学生“空间感”的问题；通过“趣味任务”引导，提升学生学习主动性，解决学生“主动感”的问题；通过团队组合工作、讲解评述作品，提升学生分析问题、解决问题的能力，解决学生“实用感”的问题。直接受益学生达到300人，后续推广受益人数可达上千人。

在任务驱动式多维一体教学模式的引领下，近三年师生的教与学也都有了显著提升。教师的教学理念变革，教学能力提升，课件比赛获得全国性、省部级和校级奖励各一项；全国性讲课比赛获一等奖一项。学生的实践动手能力与综合素质明显增强，参加全国大学生GIS应用技能大赛，获得三等奖一项；参加企业杯全国性GIS技能大赛，获一等奖一项、二等奖两项、三等奖两项；参加两届互联网+创新创业竞赛，获得广西赛区银奖一项、铜奖三项。■

参考文献

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[2]黄洪杰.任务驱动教学模式在通用技术课程中的应用研究[D].济南：山东师范大学，2009.

[3]叶宾.任务驱动教学法在网络数据库课程中的实践[J].黑龙江科技信息，2014（28）：168.

[4]李宏岩，赵丕锡.基于创造思维的任务驱动教学模式[J].黑龙江高教研究，2015（10）：166-169.

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[7]任芳宁.任务驱动教学法在军医大学《计算机应用基础》教学中的应用研究[D].西安：第四军医大学，2012.

[8]黄洪杰.任务驱动教学模式在通用技术课程中的应用研究[D].济南：山东师范大学，2009.系紧密，对学生整体素质要求较高。目前需要培养熟练掌握新能源发电与并网技术方面的复合型应用人才。因此，中原工学院电气工程及其自动化专业开设新能源发电与并网技术课程。

新能源发电与并网技术课程包括新能源发电技术和并网技术，前者主要涉及光伏发电、风力发电、生物质能发电和燃料电池发电技术等，后者则重点关注目前相对成熟的光伏发电、风力发电并网技术及国家、行业标准、规范等。

首先，该课程涵盖电气、半导体材料、化学、控制、机械等学科，属于典型的交叉学科，对教师和学生在知识的广度和深度方面提出更高的要求[2]。

其次，该课程需要结合工程实践能力以便加深对新能源发电与并网技术的理解，突出实践能力的培养。

所以，新能源发电与并网技术教学改革更加注重培养学生实践与创新能力，提高善于发现问题并创造性解决问题的能力，为今后从事新能源发电领域的工作奠定坚实的理论和工程实践基础。

针对课程的特点及存在的问题，本文系统地进行了分析与研究。

首先，调整并优化现有教学内容，重点讲解较为成熟的光伏发电、风力发电原理，删减部分不常见发电技术内容，增加最新国家关于支持上述发电技术的政策及施工标准等方面的知识，做到密切联系实际市场发展，与时俱进。

其次，结合新建立的新能源发电与微电网实验室，充分整合并利用现有实验教学平台，增加实践教学比例。强调学生参与实验实践的重要性，在熟练掌握实验原理及实验培训平台的构造后，给予学生充分信任，拆解并完整组装实验培训平台，真正提高学生的动手能力与工程实践能力。

2 教学内容调整与优化

结合中原工学院实际情况，充分利用新建立的新能源发电与微电网实验室，调整教学内容所占比例，重点讲解光伏发电、风力发电原理及并网技术，删减部分不常见的发电技术内容。优化理论教学与实践教学比例为1：1，通过增加实践教学时数，提高学生的动手及工程实践能力。

调整后课堂教学主要包括四部分。

第一章：新能源发电技术综述。通过查阅大量文献，密切关注国内外新能源发电技术的最新研究进展、产业和市场行业发展动态，及时更新并整理授课内容。同时，对那些对技术、行业发展做出里程碑式的领军人物，以小故事的形式串到课堂中，讲解他们从创业到成功的案例，激发学生的学习兴趣和动力，培养创新创业意识。

第二章：光伏发电技术。了解太阳电池种类及最新太阳电池研究进展，熟悉国内外著名太阳电池研发机构及厂商。重点讲解目前市场上占主导地位的硅基太阳能电池发电基本原理、电池片及组件制造流程，熟练掌握离网、并网型光伏发电系统组成及设计原理，增加光伏发电工程案例教学内容。

第三章：风力发电技术。了解风力发电及风机构造演变的历史，熟悉国内外知名的风机制造商。重点讲解市场上占主導地位的双馈异步变速恒频风电机组的发电原理、组成及构造，掌握风机叶片、发电机组、传动轴等关键组成部分的构造及工作原理，引入风力发电厂工程案例教学内容。

第四章：新能源发电并网技术。本章主要讲解国内光伏发电和风力发电的并网技术，重点介绍目前国内已颁布的关于光伏发电、风力发电并网技术的标准和规范等。熟悉由上述发电形式构成的分布式发电电网的特点，掌握光伏发电和风电厂设计及施工标准规范。同时介绍国内外关于鼓励光伏和风力发电产业发展的支持和优惠政策，及时了解国内外市场发展动态，让学生充分认识到光伏发电和风力发电技术的美好未来和发展前景。

3 教学改革与实践

启发与讨论并重 抛开传统的先入为主的授课方式，让学生主动参与并讨论课堂所讲内容，提高学生学习的主动性和积极性[3]。比如讲解发电形式时，首先讨论目前常用的交流电是怎么产生的？（三相发电机组）而光伏发电产生的是什么电，直流电还是交流电？首先让学生从感官上认识到，它没有三相发电机组，所以产生的电只能是直流电；要让直流电变成常用的交流电，必须要用逆变器这个中间“桥梁”，才能并入电网使用。风力发电机组自身包含三相发电机组，可以产生交流电，直接可以并网使用。通过引入“交流电是怎么产生的”这样一个问题，启发学生联系已学知识参与问题的回答与讨论，让学生很快理解并掌握光伏发电与风力发电发电形式的区别，以及逆变器的原理等，从而增强课堂教学效果。

提高项目设计与撰写报告能力 在教学过程中，以项目设计并撰写报告的形式给学生布置作业。将学生分为若干个项目小组，任命一个小组组长（5～7人）。针对同一个讲课专题，如讲完光伏发电系统设计后，要求每个项目组独立完成一个100 W太阳能LED路灯设计报告，并做出10分钟PPT演示汇报。

首先，提供给学生一个设计思路，如图1所示，整体了解完成此项目都需要哪些知识？怎么获取这些知识？借助图书馆、互联网、MOOC等学习资源查阅教材、文献等[4]，有目的地选择性快速学习项目所需知识。

其次，项目组长安排小组成员分工协作，在一定期限内，按照一定格式共同完成项目设计报告。

最后，每个项目小组长在课堂上演示汇报本小组成员的设计成果，全体学生参与讨论，并评出最好的设计作品。

授课教师提供总体设计思路并把握设计方向，学生负责具体设计工作。通过完成项目设计，不但增强了学生获取、分析和利用新知识的能力，归纳、总结、表达知识的能力，而且锻炼了思维共享、团队合作、交流沟通等能力。更重要的是培养学生在面对新的问题时，如何发现问题、提出问题、分析问题并创造性地解决问题的能力，为后续的毕业设计及工作奠定基础。

案例教学 为了激发学生的学习兴趣和动力，那些对技术、行业发展做出里程碑式的领军人物，以小故事的形式串讲到课堂中，讲解他们从创业到成功的案例，培养学生的创新创业意识。如在谈到最近的研究热点——无线输电技术时，不得不谈到20世纪被遗忘的巨人——特斯拉，这个交流电、交流发电机和无线输电技术的发明人与奠基人。由于特斯拉发明的无线输电装置在当时遭到破坏，一直到今天，仍无法重复远距离无线输电技术。通过了解当时的历史背景，还让学生明白，从交流电产生的那一刻起，直流输电技术和交流输电技术就一直存在竞争关系（爱迪生与特斯拉的故事）。以小故事为载体，讲解无线输电技术、交流电以及两种输电技术的发展历史、未来，激发学生学习兴趣，培养学生求知欲望，从而增强教学效果。

4 实验教学平台建设

结合新能源发电与微电网实验室，建立新能源发电实验平台，按照实验指导书的要求，让学生独立自主地完成实验。如图2所示光伏发电系统实训平台（伟创晶V-Ets-solar-

IV），通过该实验平台，学生可以学习、巩固：1）太阳电池发电原理以及影响光电转换效率的因素等；2）光伏发电跟踪系统的组成及结构；3）光伏发电离网系统的组成部分、作用及工作原理，如太阳能控制器、离网逆变器、蓄电池。

图3为小型风光互补发电实训系统平台（伟创晶V-SUN-

400），该系统由风力发电系统、光伏发电系统、蓄电池和监控软件单元组成。风力发电系统由模拟风场和风力发电机组成，尾舵偏航控制与风场运动由西门子PLC控制实现。光伏发电由模拟光源与跟踪系统组成。监控软件可以实时监测并存储系统发电、用电与环境参数等信息，实时对模拟光源、光伏跟踪、模拟风场与侧风偏航等进行遥控。

通过该实验平台，学生可以学习、巩固：1）风力发电机的发电原理、组成及结构；2）由风力发电、光伏发电、蓄电池组成的微电网系统工作原理、组成；3）通过PLC编

程，自动跟踪模拟光源，使光伏组件输出功率最大；4）太阳能控制器、光伏逆变器的结构与原理。

由于该实训装置属于开放、外露式平台，学生可以自由拆卸并安装实验装置上面的光伏电池组件、控制器、逆变器、继电器、线路等，熟悉系统各个组成部分的工作原理及作用，亲身接触、认识、熟悉相关的电子元器件、设备等。学生可以依据个人兴趣和知识能力，在原有的实验基础上，扩展并开拓新的实验项目等，从而实现培养动手能力和创新能力。

5 总结

新能源发电与并网技术设计的知识覆盖面广、技术种类复杂等，需要结合中原工学院实际情况，通过课程内容和教学实验平台的调整、优化和整合，使教学内容和方法更加符合该课程的特点和要求，同时教学效果得到改善和增强，主要体现在：

1）调整教学内容并结合实验室条件，重点讲解光伏发电和风力发电知识，兼具一定的广度和深度；

2）改革后学生上课积极性和互动性明显提高，学生从被动接受知识转变到主动参与、讨论所学知识；

3）通过增加实践教学比例，学生学习的积极性和主动性得到提高，动手能力得到进一步锻炼，进一步加深对所学知识的理解和掌握，更重要的是培養了发现问题、提出问题、分析问题并创造性地解决问题的能力。

参考文献

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