风光互补实训课程设计与实践探索*

◆李晓 樊朵朵 石现良

0 引言

目前，高等学校课程开设方式一般有三种，分别是理论课、实验课和集中实践环节。理论课与实验课分别开设，必然造成二者脱节，削弱教学效果，因此，理论与实践相结合进行课程设置是非常值得尝试的。风光互补实训课程是济南大学新能源科学与工程专业根据自己专业办学的特点开设的一门实训课程，很好地对二者进行了结合。

1 课程开设的意义

所谓新能源，简单地理解，就是可再生能源的新利用，新的含义包括新技术、新观念、新思维、新市场、新机制。具体来说，新能源包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能、海洋能等，每一种新能源都是一门专业学科，且相互之间没有必然的相互联系。因此，对于新能源科学与工程专业，各高校都根据自己的学科优势建立自己特色的专业培养方向。

新能源科学与工程专业是2011年教育部批准开设的专业，专业起步相对较晚，而且新能源行业范围宽，培养目标很难统一，培养方向难以精确确定，专业建设较之其他专业复杂[1]，所以各高校都根据自己的学科优势建立自己特色的专业培养方向。济南大学根据自己的办学特点制定该专业的培养方针，即培养具有扎实基础且具有实践能力的适应社会发展的应用型人才。

2 济南大学新能源科学与工程专业现状

2.1 学校的培养目标

济南大学是省、部共建的综合性大学，是山东省重点建设大学，学校发展的目标定位是培养具有高度社会责任感和可持续发展能力的高素质应用型人才。济南大学物理科学与技术学院结合学校办学定位，在科学分析自身条件和优势以及山东省新能源产业特点的基础上，确定了新能源科学与工程专业的专业定位，即面向新能源产业，紧密结合山东省乃至国家社会经济发展需要，立足于济南大学，将新能源科学与工程专业办成培养具有较强工程实践和创新能力，在太阳能光伏发电、太阳能光热利用、风能、新能源材料与器件等新能源开发利用相关领域，能从事科学研究、技术开发、工程设计及运行管理等工作的应用型高级工程技术人才的工科专业。新能源专业的学生将系统学习各个培养方向的课程，毕业生可以在几个方向中选择任一方向就业。

2.2 课程设置及不足

新能源科学与工程专业课程设置有三类，分别是通识教育课、学科/专业课和集中实践课。其中，学科/专业课分为学科/专业必修课和学科/专业选修课。学科/专业必修课又分为学科/专业基础课和专业课（必修）两类，这类课程理论性比较强。学科/专业选修课全部为专业任选课，主要包括电力电子类、控制类等培养方向的专业课程，这类课程旨在因材施教，扩大学生在该专业领域的知识面，兼顾学生就业、升学、终身可持续发展等多重需求。

集中实践课程包括相应专业方向的课程设计、毕业实习、毕业设计等，这些环节旨在提高学生的专业综合能力和工程应用能力，为以后在工作中尽快提升工作能力做好准备。

但是从目前的课程设置和整体培养效果来看，学生的动手能力、工程应用能力和创新能力都没有表现出很明显的提升，毕业之后立即能够独当一面的能力还没有表现出来，大部分学生很难在工作中脱颖而出。

2.3 弥补方式

随着教学改革的不断深入，为了提高学生的实际工作能力，学校逐渐加大选修课的比例和实践性教学环节的培养力度，同时在选修课中设置一种新型的实训课程。这种实训课程将理论与实训相结合，以项目为驱动，以完成项目任务为学习目标，课程的开设方式灵活且可以做到因材施教，因此得到学生的喜爱并取得良好的教学效果。

3 课程开设方式

风光互补实训课程设置学时为24学时，1.5学分。其中理论学时为8学时，实践学时为16学时。课程的开设使学生在理解知识的基础上，通过实际动手来提高分析、解决、评价等能力，课上通过知识的对话进行多向交流，将封闭课堂通过教学内容和教学方式的改革形成开放式课堂，使学生在课后通过查阅资料、与同学讨论等方式，解决疑问、加深理解、提高认识水平[2]。对于课堂上教师提出的实际操作内容，学生会主动查询资料，主动学习课程内容，以便能够顺利动手操作。

3.1 开设地点为实验室，教学内容为理论与实训穿插进行

本课程理论课设为8学时，第一次理论课为课程基本介绍、智能电网的基础知识，单片机控制的基础知识回顾；第二、三次理论课为PLC控制的基本概念和基础知识，包括基本结构、各组成部分、工作原理、编程语言等；第四次理论课为远程控制，主要介绍力控软件的使用。

实践内容包括两部分：阶段性培训和整体设计任务的完成。在第三次理论课程结束之后布置一个PLC控制的阶段性培训任务，让学生根据教师提供的器件完成简单的PLC控制任务。这部分内容要求学生课下完成，下次上课展示完成情况。全部理论内容完成之后，教师布置整体设计任务，让学生利用实验室现有的仪器设备即瑞亚智慧新能源实训系统，完成自己的整体设计任务。对于单片机的应用训练，由于新能源专业设置了单片机的课程设计，因此，单片机的训练同单片机的课程设计相结合，主要在课程设计环节完成，本课程基本不涉及单片机的训练。

3.2 仪器的特点

智慧新能源实训系统是以智慧新能源为基础，针对当前智能电网、新能源电子专业等专业岗位的就业需求而设计的新能源系列教学产品。实训系统主要由模拟平台、管控平台、仿真规划平台等组成。模拟平台对多种场景进行模拟，主要分为风能发电场景和光伏发电场景，平台将光伏发电又分为地面场景和屋顶场景。环境模拟平台设备主要由垂直风力发电机、风速仪、太阳能电池板、温湿度光照传感器、触摸屏、控制单元等部件组成。管控平台主要由可编程序控制器（PLC）、空气开关、导轨电源、逆变器、继电器、风光互补控制器、测量仪表、交直流负载、按键盘等部件组成。

3.3 以项目为驱动，学生以完成项目为目标

阶段性培训任务主要是培训学生掌握PLC控制，因为单片机对于学生来讲已经学过，而且基本可以自己完成任务。这些阶段性设计任务第一部分是让学生对PLC控制入门，因此只设计几个简单的PLC控制实验，主要是用西门子S7-200PLC实现对十字路口的东西向和南北向交通灯的有序控制。实训目的主要是掌握PLC 工作原理，S7-200 系统构成、通信和网络，S7-200安装接线，S7-200程序结构，S7-200的基本指令。

完成基本实训任务后再安排一部分拓展任务，目的是对前面的学习内容进一步巩固，使学生可以根据自身能力和知识掌握程度进行开放性的自主实训[3]，如可利用手中已有设备进行流水灯、报警灯等的设计，以达到设定的实训目的。

阶段性设计任务第二部分是让学生对远程控制即力控监控系统的入门，主要任务是掌握组态软件的基本使用，包括：如何在创建的新窗口中创建图形对象；定义I/O设备，实现软件与外界测控设备的数据通信；数据库的创建，制作动画连接；运行该工程，进行测试并修改。

整体设计任务设计多个综合任务，学生在完成任务的过程中会锻炼PLC、单片机、计算机远程控制等多方面的能力，并结合瑞亚智慧新能源实训系统的特点来进行设置，主要是利用管控平台发电系统进行综合实训，实训任务是在管控平台通过PLC和按键盘实现按键控制环境模拟平台鼓风机和碘钨灯的启动，通过按键分别控制风机、光伏板和直流负载、交流负载工作。

在完成以上四个设定任务后，学生已经对管控平台的运用较为熟练，有以上基础知识和技术的铺垫后，可以根据自己需求对管控平台进行控制的设计，通过自己的设计以巩固上述实训的目的。

最后在力控组态软件中做一个按键盘模拟管控平台上的按键盘，实现对组件的控制、对微电网系统进行智能监控。

力控组态软件功能丰富，任务中只涉及简单的组件控制功能，该组态软件的主要监控功能还未使用，因此可以根据学生掌握程度来增加拓展任务。例如：可以让学生运用该组态软件实现对电表的实时监控，或者对温度、湿度等的实时监控。通过该实训，学生可以更好地掌握智能微电网监控系统的工程设计与实施的方法与技巧，以及组态软件的使用方法和技巧。

4 课程考核方式

鉴于课程的具体情况，构建多元化的考核评价方式，以保障考核的科学性和公平性。采用单元测试与过程考核相结合的方式，以过程考核为主，过程分成三个层面：第一是分项练习，第二是项目整体论文，第三是答辩。

对于分项练习，教师布置任务以后，各学习小组在课上及课下完成实训任务，下次课各小组要汇报自己的设计过程，原则上每位学生都要展示自己的制作成果。这一部分主要考核学生的基本能力的获得情况，以掌握基本能力为重点。

对于综合性设计任务，小组成员分工完成，最后汇总形成设计成果，完成整体论文，展示设计成果。这一部分主要考核学生的参与深度及团队协调能力，以成果作为考核团队成绩的依据。

答辩环节，各小组阐述设计思想，分析结果。该环节主要锻炼学生的表达交流能力，师生皆参与，各小组学生相互提问、质疑，最后各小组相互打分，与指导教师的打分相结合，作为最终成绩的一部分。

除此之外，教师在教学过程中精心设计一系列单元测试题，通过教学网站或者雨课堂教学交流群发送，让学生在预习过程中或者单元总结过程中回答问题。这一部分成绩计入平时成绩，成为最终成绩的一部分。

5 结束语

通过对风光互补实训课程的教学内容、开课方式、考核方式等进行相应设计与改革实践，使该课程成为目前提高学生综合素质和动手能力的一门非常有效的课程。课程以项目为驱动，学生通过学习以完成项目为目标，在学中做、做中学，使课堂由通常的灌输课堂过渡到对话课堂，由封闭课堂过渡到开放课堂，由被动课堂过渡到主动课堂，激发学生的学习积极性，提升学生的独立思考能力、灵活运用能力以及创新意识和创新能力。