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摘 要：新能源发电技术是电气工程及其自动化专业的一门选修课，是专业性、综合性较强的前沿应用型课程。经过教学改革与探索并结合实际，在教学过程中采用“项目驱动教学法”，按照理论分析、仿真验证、实验验证三个层次渐进式展开。教学实践表明，该方法行之有效，教学效果得到明显提升，达到提升学生的思维创造能力以及综合素质的目的。
关键词：新能源发电技术；教学改革；教学方法；项目驱动
中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）07-0095-02
能源、环境是当今人类生存和发展所需要解决的迫切问题。随着煤炭、石油、天然气等常规能源面临不可再生的消耗和生态环境保护的需要，新能源的开发和利用迫在眉睫，发展新能源发电技术具有极其重要的社会意义和经济价值[1，2]。本世纪不仅是人类对新能源大力开发的关键时期，也是新能源的技术革命和产业高速发展期，因此，培养这方面的人才对新能源的开发和利用具有重要的意义[3，4]。
“新能源发电技术”是安徽理工大学电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的专业选修课程。该课程涉及电气、动力、材料、控制、电子、信息等多个学科的交叉高新技术，综合程度高，理论性、实践性较强，与工程实际联系紧密。上这门课时，同学们反映有些概念理解较困难，可增加一些波形、图片帮助理解。为了提高学生对该课程的学习兴趣和教学效果，探索该课程的教学方法是十分必要的。作者通过教学实践，探索本门课程教学改革的方法，期望对提高该课程教学质量有一定帮助。
一、课程教学内容与方法
新能源发电技术涵盖太阳能、风能、生物质能等多种新能源的内容，涉及的专业门类和知识面比较广，学生反映教学内容较繁杂，不知从何处着手。因此，根据该课程的教学要求和目的，适当选择合适的教学内容，如有关太阳能发电原理、风力机的空气动力学原理、水轮机机械构造等内容可仅做概要介绍，让学生了解基本概念[5]。在教学过程中，对理论实践要求较高的部分采用“项目驱动教学法”，让学生充分发挥自己的主观能动性，可以激发学生学习兴趣，进而提高教学质量。该教学法包括项目设置、目标分析、制定方案、执行方案、评价交流[6]。首先，教师根据一定的教学内容进行项目的设置；然后，按照项目的目标，指导学生对其进行分析，包括需要用到的理论知识；对学生进行分组，每组学生自行负责项目的具体实施，确定每位同学的分工及步骤；项目实施过程中，若存在问题，先组内同学讨论，不能解决的再由教师负责分析原因；最后，每组学生对项目结果进行汇报和交流，教师负责点评并总结[7]。在“项目驱动”的教学过程中，主要通三个层次来完成即理论知识讲解、软件仿真、实验验证。
二、课程教学改革的实践——以“光伏三相并网发电系统”教学为例
教学案例以项目“光伏三相并网发电系统”为例，介绍改革后的教学思路。首先，教师对项目中用到的理论知识进行讲解；其次，在软件仿真、实验验证层次涉及方案的制定与执行；最后，学生之间交流，教师进行总结。
（1）理论知识讲解
项目“光伏三相并网发电系统”的原理图如图1所示。介绍电路的基本原理，与光伏阵列相连的升压变换器通过电压、电流传感器获得光伏阵列的输出电压和电流，使用最大功率追踪算法产生PWM脉冲控制电力电子开关的导通和截止，使光伏阵列工作在最大功率点进而提高发电系统效率。图中L为滤波电感，R为电感寄生电阻。uga、ugb、ugc为三相电网相电压，电网电压中性点为o，ia、ib、ic为三相并网电流。
与升压变换器输出相连的是并网变换器，其采用按电网电压定向的双环控制策略，外环是电压环，主要目的是稳定直流母线电压；内环是电流环，主要目的是对并网电流进行控制，以实现功率因数为1的并网要求。
图1 光伏三相并网发电系统原理图
（2）软件仿真、实验验证
对学生进行分组，每组学生自行決定项目的具体实施方案，确定每位同学的分工及步骤，进行建模软件仿真、实验测试。利用MATLAB仿真软件搭建光伏三相并网发电系统仿真平台。图2为光伏阵列在环境温度25℃，光照1kW/m2下，功率因数为1时，a相电压、a相电流的仿真波形。
图2 功率因数为1时a相电压、电流波形
通过对光伏三相并网发电系统仿真平台的搭建工程，促进了学生自主学习能力的提高，帮助学生加深了对理论知识的理解，也增加了学生对该门课程的兴趣。图3 实际并网系统a相电压、电流波形
实验验证过程中，通过双通道数字示波器观察实际光伏三相并网发电系统a相电压、电流波形，如图3所示。通过理论分析、软件仿真、实验验证培养了学生动手分析和解决问题的能力、与其他同学的分工协作能力。最后，学生将前面软件仿真和实验测试得到的波形写成总结报告，与不同组同学进行交流，教师对得到的波形进行分析和评价。
三、课程教学改革效果
经过教学改革的探索并结合实际，采用“项目驱动教学”，按照理论知识讲解、软件仿真、实验验证三个层次展开教学，取得的教学效果主要在两个方面：
（1）在教学活动开展过程中以学生为中心。学生主动对项目完成需要的知识进行学习，收集相关的资料，完成具体方案的实施，组中每个同学分工明确、优势互补，共同完成一个完整的项目。在教师评价总结过程中，给予积极评价促进学生学习兴趣的提高。
（2）学生分析、解决问题能力得到加强。在整个项目的实施过程中，会遇到不同的问题（一般是课本上没有提到的），组内学生之间对问题分析和解决的过程，加深了学生对理论知识的理解，软件仿真和实验测试相互结合、相互印证，提高了学生的实践能力。
四、结语
新能源发电技术因其知识覆盖面广、采用技术新等特点，成为电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的选修课程。经过对该课程教学改革的探索与研究，采用理论知识讲解、软件仿真、实验验证的教学进程，教学反馈结果表明，该方法促进学生学习兴趣的提高、加深了学生对理论知识的理解、使学生分析、解决问题的能力得到加强，教学效果得到明显改善。
（作者单位：安徽理工大学电气与信息工程学院）
参考文献：
[1]陈春香，李啸骢，梁志坚等.“新能源发电技术”课程教学改革与探索[J].中国电力教育，2013，（ 5） ： 62，102.
[2]孙欣，黄永红.“新能源发电技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011，35.
[3]陈杰，秦海鸿，龚春英等.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].电气电子教学学报，2015，37（2）： 28-30，80.
[4]马海啸.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].中国电力教育，2011，（ 27） ： 148-149.
[5]惠晶.新能源发电与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[6]井新宇.电子设计自动化技术教学改革的研究与实践——“七阶段”教学法的应用与推广[J].实验室研究与探索，2010，29（12）： 202-205.
[7]孙晓明.“电力电子与电机调速技术应用”课程教学改革与探索[J].教育与教学研究，2016，30（1）：93-96.
关键词：新能源发电技术；教学改革；教学方法；项目驱动
中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）07-0095-02
能源、环境是当今人类生存和发展所需要解决的迫切问题。随着煤炭、石油、天然气等常规能源面临不可再生的消耗和生态环境保护的需要，新能源的开发和利用迫在眉睫，发展新能源发电技术具有极其重要的社会意义和经济价值[1，2]。本世纪不仅是人类对新能源大力开发的关键时期，也是新能源的技术革命和产业高速发展期，因此，培养这方面的人才对新能源的开发和利用具有重要的意义[3，4]。
“新能源发电技术”是安徽理工大学电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的专业选修课程。该课程涉及电气、动力、材料、控制、电子、信息等多个学科的交叉高新技术，综合程度高，理论性、实践性较强，与工程实际联系紧密。上这门课时，同学们反映有些概念理解较困难，可增加一些波形、图片帮助理解。为了提高学生对该课程的学习兴趣和教学效果，探索该课程的教学方法是十分必要的。作者通过教学实践，探索本门课程教学改革的方法，期望对提高该课程教学质量有一定帮助。
一、课程教学内容与方法
新能源发电技术涵盖太阳能、风能、生物质能等多种新能源的内容，涉及的专业门类和知识面比较广，学生反映教学内容较繁杂，不知从何处着手。因此，根据该课程的教学要求和目的，适当选择合适的教学内容，如有关太阳能发电原理、风力机的空气动力学原理、水轮机机械构造等内容可仅做概要介绍，让学生了解基本概念[5]。在教学过程中，对理论实践要求较高的部分采用“项目驱动教学法”，让学生充分发挥自己的主观能动性，可以激发学生学习兴趣，进而提高教学质量。该教学法包括项目设置、目标分析、制定方案、执行方案、评价交流[6]。首先，教师根据一定的教学内容进行项目的设置；然后，按照项目的目标，指导学生对其进行分析，包括需要用到的理论知识；对学生进行分组，每组学生自行负责项目的具体实施，确定每位同学的分工及步骤；项目实施过程中，若存在问题，先组内同学讨论，不能解决的再由教师负责分析原因；最后，每组学生对项目结果进行汇报和交流，教师负责点评并总结[7]。在“项目驱动”的教学过程中，主要通三个层次来完成即理论知识讲解、软件仿真、实验验证。
二、课程教学改革的实践——以“光伏三相并网发电系统”教学为例
教学案例以项目“光伏三相并网发电系统”为例，介绍改革后的教学思路。首先，教师对项目中用到的理论知识进行讲解；其次，在软件仿真、实验验证层次涉及方案的制定与执行；最后，学生之间交流，教师进行总结。
（1）理论知识讲解
项目“光伏三相并网发电系统”的原理图如图1所示。介绍电路的基本原理，与光伏阵列相连的升压变换器通过电压、电流传感器获得光伏阵列的输出电压和电流，使用最大功率追踪算法产生PWM脉冲控制电力电子开关的导通和截止，使光伏阵列工作在最大功率点进而提高发电系统效率。图中L为滤波电感，R为电感寄生电阻。uga、ugb、ugc为三相电网相电压，电网电压中性点为o，ia、ib、ic为三相并网电流。
与升压变换器输出相连的是并网变换器，其采用按电网电压定向的双环控制策略，外环是电压环，主要目的是稳定直流母线电压；内环是电流环，主要目的是对并网电流进行控制，以实现功率因数为1的并网要求。
图1 光伏三相并网发电系统原理图
（2）软件仿真、实验验证
对学生进行分组，每组学生自行決定项目的具体实施方案，确定每位同学的分工及步骤，进行建模软件仿真、实验测试。利用MATLAB仿真软件搭建光伏三相并网发电系统仿真平台。图2为光伏阵列在环境温度25℃，光照1kW/m2下，功率因数为1时，a相电压、a相电流的仿真波形。
图2 功率因数为1时a相电压、电流波形
通过对光伏三相并网发电系统仿真平台的搭建工程，促进了学生自主学习能力的提高，帮助学生加深了对理论知识的理解，也增加了学生对该门课程的兴趣。图3 实际并网系统a相电压、电流波形
实验验证过程中，通过双通道数字示波器观察实际光伏三相并网发电系统a相电压、电流波形，如图3所示。通过理论分析、软件仿真、实验验证培养了学生动手分析和解决问题的能力、与其他同学的分工协作能力。最后，学生将前面软件仿真和实验测试得到的波形写成总结报告，与不同组同学进行交流，教师对得到的波形进行分析和评价。
三、课程教学改革效果
经过教学改革的探索并结合实际，采用“项目驱动教学”，按照理论知识讲解、软件仿真、实验验证三个层次展开教学，取得的教学效果主要在两个方面：
（1）在教学活动开展过程中以学生为中心。学生主动对项目完成需要的知识进行学习，收集相关的资料，完成具体方案的实施，组中每个同学分工明确、优势互补，共同完成一个完整的项目。在教师评价总结过程中，给予积极评价促进学生学习兴趣的提高。
（2）学生分析、解决问题能力得到加强。在整个项目的实施过程中，会遇到不同的问题（一般是课本上没有提到的），组内学生之间对问题分析和解决的过程，加深了学生对理论知识的理解，软件仿真和实验测试相互结合、相互印证，提高了学生的实践能力。
四、结语
新能源发电技术因其知识覆盖面广、采用技术新等特点，成为电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的选修课程。经过对该课程教学改革的探索与研究，采用理论知识讲解、软件仿真、实验验证的教学进程，教学反馈结果表明，该方法促进学生学习兴趣的提高、加深了学生对理论知识的理解、使学生分析、解决问题的能力得到加强，教学效果得到明显改善。
（作者单位：安徽理工大学电气与信息工程学院）
参考文献：
[1]陈春香，李啸骢，梁志坚等.“新能源发电技术”课程教学改革与探索[J].中国电力教育，2013，（ 5） ： 62，102.
[2]孙欣，黄永红.“新能源发电技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011，35.
[3]陈杰，秦海鸿，龚春英等.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].电气电子教学学报，2015，37（2）： 28-30，80.
[4]马海啸.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].中国电力教育，2011，（ 27） ： 148-149.
[5]惠晶.新能源发电与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[6]井新宇.电子设计自动化技术教学改革的研究与实践——“七阶段”教学法的应用与推广[J].实验室研究与探索，2010，29（12）： 202-205.
[7]孙晓明.“电力电子与电机调速技术应用”课程教学改革与探索[J].教育与教学研究，2016，30（1）：93-96.