基于實踐應用的風電機組測試與認證教學改革

李聰+李微+李傳常

摘 要 風電機組的測試與認證是一門理論性與應用性都十分突出的課程，對學生實踐創新能力的提高起著重要作用。本文分析了長沙理工大學風電機組的測試與認證課程教學過程所存在的問題，并針對這些問題提出了調整教學內容、增加實驗課時與實踐環節、改革教學方法和考核方式等措施，以期做到教學質量的不斷提高。

關鍵詞 風電機組 測試與認證 實踐應用 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.12.017

Wind Turbine Generator Testing and Certification

Teaching Reform Based on Practical Application

LI Cong， LI Wei， LI Chuanchang

（Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract The testing and certification of wind turbine is a very important course， which plays an important role in improving students' ability of practice and innovation. This paper analyzes the problems existed in the course of testing and certification of wind turbine in Changsha University of Science and Technology， and puts forward some measures to adjust the teaching content， increase the experimental class with practice， reform the teaching method and the way of examination， so as to improve the quality of teaching.

Key words wind turbine； testing and certification； practical application； teaching reform

0 引言

隨著化石能源的日益枯竭和生態環境的破壞退化，新能源的開發和應用變得十分迫切。中國是能源消耗大國同時也是世界最大的發展中國家，對新能源的需求與日劇增，新能源科學與工程高級人才的培養刻不容緩。①在眾多新能源中，風力發電是技術上最成熟、發展得最好、應用最廣泛的能源。②2009年9月，經國家教育部批準，長沙理工大學能源與動力工程學院招收了首屆風能與動力工程專業本科生，成為繼華北電力大學之后第二批招收該專業學生的高校。2012年通過本科專業調整，并入新能源科學與工程專業。至今，本教研室已經進行了六年的風力發電相關課程的教學。

風力發電機組的測試與認證是新能源科學與工程專業的重要專業課程之一，是培養學生實踐能力和創新能力的重要課程。由于該專業成立的時間較晚，課程較新，通過六年的教學與研究，雖然教研室的老師們逐步積累了一些經驗，但是也發現了一些問題，這些問題將影響到了人才的培養。為了積極配合國家和學校的卓越工程師人才培養計劃，本文以長沙理工大學風電發電機組的測試與認證這門課程為例，總結了目前教學過程中所存在的一些問題，并針對這些問題，提出了相應的解決措施。

1 風力發電機組的測試與認證課程教學中存在的問題

根據我校新能源科學與工程專業的培養方案，風力發電機組的測試與認證是該專業學生第5學期的專業課程。通過幾年的教學工作，發現了以下幾個問題：

1.1課程教學內容較多，但是課時有限

風力發電機組的測試與認證是一門綜合性很強的課程，涉及機械工程、電氣工程、材料工程、力學工程等多種學科。教師必須在有限的課時中很多內容講授給學生，現在課程教學所用教材為姚興佳教授主編的《風力發電測試技術》，該書內容翔實豐富，共有400多頁，有時為了保障授課前后的邏輯性，部分講授內容與其他課程內容有所重復。這種做法雖然保障了教學內容的完整性和系統性，但是學生學習起來不太容易，信息量較大，如若課后不加以復習，學習效果將受到影響。根據教學大綱的安排，該課程2014年以前一共有32課時，從2015年開始，該課程的課時量調整為24課時，而教學要求卻沒有變化。課時量的減少，給風電機組的測試與認證課堂教學提出了新的挑戰，如何在更短的時間內讓學生學得更好是一個亟需思考和解決的問題。

1.2實驗課時缺乏

根據目前的教學大綱的安排，該課程暫時還沒有安排直接的實驗課。本門課程的主要內容就是各種測試技術，其實用性和可操作性十分突出。學生只在課堂上通過老師的理論講解，雖然能理解和掌握部分內容，但是缺乏對測試技術的直觀學習過程，學習效果大打折扣。③實驗課時的缺乏還有其客觀原因，在該課程所要求學習的測試技術中，有部分測試設備確實比較昂貴，若單獨用于教學，其利用率不高，且設備不便于管理，加大了院系的財政負擔。

1.3教學手段和考核方式單一

目前該門課程的講授主要以多媒體為主，雖然通過PPT增加了單位課時的授課信息量，但是依然是以教師為中心的單向教學模式，對于這種應用性較強的課程來說，教學手段較為單一，將影響到教學效果。④另外，該課程的考核方式主要還是以期末的理論考試為主，占總成績的70%，平時成績占30%。這種方式存在一定的弊端，通過試卷考試只能考查學生的理論知識掌握程度，而對于操作技能及問題的分析解決能力則很難有所反映。平時成績的加入雖然能在一定程度上更加全面地反映學生的學習情況，但更多的只是對學生學習態度的考查，并沒有完全真實地呈現學生各自的水平。

2 建議與措施

2.1 調整教學內容

針對該門課程教學內容較多、知識涉及面廣、重點難以有效突出等問題，我們認為首要的就是要調整教學內容，結合工業界的應用情況，著重培養學生的技術應用能力，對所有的知識點要進行合理的取舍，并形成一條思路清晰的主線，優化授課內容，使得教師好講，學生易懂。通過本教研室的研究與討論，具體做法是：（1）在保障基本知識的前提下，對課程中的風的測量部分進行適當的壓縮，因為這部分內容與同學期的風資源的測量與評估課程有部分重復，不需要進行重復詳細講授；對風力發電機的振動、沖擊和噪聲測試與故障診斷部分進行了刪減，因為這部分內容所涉及的內容過于豐富，幾乎是一個龐大完整的科學知識體系，且與培養計劃中的另外兩門課程風力機組狀態監測與故障診斷、風力發電機噪聲測量與控制重復度較高，無需再一次的概述性的介紹。（2）對于原來課程中，各測試技術所用儀表的原理介紹進行簡化或刪減，對各種理論性的公式推導等進行進行簡化或刪減。這是一門技術應用性課程，學生重點要學習的測試技術，而不是所用儀表的工作原理與制造過程。在有限的課時內，更應該突出重點。（3）將整個課程復雜繁多的教學內容，按照基本物理量的測量——風電機各部件的測量——風電機整機的測量——風電機運行性能的測量——風電機的認證這條邏輯知識主線來整合，這樣有利于在學生心目中形成一個完整的有現實邏輯意義的知識體系，提高學習效果。

2.2增加實驗課時與實踐環節

風電機組的測試與認證除了理論知識外，另一個重要的內容就是實驗操作技術，只有開設相對應的實驗課和實踐環節，才能讓學生學到真正實用的內容。針對開設實踐教學的客觀條件限制，本教研室通過反復調研和協商，決定以多種形式實現實踐教學的開展：（1）對于基本物理量的測量部分，風的測量實驗課程都可以直接在系內實現；電的基本測量可以通過與電氣院合作，對原有的儀器設備進行小的改造，實現學生的實踐操作；非電物理量的測量（如轉速、轉矩、溫度）等可以通過與汽機學院合作，完成實驗課程。（2）對于風電機各部件和整機的測試，實驗課程教學可以通過學院的產學研教學基地實現。我院與湘電風能有限公司、南方機車風電制造事業部簽署了合作協議，學生在企業前線可以更好地學習到第一手的實踐技術。這種方法在自動控制原理課程中已成功實施，效果良好。（3）我院與湖南省各大風電場基本都有著良好的合作關系，對于風電機組的運行性能測試，其實驗課程可以通過組織學生去風電場實地考察實現。

2.3 改革教學方法和考核方式

由于新能源科學與工程專業是我校十分年輕的專業，風電機組的測試與認證這門課程的教學還處在探索階段，沒有成熟的方式方法可以借鑒。通過這六年的經驗積累，也探索出了一些較好的解決方案。（1）切實有效地加強和發揮多媒體教學的優勢，如通過文字、圖表、音頻、視頻等多種表達方式，展現風電機組的測試與認證課程內容。這樣既提高了教學效率，也提高了學生的學習效率。（2）對于一些較為簡單的測試技術的講解，如電壓電流的測量、溫度的測量，教師可以通過隨堂演示操作達到更好的教學效果；對于較為復雜部件構造，如風電機的齒輪箱，教師可以結合一些實物比例模型進行講解，實現了立體式教學。（3）如果條件允許，在理論課環節可以適當引入各種仿真軟件，通過軟件完成理論與實踐的結合，使學生能夠及時地直觀地應用所學的知識，進一步加深對所學內容的理解。（4）課堂上綜合運用啟發式教學、討論式教學、案例式教學等多種教學方法，加強老師與學生的互動。如在講解風力機葉片靜態力學性能測試與疲勞性能測試時，可以通過某一實際風機葉片毀壞事件，引入所要學習的主題，強調學習內容的重要性。（5）注重學生實踐應用能力考核，將原有占70%的期末理論考試成績分為理論成績與實驗成績。實驗成績注重學生實驗操作水平、數據分析能力以及實驗報告質量，引導學生增強解決問題的能力，提高學生的綜合素質。

3 結語

總之，通過近六年對風電機組的測試與認證課程的教學探索，發現了教學過程中所存在的問題，同時也通過這些教學活動，積累了一些經驗，針對存在的問題也提出了一些建議和措施，這些建議和措施也正在實踐當中。一門新的課程，其前期探索階段遇到些許問題在所難免，只用通過問題，反復進行改進和完善，才能真正實現教學質量的不斷提高。

基金項目：本文系長沙理工大學2015年度校級教研教改項目“基于卓越工程師培養理念的新能源科學與工程專業實踐教學模式探索”的研究成果

注釋

① 何建軍，陳薦.風電人才需求與人才培養模式的研究[J].中國電力教育，2010.31：31-33.

② 姚興佳.風力發電測試技術[M].北京：電子工業出版社，2010.

③ 周浩淼，李超，趙吉祥.結合工程應用的數學物理方法教學研究[J].中國電力教育，2010.31：85-86.

④ 柏俊杰，張小云，吳英.面向工程應用的工程光學教學改革與實踐[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2012.13：186-188.