應用型高校新能源科學與工程專業《風能與風力發電技術》課程的教學創新方式探討與實踐

代蘭花 杜文漢 蔣曉燕 陳 磊 鄭 敏

常州工學院光電工程學院，江蘇 常州 213032

《風能與風力發電技術》是新能源科學與工程專業一門重要的專業基礎必修課，為學生的高質量就業提供重要支撐。通過本課程學習，培養學生從事風能和風力發電所必需的基礎知識與理論及應用技能，為后續《風能與風力發電技術》課程設計環節，以及從事本專業工程技術工作奠定必要的理論基礎。目前，在課程教授和學習過程中，普遍存在教學手段單一、學生重理論輕實踐的問題［1-3］，如何讓學生在有限的課時內掌握風能與風力發電技術的全流程知識，對教師的教學能力和學生的學習能力都提出了高要求。本文采用基于OBE 理念的線上線下及虛擬仿真混合教學模式，探討解決問題的路徑，并對課程實踐效果進行總結，為同類課程的教學改革提供借鑒。

一、《風能與風力發電技術》課程教學中存在問題

（一）問題1：由于《風能與風力發電技術》課程教學內容既涉及風力發電原理，又要兼顧風力發電機組設計、控制及運維等技術，覆蓋知識多，傳統的線下教學方式難以滿足對學生綜合知識運用能力的培養。

（二）問題2：課程知識涉及空氣動力學、流體力學、電力電子技術等理論，學生僅注重理論知識的學習，缺乏理論聯系實際能力。

二、課程教學創新思路和舉措

（一）基于OBE 理念的課程教學創新思路

1.針對問題1，采用線上課程、線下課堂、虛擬仿真實驗平臺相結合的混合教學模式，豐富課堂教學形式，通過線上設話題、線下搞調研、虛擬仿真實驗闖關等多種形式，激發學生學習興趣，培養學生綜合利用風能與風力發電技術相關知識解決問題的能力。讓學生認識到什么樣的風能可以被利用，可以被利用的風能中有多少可以被轉換，轉換過來的風能如何最大化發電，發出來的電能品質如何才能達到最好？以問題為導向，通過行業技術引領教學內容，以提高課程的高階性、工程性和前沿性。

2.針對問題2，通過線上討論話題和虛擬仿真實驗平臺，預設各種風能與風力發電技術實際狀況，引導學生進行實例調研，激發學生的學習參與意識和積極性，實時利用理論所學解決實際問題，增加學生課堂知識的獲得感和解決問題的成就感，提高他們學用結合的能力。

3.通過國內外風能與風力發電技術的現狀分析、風能利用基礎理論以及風力機運維技術等相關問題的討論，激發學生技術層面的家國情懷，注重人與自然和諧共處的工程師素養，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀［4-5］。

（二）課程教學創新舉措

1.教學模式。基于OBE 教育理念，采用線上線下及虛擬仿真混合教學模式，以問題為導向，重視學生的參與度、獲得感和成就感。

2.教學內容。①堅持以問題為導向，由淺入深，前后呼應，理論為技術服務，技術為理論應用做支撐，引導學生深入理解風能與風力發電技術的核心問題：如何在最大限度利用風能和穩定輸出高品質風電之間尋找平衡。②將課程思政貫穿整個教學過程，通過融入家國情懷、工程師素養、社會主義核心價值觀等元素，結合中國風電企業在世界排名的引領、世界第一的超大型風電機組在中國的落地、本專業畢業生在大型國企從事風電運維等實例，建立學生學習本課程的自信心，提高學生政治覺悟、道德品質、社會責任、科學精神和文化素養水平。

3.教學方法。在基于OBE 理念的線上線下及虛擬仿真教學模式下，本課程使用啟發式教學、案例式教學、演示教學、分組討論、實驗教學等方法，調動學生學習積極性，并根據學生的學習效果反饋調整教學方法。

4.教學評價。教學評價主要使用課程目標達成情況評價辦法，課程總評成績由平時成績（20%）、實驗成績（20%）和期末考試成績（60%）三部分構成。其中平時成績包括課后作業和線上學習的成績，各占10%，實驗成績包括一次線下實驗和一次虛擬仿真實驗，各占10%。通過課程目標達成情況進行分項評價，最終獲得該門課程的總體達成度。課程評價注重過程性考核，將學生各項能力的培養通過各個評價環節體現出來，便于教師進行教學反思和改進。

三、課程教學解決問題的情況、成果及其推廣應用的價值

（一）解決問題的情況與成果

1.通過完善課程思政元素，建立相關思政教學案例，該課程獲批校級課程思政建設項目。

2.基于OBE 教育理念，通過教學改革創新實施，學生對風能轉換的基本理論有了深刻認知，能夠將風力機運行特性與風力機的控制和運維相結合，具備一定解決實際問題的能力，課程三個目標達成度分別為0.82、0.79 和0.78，達成情況詳見表1。

表1 《風能與風力發電技術》課程目標達成度情況表

3.基于線上線下及虛擬仿真教學模式，通過線上話題討論、線下課堂學習和虛擬仿真實驗闖關等環節的設定，激發學生學習的積極性和興趣，能夠主動做好課程的預習和復習，參與到課堂中；利用調研和最新的風電技術分析，不僅能夠拓展學生的知識面，還能激發學生的專業認同感，促使學生利用積極的人生觀看問題。

例如，超星學銀在線的線上平臺可以統計視頻觀看個數、視頻觀看次數、視頻觀看時長，能夠對學生在線學習過程進行跟蹤，便于教師掌握學生學習情況，查找薄弱環節。圖1 給出本課程第二次開課后學生的成績、視頻觀看個數、次數和時長等統計結果，圖2 給出某學生的部分線上學習過程。

圖1 超星學銀在線成績統計表

圖2 某學生的部分線上學習過程

（二）學生反饋

學生們普遍對該課程認可，且反饋效果良好，從16 級新能源到19 級新能源總共8 個班級的學生評教平均成績都在92 分以上。針對教師的評教選項有10 項。例如：16 能源一二三班有111人，參評110 人，具體評價選項及學生評分如圖3所示。

圖3 評價選項及學生評分

（三）推廣應用價值

1.通過思政元素的融入，風能與風力發電技術課程的內容更加豐富，對于工科專業課程的思政教學有借鑒意義。

2.基于OBE 理念的線上線下及虛擬仿真教學模式，為《風能與風力發電技術》課程的教授提供了更多的教學手段，提高了學生專業知識的學習效果和積極性，幫助學生更好地將理論知識與實際問題相結合，為后續課程學習和新能源領域高質量就業提供有力支撐。