“新能源與電力系統”研究生課程探索與實(shí)踐

近十年來(lái)，以風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)為的新能源發(fā)電技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展與應用。
無(wú)論是大型風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站還是分布式能源系統都涉及到接入電力系統的問(wèn)題，因此，新能源與電力系統已成為電氣工程專(zhuān)業(yè)的重要教學(xué)內容，國內一些電力專(zhuān)業(yè)的院校紛紛開(kāi)設了“新能源與電力系統”這門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，其中有針對本科生開(kāi)設的，也有針對研究生開(kāi)設的。我院屬于后者，針對電氣專(zhuān)業(yè)一年級的研究生開(kāi)設了“新能源與電力系統”專(zhuān)業(yè)選修課程。
“新能源與電力系統”課程內容相當廣泛，幾乎涉及到電氣學(xué)科的所有專(zhuān)業(yè)，如電力系統自動(dòng)化、電力電子、電力經(jīng)濟、新能源發(fā)電等;所涉及的技術(shù)知識也相當的精深，如風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)、調制技術(shù)、調度優(yōu)化技術(shù)、配網(wǎng)智能技術(shù)、云計算技術(shù)等。與新能源相連接的電力網(wǎng)絡(luò )既可以是傳統輸電網(wǎng)，又可以是特高壓、超高壓直流輸電網(wǎng)，更觸及到配電網(wǎng)及微電網(wǎng)，新能源發(fā)電系統已成為整個(gè)電力系統的重要組成部分。而新能源的過(guò)去、現在及未來(lái)發(fā)展方向更是與電力市場(chǎng)、智能電網(wǎng)等電力發(fā)展趨勢息息相關(guān)。面對這樣一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，對于我院課堂學(xué)習時(shí)間僅有一年的研究生來(lái)說(shuō)，如果將新能源與電力系統所含涉的全部?jì)热葸M(jìn)行廣而授之，容易導致泛泛而講，泛泛而聽(tīng)，就會(huì )出現學(xué)生學(xué)習收獲差，專(zhuān)業(yè)思想不能很好建立，對日后開(kāi)展獨立課題研究的幫助不大等問(wèn)題。本文針對這一問(wèn)題，從教學(xué)內容、教學(xué)方法、教授手段及評估標準四個(gè)方面對該課程教學(xué)進(jìn)行了深入地探索與研究。
1、教學(xué)內容的探索
“新能源與電力系統”旨在使學(xué)生對包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電在內的新能源發(fā)電技術(shù)的基本原理、風(fēng)力與光伏發(fā)電等新能源并網(wǎng)后電力系統的運行特點(diǎn)有一個(gè)全面的認識和掌握，并能夠利用科學(xué)方法，發(fā)現、分析、解決新能源發(fā)電及并網(wǎng)后新能源及電力系統面臨的新問(wèn)題，從而為今后進(jìn)一步地研究新能源的并網(wǎng)控制及電力系統的規劃、設計、運行、經(jīng)濟技術(shù)等一系列問(wèn)題奠定良好的專(zhuān)業(yè)基礎與能力。
我院開(kāi)設“新能源與電力系統”課程剛剛2年，課程內容涉及電氣、動(dòng)力、機械、控制等許多學(xué)科領(lǐng)域，其中新能源發(fā)電技術(shù)主要包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、氫能發(fā)電、天然氣、燃氣發(fā)電、小水力發(fā)電、地熱能發(fā)電和海洋能發(fā)電等多種發(fā)電技術(shù)。新能源發(fā)電并網(wǎng)后對電力系統的影響包括電壓穩定、頻率穩定、電網(wǎng)調度、需求側響應、微網(wǎng)控制等，涉及電網(wǎng)規劃、運行、控制等諸多方面。而新能源的發(fā)展與電價(jià)、輔助服務(wù)及智能電網(wǎng)的發(fā)展密切相關(guān)，屬于新能源與電力系統經(jīng)濟技術(shù)領(lǐng)域涵蓋的范疇。因此，該課程涉及新能源發(fā)電技術(shù)、電力系統分析、新能源電力經(jīng)濟三部分內容，概念多、知識面廣、工程應用性強。
目前該課程授課學(xué)時(shí)僅為36學(xué)時(shí)，內容多，課時(shí)少，加之能涵蓋全面的新能源與電力系統內容的教材尚未發(fā)現，因此要在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內使學(xué)生有效掌握重要知識，需要合理設置課程結構，并對教學(xué)內容進(jìn)行篩選。我們針對選課的38名研究生進(jìn)行了學(xué)習需求調查，調查內容及結果示于圖1:

圖1 研究生學(xué)習需求調查結果
根據選課學(xué)生的實(shí)際情況結合教學(xué)大綱，我們對“新能源與電力系統”的授課內容篩選調整為:①新能源電力發(fā)展概論;②風(fēng)電和光伏發(fā)電技術(shù);③其他新能源發(fā)電技術(shù);④新能源并網(wǎng)對電力系統的影響，包括新能源并網(wǎng)后的消納、電力系統優(yōu)化調度、電力系統有功平衡與頻率控制、電力系統無(wú)功電壓控制等;⑤主動(dòng)配電網(wǎng)及微網(wǎng)技術(shù);⑥大規模儲能技術(shù);⑦新能源政策支撐與電力市場(chǎng)及智能電網(wǎng)的推動(dòng);⑧課程的學(xué)術(shù)思想，象、理、數的思考。
這些內容涉及到新能源發(fā)電技術(shù)與對電力系統的影響的主要方面，能夠滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)各研究方向的學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識需求，zui重要的是通過(guò)系統而全面的介紹，使得研究生能夠對新能源與電力系統的問(wèn)題建立起構架，將從前所學(xué)的零散專(zhuān)業(yè)知識放置于一個(gè)整合、應用的平臺，兼之課程中開(kāi)設的關(guān)于學(xué)科學(xué)術(shù)思想思考的推動(dòng)，培育研究生發(fā)現問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而掌握科學(xué)研究問(wèn)題的方法與手段，為日后即將開(kāi)始的研究生課題的完成奠定夯實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎、思維基礎及完整的知識系統。
2、教學(xué)方法的設計
針對“新能源與電力系統”這么龐大的教學(xué)任務(wù)，面對研究方向多樣化的碩士研究生這樣的授課對象，考慮到他們的學(xué)習需求和興趣點(diǎn)迥然不同，若在有限的課堂學(xué)習時(shí)間內，能使學(xué)生各取所需，單一化的授課方式很難滿(mǎn)足這種需求。因此，建立有效的、具有共振效果的教學(xué)方式對于該教學(xué)任務(wù)的完成及效果就顯得格外的關(guān)鍵，針對此，本文就教學(xué)方式設計了五步法—“課前預習”、“分組討論”、“作業(yè)貫穿”、“重點(diǎn)突出”、“主線(xiàn)明確”，以圖轉變傳統的“教師為主，學(xué)生為輔”的教學(xué)方式為“學(xué)生為主，教師為導”的方式。
為了盡可能清晰地構建“新能源與電力系統”的整體框架，便于研究生形成整體論、系統論，并提高學(xué)習效率，我們采用了講故事的手法，以生動(dòng)的情節吸引學(xué)生眼球，解決學(xué)生開(kāi)課十分鐘后注意力渙散的問(wèn)題，并輔以“概念樹(shù)”等清晰、簡(jiǎn)潔、形象的教學(xué)工具增強“新能源與電力系統”的整體感。將每堂課的授課內容分成二個(gè)部分，一個(gè)部分通過(guò)提前一周布置“預習作業(yè)”及閱讀參考書(shū)目的形式完成，另一個(gè)部分通過(guò)課堂重點(diǎn)講述來(lái)完成。為了提高課堂效果，達成師生課上共振，設置了部分猜想內容，并以研究方向相近為原則對學(xué)生分組—電力系統組、電力電子組、電管組、繼保組、高壓組以及其他組，進(jìn)行“猜想”擂臺賽，刺激學(xué)生大腦細胞，釋放學(xué)習能量。為了建立研究生的研究思想，培養學(xué)生掌握科學(xué)研究的四性———科學(xué)性、結構性、邏輯性和嚴謹性，從而深刻地掌握教學(xué)內容，我們在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中設計了3次專(zhuān)業(yè)作業(yè)，每組一個(gè)課題，并留出3次課堂時(shí)間進(jìn)行作業(yè)的闡述、討論，并給學(xué)生以系統、重點(diǎn)的指導。3次作業(yè)的題目是固定的，在層次上具有遞進(jìn)性，在結構上具有完整性，在學(xué)術(shù)上具有科學(xué)性。通過(guò)這樣的作業(yè)訓練，促使學(xué)生在新能源與電力系統的知識體系、專(zhuān)業(yè)研究方法及專(zhuān)業(yè)知識的拓展上達到一定的認識高度。
3、教學(xué)評價(jià)的構建
教學(xué)評價(jià)應該以全面考評為基礎，應包含教學(xué)設計中的各部分考評及結課考評，更應涉及不同的評價(jià)者，并予以科學(xué)的權重，zui終形成客觀(guān)、公正的評價(jià)體系。根據這個(gè)原則，我們將評價(jià)內容分為9個(gè)部分，各部分評價(jià)內容與權重占比如表1所示。

表1
評價(jià)內容中的“結課論文”部分即為zui終的考核方式:基于學(xué)生需求調查及有益于學(xué)生今后研究方向的宗旨，“新能源與電力系統”課程的zui終考評方式為結合學(xué)生課題進(jìn)行相關(guān)論文撰寫(xiě)的形式，對于暫沒(méi)有設定課題的學(xué)生，則以他們感興趣的專(zhuān)業(yè)課題為依據進(jìn)行論文撰寫(xiě)。論文標準以現行的學(xué)術(shù)論文標準為核定準則。
在這個(gè)評價(jià)系統中，只有教師對學(xué)生的評價(jià)及學(xué)生對學(xué)生的評價(jià)，而學(xué)生對教師的評價(jià)沒(méi)有納入。
這個(gè)問(wèn)題是這樣解決的:在課程全部結束后，當教師對學(xué)生不構成約束時(shí)，我們組織一次非強制性的問(wèn)卷調查，也稱(chēng)為問(wèn)卷評價(jià)，其中包含了對授課教師的講課水平、精神面貌及給學(xué)生的影響力等相關(guān)內容。
通過(guò)教師對學(xué)生的評價(jià)、學(xué)生對學(xué)生的評價(jià)及學(xué)生對教師的評價(jià)zui終形成了一個(gè)完整的教學(xué)評價(jià)系統。
4、教學(xué)實(shí)踐
針對本文提出的關(guān)于“新能源與電力系統”的教學(xué)內容、教學(xué)方法及評價(jià)，基于2015年我院研究生一年級的選課生，開(kāi)展了本次教學(xué)探索的實(shí)踐活動(dòng)，歷時(shí)18周半個(gè)學(xué)年。教學(xué)實(shí)踐檢驗以38名學(xué)生的zui終調查為結果，調查內容涉及10個(gè)方面，如圖2所示。

圖2學(xué)生課程滿(mǎn)意度調查結果
從圖中可以得出如下結論:
(1)調查內容涉及到教學(xué)內容、方法及考核方式，以學(xué)生的zui終受益為目標，較為詳盡、客觀(guān)、有效;
(2)學(xué)生對上述教學(xué)方案整體滿(mǎn)意度達94%，體現出對這門(mén)課程的歡迎;
(3)從學(xué)生受益的4個(gè)方面看，課程對研究生提升科研工作的理解、科技論文寫(xiě)作、匯報幾方面有較高的滿(mǎn)意度;對所研究課題的助力及論文結構的把握程度滿(mǎn)意度稍低，主要原因為部分學(xué)生研究方向與本課程的主體內容相差較大及訓練時(shí)間較短所致。
(4)學(xué)生總體滿(mǎn)意度較高，并給予了較高的評價(jià)。
2016年“新能源與電力系統”新增研究生選課人數為13人，總人數為51人。與2015年相比，同比增長(cháng)34．2%。以上結果說(shuō)明本文所介紹的幾個(gè)教學(xué)環(huán)節的探索具有較好的教學(xué)效果與實(shí)踐性。