風力發電原理課程中交互式教學方法的應用探索

徐圣冠 譚劍鋒

［摘? ? ? ? ? ?要］? 風力發電原理課程作為新能源科學與工程專業的核心課程之一，旨在引導學生深入理解風能轉化為電能的基本原理和技術。然而，不同于風能產業的快速發展，風力發電原理課程的教學方式相對滯后，傳統的以理論講授為主的教學方法已不能滿足現代工程類課程教育的需求。為了改變這一現狀，交互式教學在高校風力發電原理課程教學中得到廣泛應用?；诖?，提出了一種通過問題引導、小組討論、PPT答辯、教師點評等方式的教學方法，以激發學生的學習興趣和探究欲望，探討交互式教學在風力發電原理課程中的具體實踐策略及應用效果，并通過科學考核方法評估其實施成效，為相關教育工作者提供參考。

［關? ? 鍵? ?詞］? 交互式教學；風力發電原理；新能源科學與工程；教學改革

［中圖分類號］? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文章編號］? 2096-0603（2024）09-0０57-04

在全球能源危機和環境污染問題日益嚴重的背景下，可再生能源的開發和利用已成為全球共同關注的焦點。風能作為一種清潔、可再生的能源，具有巨大的開發潛力。根據國際可再生能源署（IRENA）的數據，截至2023年，全球風力發電裝機容量已達到1.3TW（1300GW），相較于2010年增長了約300%，年增長率持續保持在10%～15%的范圍內。而中國在其中占據了主導地位，全國風電裝機容量突破400GW，占全球總裝機容量的近三分之一，且目前風力發電量占比已達到全國總發電量的7%[1]。然而，與風能產業的快速發展相比，風力發電原理課程的教學卻相對滯后，傳統的以理論講授為主的教學方法已不能滿足現代工程教育的需求。為了改變這一現狀，適應新能源領域的發展需求，交互式教學被引入風力發電原理的課程中。交互式教學強調學生的主體性和參與性，通過問題引導、小組討論、PPT答辯等方式激發學生的學習興趣和探究欲望[2]。本文旨在探討交互式教學在風力發電原理課程中的具體實踐策略及應用效果，并通過科學考核方法評估其實施成效。

一、風力發電原理課程的基本情況

作為新能源科學與工程專業的一門核心課程，風力發電原理課程旨在幫助學生深入理解風能轉化為電能的基本原理和技術。該課程涵蓋了風能資源的評估、風力發電機組的構造與工作原理、風力發電系統的并網與運行等多個方面的知識，具體如表1所示。通過學習該門課程，學生可以全面了解風力發電產業鏈中的各個環節，包括風電場規劃、風力發電機組設計與制造、風力發電系統運行與維護等重要知識領域。

在課時安排方面，該課程通常設置為一個學期，共計48學時。其中，理論授課占據大部分學時，約42學時，主要內容包括風能資源評估、風力發電機組工作原理、并網技術等基本理論的講解，以及風力發電系統的經濟性分析、環境影響評價等方面的介紹。除此之外，實踐環節占據6學時，包括實驗室操作、風電場參觀實習等多種形式。實踐環節旨在幫助學生加深對理論知識的理解，提高實際操作能力，增強工程實踐能力[3]。通過實踐環節的學習，學生有機會親手操作風力發電機組，深入了解風力發電系統的實際運行情況，掌握相關的實踐技能。

二、風力發電原理課程的教學現狀

目前，高校風力發電原理課程的教學中存在諸多問題，嚴重影響了課程教學質量。結合實際教學經驗，主要表現在以下幾方面。

（一）理論教學方法單一

風力發電原理課程教學過程中過度依賴傳統的講授方式，缺乏多樣化的教學方法和手段。主要表現為教師在講臺上單方面傳授知識，而學生則處于被動接受的狀態，缺乏積極參與和思考的機會。舉例來說，在傳統的風力發電原理課堂上，教師常常用到的教學方法是講述和板書。教師會按照教材的章節順序，逐一講解風力發電的基本原理、風輪機的工作原理、發電機組的構成等內容，而學生在課堂上主要是通過聽講和記筆記的方式學習。另外，理論教學方法單一還表現在缺乏與實際應用的結合。風力發電是一個實踐性很強的領域，但是在傳統的教學中，往往只是停留在理論層面，缺乏對實際風力發電系統的操作和實踐，導致學生很難將理論知識應用到實際問題中去，缺乏實踐能力和創新精神[4]。

（二）實踐教學占比較低

風力發電原理課程設置和教學計劃中，實踐環節所占比重較小，無法滿足學生實際操作和實踐能力培養的需求，導致學生難以將理論知識應用于實際問題中，缺乏實踐能力和創新精神。以某校新能源科學與工程專業為例，根據最近一份教學計劃顯示，風力發電原理課程的總學時為48學時，其中理論學時為42學時，實踐學時僅為6學時，占比僅為12.5%。由此可見，實踐教學在整個課程中占據的比例較低。而在實踐環節中，學生的參與度也不容樂觀，據調查數據顯示僅有40%的學生參與過風力發電實驗或實地考察，30%的學生參與過風力發電項目的設計與實施，而剩下30%的學生則表示沒有參與過任何實踐環節，進一步表明實踐教學占比較小[5]。

（三）考核機制不夠完善

考核機制的不完善也是目前制約風力發電原理課程教學的主要原因之一。首先，現有的考核機制過于注重理論知識的考核，而忽視了實踐能力的評估。通常情況下，課程的考核主要包括平時作業和期末考試兩部分。平時作業則多以計算題和簡答題為主，缺乏對學生實踐能力的考查；期末考試往往采用閉卷形式，主要測試學生對理論知識的掌握情況。這樣的考核方式容易導致學生過于關注理論知識的記憶，而忽視實踐能力的培養。其次，考核內容缺乏與實際應用的聯系。目前，風力發電原理課程的考核內容主要依據教材和課堂講授的內容，缺乏與工程實踐和最新研究成果的聯系，導致學生難以將所學知識與實際問題相結合，無法真正理解和應用風力發電原理。最后，考核機制缺乏對學生創新能力和團隊協作能力的評估。風力發電領域需要具備創新思維和團隊協作能力的人才，但現有的考核機制主要側重于對學生個人知識掌握情況的評估，缺乏對學生創新能力和團隊協作能力的考查。

三、交互式教學在風力發電原理課程中的實踐策略

交互式教學是一種強調學生參與、合作與探索的教學模式，其核心在于通過小組討論、案例研究、角色扮演等方式，引領學生主動參與到學習過程中，積極思考和探討問題，以達到深度理解和掌握知識的目的。交互式教學注重培養學生的自主學習能力、創新思維和解決問題的能力，強調學生在教師的引導下進行自主學習和合作學習，并通過互動與交流，激發學生的學習興趣和學習動力，提高學生的學習效果和學習質量。在交互式教學中，教師的角色是引導者和促進者，而不是單純的知識傳授者，學生通過積極參與和合作學習，形成自己的知識體系和學習方法，從而更好地適應未來的學習和工作需求[6]。鑒于當前風力發電原理課程中存在諸多不足，許多高校在該課程教學中嘗試推行交互式教學模式，下文將對這一教學模式在風力發電原理課程教學中的實踐策略展開詳細分析，具體以風輪機的結構和工程設計方法課程內容為例。

（一）專業知識講解

在風輪機的結構和工程設計方法的課程教學中，交互式教學方法的第一步是專業知識的講解，主要是為了使學生對風輪機基本概念、原理和結構等內容全面了解。專業知識講解的內容主要涵蓋風輪機的基本構成，如葉片、輪轂、變速器、制動器等部分的功能和工作原理。教師需要深入淺出地介紹這些部分是如何協同工作的，從而使風輪機從風能中轉化為電能。此外，風輪機的各種類型、特點及應用場景也是講解的重點，以便使學生能夠對不同種類的風輪機有清晰的認識。為了讓學生更好地理解風輪機的工程設計方法，教師還可引入相關的工程設計理念和流程，如設計參數的確定、模型的建立、模擬分析、優化設計等內容，這些均為工程師在實際工作中必須掌握的知識和技能[7]。

在課時分配上，專業知識講解通常占據整個課程大部分時間。以一個學期為例，大約需要8～10個課時來完成這一環節，其目的是確保學生能夠充分吸收和理解這些知識，為后續的實踐和研討打下堅實的基礎。值得注意的是，專業知識講解并不是單向的灌輸，而是要與學生的實際情況和興趣點相結合。教師可以通過案例分析、動畫演示、實物展示等多種方式，使講解內容更加生動和有趣。同時，鼓勵學生提問和發表自己的觀點，也是提高教學效果的有效途徑。

（二）教師提出問題

教師提出問題旨在引導學生深入思考風輪機相關議題，激發學生的探索欲望，培養學生解決問題的能力。教師在提出問題時，需要注意以下幾點：首先，確保問題具有針對性和實際意義。問題應當緊密圍繞風輪機的結構、工作原理、性能優化以及工程設計挑戰等，以便學生能夠運用所學知識進行實際操作和理論探討。例如，教師可以提出：“如何設計一個能夠適應不同風速條件的高效風輪機？”這樣的問題既包含實際工程需求，又需要學生綜合運用所學知識。其次，提出問題時應注重問題的開放性和層次性。開放性問題能夠激發學生的創新思維，允許學生從多個角度探討問題；而層次性問題則能夠照顧到不同水平的學生，讓學生都能參與到討論中來。例如，對于初學者，教師可以提出關于風輪機基本原理和結構的問題，而隨著課程的深入，逐漸引入更復雜、更實際的工程設計問題。最后，要關注問題的實際應用價值。通過引入真實的工程案例和場景，讓學生感受到所學知識的實用性，增強學生的學習動機。例如，教師可以根據當前風能行業的發展趨勢和技術挑戰，提出與實際工程項目相關的問題，使學生在解決問題的過程中了解行業的最新動態和發展方向。

總之，教師在風輪機的結構和工程設計方法的課程教學中，通過提出有針對性的、開放性的和具有實際應用價值的問題，可以有效地引導學生參與到交互式學習中來，促進學生對知識的深度理解和實踐應用，有助于培養學生的自主學習能力、創新思維以及解決問題的能力，為學生未來的學習和工作奠定堅實的基礎。

（三）學生討論分析問題

交互式教學還應鼓勵學生積極參與討論，通過互動與合作深化對相關議題的理解。在本課程教學中，學生的討論開始于對教師提出問題的初步分析，學生運用在專業知識講解環節學到的風輪機結構和工程設計理論知識，嘗試對問題進行解構，識別出問題的核心要點和關鍵難點。在這一階段，教師的作用不容忽視，需要巡視各個討論小組，聽取學生的思路，給予必要的引導，確保學生的討論方向不偏離主題。隨著討論的深入，學生開始提出各種可能的解決方案，這一過程充滿了思想碰撞和觀念交流，不僅鍛煉了學生分析問題和解決問題的能力，還培養了學生的團隊協作和溝通技巧[8]。教師在此階段應鼓勵學生暢所欲言，即使學生的想法不成熟或不切實際，也要給予積極的反饋，幫助學生完善思路。

當學生形成一定的共識或找到可能的解決方案時，學生會開始進行深入的分析和比較，該階段注重的是對方案的評估和優化，學生需要運用工程設計的原理和方法，對不同的解決方案進行量化分析和比較，找出最優方案。教師在此階段的作用是提供必要的指導和建議，幫助學生完善解決方案。

（四）學生制作PPT答辯

在交互式教學中，學生制作PPT答辯不僅是學生展示自己分析問題、提出解決方案成果的機會，更是學生提升自信心、鍛煉公眾演講能力的平臺。在這一過程中，學生首先需要將自己在前三個階段的學習成果進行系統的梳理和歸納，明確自己要展示的核心內容和觀點。隨后，學生會開始著手制作PPT，選擇合適的版式和色彩，確保內容的條理性和視覺效果。PPT的內容通常包括問題概述、分析過程、解決方案和結論等部分，每一部分都需要有具體的文字和圖表來說明。

例如，有一組學生針對“如何提高風輪機的發電效率”這一問題進行了深入研究，學生在PPT中首先展示了問題背景和意義，用圖表分析了不同設計參數對風輪機性能的影響。其次，提出了一種新型葉片設計方案，并用模擬軟件進行了驗證。最后，學生總結了這一方案的優勢和潛在應用前景，贏得了同學們的熱烈掌聲。

答辯環節更是對學生綜合能力的考驗。學生需要在有限的時間內，用簡潔明了的語言闡述自己的觀點和解決方案，同時回答教師和同學們的問題。這不僅要求學生具備良好的口頭表達能力和邏輯思維能力，還需要學生具備扎實的專業知識和實踐經驗。通過這樣的答辯環節，學生不僅能夠加深對風輪機結構和工程設計方法的理解，還能提升自信心和團隊協作能力。學生在制作PPT和答辯的過程中不斷反思和完善自己的觀點，對學術成長和未來職業發展產生積極的影響。

（五）教師課堂點評

在風輪機的結構和工程設計方法的課程教學中運用交互式教學方法，通過教師的專業指導和反饋，幫助學生深化理解、完善觀點，并進一步提升學生的學習和思考能力。課堂點評階段，教師首先要對學生的PPT內容和答辯表現給予肯定和建設性的反饋，應該充分贊賞學生在分析問題、提出解決方案以及PPT制作方面的努力和成果，增強學生的學習動力和自信心。例如，教師可以表揚學生在風輪機葉片設計方面的創新思路，或者肯定學生在工程設計方法中運用的有效性。其次，教師應針對學生的解決方案和答辯表現提出具體的改進意見和建議。教師可以根據學生的觀點和論證過程，提出更深入的問題或者引導學生思考其他可能的解決方案。同時，教師還可以就學生在風輪機結構和工程設計方法上的理解程度和運用能力進行評估，并給予相應的指導。例如，教師可以建議學生進一步考慮風輪機的環境適應性、成本效益等方面的因素，或者提醒學生在工程實踐中可能面臨的挑戰和風險。此外，教師還可以利用課堂點評的機會，將學生的討論成果和答辯內容與課程內容進行有機結合。教師可以根據學生的觀點和解決方案，進一步闡述風輪機工程設計的基本原則和方法，或者引入相關的工程案例和實際應用場景，以幫助學生更好地理解和應用所學知識。

四、結束語

綜上所述，風力發電原理課程是一門重要的新能源科學與工程專業課程，具有很強的理論性和實踐性。傳統的教學方法已經不能滿足現代工程教育的需求，因此引入交互式教學，通過問題引導、小組討論、PPT答辯等方式，能夠有效激發學生的學習興趣和探究欲望，提高教學質量和效果，期望能為相關課程的教學改革提供有益的參考和借鑒，提升新能源科學與工程領域人才的培養質量。

參考文獻：

［1］范一強，張懿奕.研討式教學學生學業評價策略探析［J］.高教學刊，2022，8（3）：82-85.

［2］陳艷秋，林忠，殷曉麗.基于創新能力培養的研討式教學模式探討［J］.航海教育研究，2022，39（1）：71-75.

［3］唐明珠.研討式教學在風力發電原理課程中的探索與實踐［J］.教育教學論壇，2017（11）：175-176.

［4］陳健，陳麗兵.研討與項目教學在“風力發電原理與應用”課程教學中的探索［J］.科技視界，2018（20）：121-122.

［5］何理，鐘冬望，蔣培，等.基于MOOC資源的研討式教學［J］.中國冶金教育，2022（4）：15-19.

［6］李偉，王廷梅.研討式教學在混合學習環境下的應用拓展［J］.北京聯合大學學報，2023，37（2）：79-85.

［7］李興洵.化工原理課程啟發與研討式教學方法研究［J］.化工設計通訊，2023，49（8）：77-79.

［8］孫毅.風力發電原理課程教學模式的改革探究［J］.現代職業教育，2023（29）：154-157.

編輯 尹 軍