风力发电原理课程中交互式教学方法的应用探索

徐圣冠 谭剑锋

［摘           要］  风力发电原理课程作为新能源科学与工程专业的核心课程之一，旨在引导学生深入理解风能转化为电能的基本原理和技术。然而，不同于风能产业的快速发展，风力发电原理课程的教学方式相对滞后，传统的以理论讲授为主的教学方法已不能满足现代工程类课程教育的需求。为了改变这一现状，交互式教学在高校风力发电原理课程教学中得到广泛应用。基于此，提出了一种通过问题引导、小组讨论、PPT答辩、教师点评等方式的教学方法，以激发学生的学习兴趣和探究欲望，探讨交互式教学在风力发电原理课程中的具体实践策略及应用效果，并通过科学考核方法评估其实施成效，为相关教育工作者提供参考。

［关    键   词］  交互式教学；风力发电原理；新能源科学与工程；教学改革

［中图分类号］  G642                   ［文獻标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）09-0０57-04

在全球能源危机和环境污染问题日益严重的背景下，可再生能源的开发和利用已成为全球共同关注的焦点。风能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的开发潜力。根据国际可再生能源署（IRENA）的数据，截至2023年，全球风力发电装机容量已达到1.3TW（1300GW），相较于2010年增长了约300%，年增长率持续保持在10%～15%的范围内。而中国在其中占据了主导地位，全国风电装机容量突破400GW，占全球总装机容量的近三分之一，且目前风力发电量占比已达到全国总发电量的7%[1]。然而，与风能产业的快速发展相比，风力发电原理课程的教学却相对滞后，传统的以理论讲授为主的教学方法已不能满足现代工程教育的需求。为了改变这一现状，适应新能源领域的发展需求，交互式教学被引入风力发电原理的课程中。交互式教学强调学生的主体性和参与性，通过问题引导、小组讨论、PPT答辩等方式激发学生的学习兴趣和探究欲望[2]。本文旨在探讨交互式教学在风力发电原理课程中的具体实践策略及应用效果，并通过科学考核方法评估其实施成效。

一、风力发电原理课程的基本情况

作为新能源科学与工程专业的一门核心课程，风力发电原理课程旨在帮助学生深入理解风能转化为电能的基本原理和技术。该课程涵盖了风能资源的评估、风力发电机组的构造与工作原理、风力发电系统的并网与运行等多个方面的知识，具体如表1所示。通过学习该门课程，学生可以全面了解风力发电产业链中的各个环节，包括风电场规划、风力发电机组设计与制造、风力发电系统运行与维护等重要知识领域。

在课时安排方面，该课程通常设置为一个学期，共计48学时。其中，理论授课占据大部分学时，约42学时，主要内容包括风能资源评估、风力发电机组工作原理、并网技术等基本理论的讲解，以及风力发电系统的经济性分析、环境影响评价等方面的介绍。除此之外，实践环节占据6学时，包括实验室操作、风电场参观实习等多种形式。实践环节旨在帮助学生加深对理论知识的理解，提高实际操作能力，增强工程实践能力[3]。通过实践环节的学习，学生有机会亲手操作风力发电机组，深入了解风力发电系统的实际运行情况，掌握相关的实践技能。

二、风力发电原理课程的教学现状

目前，高校风力发电原理课程的教学中存在诸多问题，严重影响了课程教学质量。结合实际教学经验，主要表现在以下几方面。

（一）理论教学方法单一

风力发电原理课程教学过程中过度依赖传统的讲授方式，缺乏多样化的教学方法和手段。主要表现为教师在讲台上单方面传授知识，而学生则处于被动接受的状态，缺乏积极参与和思考的机会。举例来说，在传统的风力发电原理课堂上，教师常常用到的教学方法是讲述和板书。教师会按照教材的章节顺序，逐一讲解风力发电的基本原理、风轮机的工作原理、发电机组的构成等内容，而学生在课堂上主要是通过听讲和记笔记的方式学习。另外，理论教学方法单一还表现在缺乏与实际应用的结合。风力发电是一个实践性很强的领域，但是在传统的教学中，往往只是停留在理论层面，缺乏对实际风力发电系统的操作和实践，导致学生很难将理论知识应用到实际问题中去，缺乏实践能力和创新精神[4]。

（二）实践教学占比较低

风力发电原理课程设置和教学计划中，实践环节所占比重较小，无法满足学生实际操作和实践能力培养的需求，导致学生难以将理论知识应用于实际问题中，缺乏实践能力和创新精神。以某校新能源科学与工程专业为例，根据最近一份教学计划显示，风力发电原理课程的总学时为48学时，其中理论学时为42学时，实践学时仅为6学时，占比仅为12.5%。由此可见，实践教学在整个课程中占据的比例较低。而在实践环节中，学生的参与度也不容乐观，据调查数据显示仅有40%的学生参与过风力发电实验或实地考察，30%的学生参与过风力发电项目的设计与实施，而剩下30%的学生则表示没有参与过任何实践环节，进一步表明实践教学占比较小[5]。

（三）考核机制不够完善

考核机制的不完善也是目前制约风力发电原理课程教学的主要原因之一。首先，现有的考核机制过于注重理论知识的考核，而忽视了实践能力的评估。通常情况下，课程的考核主要包括平时作业和期末考试两部分。平时作业则多以计算题和简答题为主，缺乏对学生实践能力的考查；期末考试往往采用闭卷形式，主要测试学生对理论知识的掌握情况。这样的考核方式容易导致学生过于关注理论知识的记忆，而忽视实践能力的培养。其次，考核内容缺乏与实际应用的联系。目前，风力发电原理课程的考核内容主要依据教材和课堂讲授的内容，缺乏与工程实践和最新研究成果的联系，导致学生难以将所学知识与实际问题相结合，无法真正理解和应用风力发电原理。最后，考核机制缺乏对学生创新能力和团队协作能力的评估。风力发电领域需要具备创新思维和团队协作能力的人才，但现有的考核机制主要侧重于对学生个人知识掌握情况的评估，缺乏对学生创新能力和团队协作能力的考查。

三、交互式教学在风力发电原理课程中的实践策略

交互式教学是一种强调学生参与、合作与探索的教学模式，其核心在于通过小组讨论、案例研究、角色扮演等方式，引领学生主动参与到学习过程中，积极思考和探讨问题，以达到深度理解和掌握知识的目的。交互式教学注重培养学生的自主学习能力、创新思维和解决问题的能力，强调学生在教师的引导下进行自主学习和合作学习，并通过互动与交流，激发学生的学习兴趣和学习动力，提高学生的学习效果和学习质量。在交互式教学中，教师的角色是引导者和促进者，而不是单纯的知识传授者，学生通过积极参与和合作学习，形成自己的知识体系和学习方法，从而更好地适应未来的学习和工作需求[6]。鉴于当前风力发电原理课程中存在诸多不足，许多高校在该课程教学中尝试推行交互式教学模式，下文将对这一教学模式在风力发电原理课程教学中的实践策略展开详细分析，具体以风轮机的结构和工程设计方法课程内容为例。

（一）专业知识讲解

在风轮机的结构和工程设计方法的课程教学中，交互式教学方法的第一步是专业知识的讲解，主要是为了使学生对风轮机基本概念、原理和结构等内容全面了解。专业知识讲解的内容主要涵盖风轮机的基本构成，如叶片、轮毂、变速器、制动器等部分的功能和工作原理。教师需要深入浅出地介绍这些部分是如何协同工作的，从而使风轮机从风能中转化为电能。此外，风轮机的各种类型、特点及应用场景也是讲解的重点，以便使学生能够对不同种类的风轮机有清晰的认识。为了让学生更好地理解风轮机的工程设计方法，教师还可引入相关的工程设计理念和流程，如设计参数的确定、模型的建立、模拟分析、优化设计等内容，这些均为工程师在实际工作中必须掌握的知识和技能[7]。

在课时分配上，专业知识讲解通常占据整个课程大部分时间。以一个学期为例，大约需要8～10个课时来完成这一环节，其目的是确保学生能够充分吸收和理解这些知识，为后续的实践和研讨打下坚实的基础。值得注意的是，专业知识讲解并不是单向的灌输，而是要与学生的实际情况和兴趣点相结合。教师可以通过案例分析、动画演示、实物展示等多种方式，使讲解内容更加生动和有趣。同时，鼓励学生提问和发表自己的观点，也是提高教学效果的有效途径。

（二）教师提出问题

教师提出问题旨在引导学生深入思考风轮机相关议题，激发学生的探索欲望，培养学生解决问题的能力。教师在提出问题时，需要注意以下几点：首先，确保问题具有针对性和实际意义。问题应当紧密围绕风轮机的结构、工作原理、性能优化以及工程设计挑战等，以便学生能够运用所学知识进行实际操作和理论探讨。例如，教师可以提出：“如何设计一个能够适应不同风速条件的高效风轮机？”这样的问题既包含实际工程需求，又需要学生综合运用所学知识。其次，提出问题时应注重问题的开放性和层次性。开放性问题能够激发学生的创新思维，允许学生从多个角度探讨问题；而层次性问题则能够照顾到不同水平的学生，让学生都能参与到讨论中来。例如，对于初学者，教师可以提出关于风轮机基本原理和结构的问题，而随着课程的深入，逐渐引入更复杂、更实际的工程设计问题。最后，要关注问题的实际应用价值。通过引入真实的工程案例和场景，让学生感受到所学知识的实用性，增强学生的学习动机。例如，教师可以根据当前风能行业的发展趋势和技术挑战，提出与实际工程项目相关的问题，使学生在解决问题的过程中了解行业的最新动态和发展方向。

总之，教师在风轮机的结构和工程设计方法的课程教学中，通过提出有针对性的、開放性的和具有实际应用价值的问题，可以有效地引导学生参与到交互式学习中来，促进学生对知识的深度理解和实践应用，有助于培养学生的自主学习能力、创新思维以及解决问题的能力，为学生未来的学习和工作奠定坚实的基础。

（三）学生讨论分析问题

交互式教学还应鼓励学生积极参与讨论，通过互动与合作深化对相关议题的理解。在本课程教学中，学生的讨论开始于对教师提出问题的初步分析，学生运用在专业知识讲解环节学到的风轮机结构和工程设计理论知识，尝试对问题进行解构，识别出问题的核心要点和关键难点。在这一阶段，教师的作用不容忽视，需要巡视各个讨论小组，听取学生的思路，给予必要的引导，确保学生的讨论方向不偏离主题。随着讨论的深入，学生开始提出各种可能的解决方案，这一过程充满了思想碰撞和观念交流，不仅锻炼了学生分析问题和解决问题的能力，还培养了学生的团队协作和沟通技巧[8]。教师在此阶段应鼓励学生畅所欲言，即使学生的想法不成熟或不切实际，也要给予积极的反馈，帮助学生完善思路。

当学生形成一定的共识或找到可能的解决方案时，学生会开始进行深入的分析和比较，该阶段注重的是对方案的评估和优化，学生需要运用工程设计的原理和方法，对不同的解决方案进行量化分析和比较，找出最优方案。教师在此阶段的作用是提供必要的指导和建议，帮助学生完善解决方案。

（四）学生制作PPT答辩

在交互式教学中，学生制作PPT答辩不仅是学生展示自己分析问题、提出解决方案成果的机会，更是学生提升自信心、锻炼公众演讲能力的平台。在这一过程中，学生首先需要将自己在前三个阶段的学习成果进行系统的梳理和归纳，明确自己要展示的核心内容和观点。随后，学生会开始着手制作PPT，选择合适的版式和色彩，确保内容的条理性和视觉效果。PPT的内容通常包括问题概述、分析过程、解决方案和结论等部分，每一部分都需要有具体的文字和图表来说明。

例如，有一组学生针对“如何提高风轮机的发电效率”这一问题进行了深入研究，学生在PPT中首先展示了问题背景和意义，用图表分析了不同设计参数对风轮机性能的影响。其次，提出了一种新型叶片设计方案，并用模拟软件进行了验证。最后，学生总结了这一方案的优势和潜在应用前景，赢得了同学们的热烈掌声。

答辩环节更是对学生综合能力的考验。学生需要在有限的时间内，用简洁明了的语言阐述自己的观点和解决方案，同时回答教师和同学们的问题。这不仅要求学生具备良好的口头表达能力和逻辑思维能力，还需要学生具备扎实的专业知识和实践经验。通过这样的答辩环节，学生不仅能够加深对风轮机结构和工程设计方法的理解，还能提升自信心和团队协作能力。学生在制作PPT和答辩的过程中不断反思和完善自己的观点，对学术成长和未来职业发展产生积极的影响。

（五）教师课堂点评

在风轮机的结构和工程设计方法的课程教学中运用交互式教学方法，通过教师的专业指导和反馈，帮助学生深化理解、完善观点，并进一步提升学生的学习和思考能力。课堂点评阶段，教師首先要对学生的PPT内容和答辩表现给予肯定和建设性的反馈，应该充分赞赏学生在分析问题、提出解决方案以及PPT制作方面的努力和成果，增强学生的学习动力和自信心。例如，教师可以表扬学生在风轮机叶片设计方面的创新思路，或者肯定学生在工程设计方法中运用的有效性。其次，教师应针对学生的解决方案和答辩表现提出具体的改进意见和建议。教师可以根据学生的观点和论证过程，提出更深入的问题或者引导学生思考其他可能的解决方案。同时，教师还可以就学生在风轮机结构和工程设计方法上的理解程度和运用能力进行评估，并给予相应的指导。例如，教师可以建议学生进一步考虑风轮机的环境适应性、成本效益等方面的因素，或者提醒学生在工程实践中可能面临的挑战和风险。此外，教师还可以利用课堂点评的机会，将学生的讨论成果和答辩内容与课程内容进行有机结合。教师可以根据学生的观点和解决方案，进一步阐述风轮机工程设计的基本原则和方法，或者引入相关的工程案例和实际应用场景，以帮助学生更好地理解和应用所学知识。

四、结束语

综上所述，风力发电原理课程是一门重要的新能源科学与工程专业课程，具有很强的理论性和实践性。传统的教学方法已经不能满足现代工程教育的需求，因此引入交互式教学，通过问题引导、小组讨论、PPT答辩等方式，能够有效激发学生的学习兴趣和探究欲望，提高教学质量和效果，期望能为相关课程的教学改革提供有益的参考和借鉴，提升新能源科学与工程领域人才的培养质量。

参考文献：

［1］范一强，张懿奕.研讨式教学学生学业评价策略探析［J］.高教学刊，2022，8（3）：82-85.

［2］陈艳秋，林忠，殷晓丽.基于创新能力培养的研讨式教学模式探讨［J］.航海教育研究，2022，39（1）：71-75.

［3］唐明珠.研讨式教学在风力发电原理课程中的探索与实践［J］.教育教学论坛，2017（11）：175-176.

［4］陈健，陈丽兵.研讨与项目教学在“风力发电原理与应用”课程教学中的探索［J］.科技视界，2018（20）：121-122.

［5］何理，钟冬望，蒋培，等.基于MOOC资源的研讨式教学［J］.中国冶金教育，2022（4）：15-19.

［6］李伟，王廷梅.研讨式教学在混合学习环境下的应用拓展［J］.北京联合大学学报，2023，37（2）：79-85.

［7］李兴洵.化工原理课程启发与研讨式教学方法研究［J］.化工设计通讯，2023，49（8）：77-79.

［8］孙毅.风力发电原理课程教学模式的改革探究［J］.现代职业教育，2023（29）：154-157.

编辑 尹 军