“新能源与电力系统”研究生课程探索与实践

近十年来，以风力发电技术、光伏发电技术为先驱的新能源发电技术得到了广泛的发展与应用。
无论是大型风电场、光伏电站还是分布式能源系统都涉及到接入电力系统的问题，因此，新能源与电力系统已成为电气工程专业的重要教学内容，国内一些电力专业的院校纷纷开设了“新能源与电力系统”这门专业课程，其中有针对本科生开设的，也有针对研究生开设的。我院属于后者，针对电气专业一年级的研究生开设了“新能源与电力系统”专业选修课程。
“新能源与电力系统”课程内容相当广泛，几乎涉及到电气学科的所有专业，如电力系统自动化、电力电子、电力经济、新能源发电等;所涉及的技术知识也相当的精深，如风力发电技术、光伏发电技术、并网技术、调制技术、调度优化技术、配网智能技术、云计算技术等。与新能源相连接的电力网络既可以是传统输电网，又可以是特高压、超高压直流输电网，更触及到配电网及微电网，新能源发电系统已成为整个电力系统的重要组成部分。而新能源的过去、现在及未来发展方向更是与电力市场、智能电网等电力发展趋势息息相关。面对这样一门专业课程，对于我院课堂学习时间仅有一年的研究生来说，如果将新能源与电力系统所含涉的全部内容进行广而授之，容易导致泛泛而讲，泛泛而听，就会出现学生学习收获差，专业思想不能很好建立，对日后开展独立课题研究的帮助不大等问题。本文针对这一问题，从教学内容、教学方法、教授手段及评估标准四个方面对该课程教学进行了深入地探索与研究。
1、教学内容的探索
“新能源与电力系统”旨在使学生对包括风力发电、光伏发电在内的新能源发电技术的基本原理、风力与光伏发电等新能源并网后电力系统的运行特点有一个全面的认识和掌握，并能够利用科学方法，发现、分析、解决新能源发电及并网后新能源及电力系统面临的新问题，从而为今后进一步地研究新能源的并网控制及电力系统的规划、设计、运行、经济技术等一系列问题奠定良好的专业基础与能力。
我院开设“新能源与电力系统”课程刚刚2年，课程内容涉及电气、动力、机械、控制等许多学科领域，其中新能源发电技术主要包括太阳能发电、风能发电、生物质能发电、氢能发电、天然气、燃气发电、小水力发电、地热能发电和海洋能发电等多种发电技术。新能源发电并网后对电力系统的影响包括电压稳定、频率稳定、电网调度、需求侧响应、微网控制等，涉及电网规划、运行、控制等诸多方面。而新能源的发展与电价、辅助服务及智能电网的发展密切相关，属于新能源与电力系统经济技术领域涵盖的范畴。因此，该课程涉及新能源发电技术、电力系统分析、新能源电力经济三部分内容，概念多、知识面广、工程应用性强。
目前该课程授课学时仅为36学时，内容多，课时少，加之能涵盖全面的新能源与电力系统内容的教材尚未发现，因此要在有限的课堂教学时间内使学生有效掌握重要知识，需要合理设置课程结构，并对教学内容进行筛选。我们针对选课的38名研究生进行了学习需求调查，调查内容及结果示于图1:

图1 研究生学习需求调查结果
根据选课学生的实际情况结合教学大纲，我们对“新能源与电力系统”的授课内容筛选调整为:①新能源电力发展概论;②风电和光伏发电技术;③其他新能源发电技术;④新能源并网对电力系统的影响，包括新能源并网后的消纳、电力系统优化调度、电力系统有功平衡与频率控制、电力系统无功电压控制等;⑤主动配电网及微网技术;⑥大规模储能技术;⑦新能源政策支撑与电力市场及智能电网的推动;⑧课程的学术思想，象、理、数的思考。
这些内容涉及到新能源发电技术与对电力系统的影响的主要方面，能够满足各专业各研究方向的学生的专业知识需求，最重要的是通过系统而全面的介绍，使得研究生能够对新能源与电力系统的问题建立起构架，将从前所学的零散专业知识放置于一个整合、应用的平台，兼之课程中开设的关于学科学术思想思考的推动，培育研究生发现问题、思考问题、解决问题的能力，进而掌握科学研究问题的方法与手段，为日后即将开始的研究生课题的完成奠定夯实的专业基础、思维基础及完整的知识系统。
2、教学方法的设计
针对“新能源与电力系统”这么庞大的教学任务，面对研究方向多样化的硕士研究生这样的授课对象，考虑到他们的学习需求和兴趣点迥然不同，若在有限的课堂学习时间内，能使学生各取所需，单一化的授课方式很难满足这种需求。因此，建立有效的、具有共振效果的教学方式对于该教学任务的完成及效果就显得格外的关键，针对此，本文就教学方式设计了五步法—“课前预习”、“分组讨论”、“作业贯穿”、“重点突出”、“主线明确”，以图转变传统的“教师为主，学生为辅”的教学方式为“学生为主，教师为导”的方式。
为了尽可能清晰地构建“新能源与电力系统”的整体框架，便于研究生形成整体论、系统论，并提高学习效率，我们采用了讲故事的手法，以生动的情节吸引学生眼球，解决学生开课十分钟后注意力涣散的问题，并辅以“概念树”等清晰、简洁、形象的教学工具增强“新能源与电力系统”的整体感。将每堂课的授课内容分成二个部分，一个部分通过提前一周布置“预习作业”及阅读参考书目的形式完成，另一个部分通过课堂重点讲述来完成。为了提高课堂效果，达成师生课上共振，设置了部分猜想内容，并以研究方向相近为原则对学生分组—电力系统组、电力电子组、电管组、继保组、高压组以及其他组，进行“猜想”擂台赛，刺激学生大脑细胞，释放学习能量。为了建立研究生的研究思想，培养学生掌握科学研究的四性———科学性、结构性、逻辑性和严谨性，从而深刻地掌握教学内容，我们在整个教学过程中设计了3次专业作业，每组一个课题，并留出3次课堂时间进行作业的阐述、讨论，并给学生以系统、重点的指导。3次作业的题目是固定的，在层次上具有递进性，在结构上具有完整性，在学术上具有科学性。通过这样的作业训练，促使学生在新能源与电力系统的知识体系、专业研究方法及专业知识的拓展上达到一定的认识高度。
3、教学评价的构建
教学评价应该以全面考评为基础，应包含教学设计中的各部分考评及结课考评，更应涉及不同的评价者，并予以科学的权重，最终形成客观、公正的评价体系。根据这个原则，我们将评价内容分为9个部分，各部分评价内容与权重占比如表1所示。

表1
评价内容中的“结课论文”部分即为最终的考核方式:基于学生需求调查及有益于学生今后研究方向的宗旨，“新能源与电力系统”课程的最终考评方式为结合学生课题进行相关论文撰写的形式，对于暂没有设定课题的学生，则以他们感兴趣的专业课题为依据进行论文撰写。论文标准以现行的学术论文标准为核定准则。
在这个评价系统中，只有教师对学生的评价及学生对学生的评价，而学生对教师的评价没有纳入。
这个问题是这样解决的:在课程全部结束后，当教师对学生不构成约束时，我们组织一次非强制性的问卷调查，也称为问卷评价，其中包含了对授课教师的讲课水平、精神面貌及给学生的影响力等相关内容。
通过教师对学生的评价、学生对学生的评价及学生对教师的评价最终形成了一个完整的教学评价系统。
4、教学实践
针对本文提出的关于“新能源与电力系统”的教学内容、教学方法及评价，基于2015年我院研究生一年级的选课生，开展了本次教学探索的实践活动，历时18周半个学年。教学实践检验以38名学生的最终调查为结果，调查内容涉及10个方面，如图2所示。

图2学生课程满意度调查结果
从图中可以得出如下结论:
(1)调查内容涉及到教学内容、方法及考核方式，以学生的最终受益为目标，较为详尽、客观、有效;
(2)学生对上述教学方案整体满意度达94%，体现出对这门课程的欢迎;
(3)从学生受益的4个方面看，课程对研究生提升科研工作的理解、科技论文写作、汇报几方面有较高的满意度;对所研究课题的助力及论文结构的把握程度满意度稍低，主要原因为部分学生研究方向与本课程的主体内容相差较大及训练时间较短所致。
(4)学生总体满意度较高，并给予了较高的评价。
2016年“新能源与电力系统”新增研究生选课人数为13人，总人数为51人。与2015年相比，同比增长34．2%。以上结果说明本文所介绍的几个教学环节的探索具有较好的教学效果与实践性。


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