“新能源與電力系統”研究生課程探索與實踐

近十年來，以風力發電技術、光伏發電技術為的新能源發電技術得到了廣泛的發展與應用。
無論是大型風電場、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題，因此，新能源與電力系統已成為電氣工程專業的重要教學內容，國內一些電力專業的院校紛紛開設了“新能源與電力系統”這門專業課程，其中有針對本科生開設的，也有針對研究生開設的。我院屬于后者，針對電氣專業一年級的研究生開設了“新能源與電力系統”專業選修課程。
“新能源與電力系統”課程內容相當廣泛，幾乎涉及到電氣學科的所有專業，如電力系統自動化、電力電子、電力經濟、新能源發電等;所涉及的技術知識也相當的精深，如風力發電技術、光伏發電技術、并網技術、調制技術、調度優化技術、配網智能技術、云計算技術等。與新能源相連接的電力網絡既可以是傳統輸電網，又可以是特高壓、超高壓直流輸電網，更觸及到配電網及微電網，新能源發電系統已成為整個電力系統的重要組成部分。而新能源的過去、現在及未來發展方向更是與電力市場、智能電網等電力發展趨勢息息相關。面對這樣一門專業課程，對于我院課堂學習時間僅有一年的研究生來說，如果將新能源與電力系統所含涉的全部內容進行廣而授之，容易導致泛泛而講，泛泛而聽，就會出現學生學習收獲差，專業思想不能很好建立，對日后開展獨立課題研究的幫助不大等問題。本文針對這一問題，從教學內容、教學方法、教授手段及評估標準四個方面對該課程教學進行了深入地探索與研究。
1、教學內容的探索
“新能源與電力系統”旨在使學生對包括風力發電、光伏發電在內的新能源發電技術的基本原理、風力與光伏發電等新能源并網后電力系統的運行特點有一個全面的認識和掌握，并能夠利用科學方法，發現、分析、解決新能源發電及并網后新能源及電力系統面臨的新問題，從而為今后進一步地研究新能源的并網控制及電力系統的規劃、設計、運行、經濟技術等一系列問題奠定良好的專業基礎與能力。
我院開設“新能源與電力系統”課程剛剛2年，課程內容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學科領域，其中新能源發電技術主要包括太陽能發電、風能發電、生物質能發電、氫能發電、天然氣、燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電等多種發電技術。新能源發電并網后對電力系統的影響包括電壓穩定、頻率穩定、電網調度、需求側響應、微網控制等，涉及電網規劃、運行、控制等諸多方面。而新能源的發展與電價、輔助服務及智能電網的發展密切相關，屬于新能源與電力系統經濟技術領域涵蓋的范疇。因此，該課程涉及新能源發電技術、電力系統分析、新能源電力經濟三部分內容，概念多、知識面廣、工程應用性強。
目前該課程授課學時僅為36學時，內容多，課時少，加之能涵蓋全面的新能源與電力系統內容的教材尚未發現，因此要在有限的課堂教學時間內使學生有效掌握重要知識，需要合理設置課程結構，并對教學內容進行篩選。我們針對選課的38名研究生進行了學習需求調查，調查內容及結果示于圖1:

圖1 研究生學習需求調查結果
根據選課學生的實際情況結合教學大綱，我們對“新能源與電力系統”的授課內容篩選調整為:①新能源電力發展概論;②風電和光伏發電技術;③其他新能源發電技術;④新能源并網對電力系統的影響，包括新能源并網后的消納、電力系統優化調度、電力系統有功平衡與頻率控制、電力系統無功電壓控制等;⑤主動配電網及微網技術;⑥大規模儲能技術;⑦新能源政策支撐與電力市場及智能電網的推動;⑧課程的學術思想，象、理、數的思考。
這些內容涉及到新能源發電技術與對電力系統的影響的主要方面，能夠滿足各專業各研究方向的學生的專業知識需求，zui重要的是通過系統而全面的介紹，使得研究生能夠對新能源與電力系統的問題建立起構架，將從前所學的零散專業知識放置于一個整合、應用的平臺，兼之課程中開設的關于學科學術思想思考的推動，培育研究生發現問題、思考問題、解決問題的能力，進而掌握科學研究問題的方法與手段，為日后即將開始的研究生課題的完成奠定夯實的專業基礎、思維基礎及完整的知識系統。
2、教學方法的設計
針對“新能源與電力系統”這么龐大的教學任務，面對研究方向多樣化的碩士研究生這樣的授課對象，考慮到他們的學習需求和興趣點迥然不同，若在有限的課堂學習時間內，能使學生各取所需，單一化的授課方式很難滿足這種需求。因此，建立有效的、具有共振效果的教學方式對于該教學任務的完成及效果就顯得格外的關鍵，針對此，本文就教學方式設計了五步法—“課前預習”、“分組討論”、“作業貫穿”、“重點突出”、“主線明確”，以圖轉變傳統的“教師為主，學生為輔”的教學方式為“學生為主，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，并提高學習效率，我們采用了講故事的手法，以生動的情節吸引學生眼球，解決學生開課十分鐘后注意力渙散的問題，并輔以“概念樹”等清晰、簡潔、形象的教學工具增強“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部分，一個部分通過提前一周布置“預習作業”及閱讀參考書目的形式完成，另一個部分通過課堂重點講述來完成。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，進行“猜想”擂臺賽，刺激學生大腦細胞，釋放學習能量。為了建立研究生的研究思想，培養學生掌握科學研究的四性———科學性、結構性、邏輯性和嚴謹性，從而深刻地掌握教學內容，我們在整個教學過程中設計了3次專業作業，每組一個課題，并留出3次課堂時間進行作業的闡述、討論，并給學生以系統、重點的指導。3次作業的題目是固定的，在層次上具有遞進性，在結構上具有完整性，在學術上具有科學性。通過這樣的作業訓練，促使學生在新能源與電力系統的知識體系、專業研究方法及專業知識的拓展上達到一定的認識高度。
3、教學評價的構建
教學評價應該以全面考評為基礎，應包含教學設計中的各部分考評及結課考評，更應涉及不同的評價者，并予以科學的權重，zui終形成客觀、公正的評價體系。根據這個原則，我們將評價內容分為9個部分，各部分評價內容與權重占比如表1所示。

表1
評價內容中的“結課論文”部分即為zui終的考核方式:基于學生需求調查及有益于學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生課題進行相關論文撰寫的形式，對于暫沒有設定課題的學生，則以他們感興趣的專業課題為依據進行論文撰寫。論文標準以現行的學術論文標準為核定準則。
在這個評價系統中，只有教師對學生的評價及學生對學生的評價，而學生對教師的評價沒有納入。
這個問題是這樣解決的:在課程全部結束后，當教師對學生不構成約束時，我們組織一次非強制性的問卷調查，也稱為問卷評價，其中包含了對授課教師的講課水平、精神面貌及給學生的影響力等相關內容。
通過教師對學生的評價、學生對學生的評價及學生對教師的評價zui終形成了一個完整的教學評價系統。
4、教學實踐
針對本文提出的關于“新能源與電力系統”的教學內容、教學方法及評價，基于2015年我院研究生一年級的選課生，開展了本次教學探索的實踐活動，歷時18周半個學年。教學實踐檢驗以38名學生的zui終調查為結果，調查內容涉及10個方面，如圖2所示。

圖2學生課程滿意度調查結果
從圖中可以得出如下結論:
(1)調查內容涉及到教學內容、方法及考核方式，以學生的zui終受益為目標，較為詳盡、客觀、有效;
(2)學生對上述教學方案整體滿意度達94%，體現出對這門課程的歡迎;
(3)從學生受益的4個方面看，課程對研究生提升科研工作的理解、科技論文寫作、匯報幾方面有較高的滿意度;對所研究課題的助力及論文結構的把握程度滿意度稍低，主要原因為部分學生研究方向與本課程的主體內容相差較大及訓練時間較短所致。
(4)學生總體滿意度較高，并給予了較高的評價。
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34．2%。以上結果說明本文所介紹的幾個教學環節的探索具有較好的教學效果與實踐性。