風(fēng)力發(fā)電原理課程中交互式教學(xué)方法的應(yīng)用探索

［摘要］風(fēng)力發(fā)電原理課程作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程之一，旨在引導(dǎo)學(xué)生深入理解風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的基本原理和技術(shù)。然而，不同于風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電原理課程的教學(xué)方式相對(duì)滯后，傳統(tǒng)的以理論講授為主的教學(xué)方法已不能滿足現(xiàn)代工程類課程教育的需求。為了改變這一現(xiàn)狀，交互式教學(xué)在高校風(fēng)力發(fā)電原理課程教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用?；诖?，提出了一種通過問題引導(dǎo)、小組討論、PPT答辯、教師點(diǎn)評(píng)等方式的教學(xué)方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，探討交互式教學(xué)在風(fēng)力發(fā)電原理課程中的具體實(shí)踐策略及應(yīng)用效果，并通過科學(xué)考核方法評(píng)估其實(shí)施成效，為相關(guān)教育工作者提供參考。［關(guān)鍵詞］交互式教學(xué)；風(fēng)力發(fā)電原理；新能源科學(xué)與工程；教學(xué)改革在全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的背景下，可再生能源的開發(fā)和利用已成為全球共同關(guān)注的焦點(diǎn)。風(fēng)能作為一種清潔、可再生的能源，具有巨大的開發(fā)潛力。根據(jù)國(guó)際可再生能源署（IRENA）的數(shù)據(jù)，截至2023年，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到1.3TW（1300GW），相較于2010年增長(zhǎng)了約300%，年增長(zhǎng)率持續(xù)保持在10%～15%的范圍內(nèi)。而中國(guó)在其中占據(jù)了主導(dǎo)地位，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量突破400GW，占全球總裝機(jī)容量的近三分之一，且目前風(fēng)力發(fā)電量占比已達(dá)到全國(guó)總發(fā)電量的7%[1]。然而，與風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展相比，風(fēng)力發(fā)電原理課程的教學(xué)卻相對(duì)滯后，傳統(tǒng)的以理論講授為主的教學(xué)方法已不能滿足現(xiàn)代工程教育的需求。為了改變這一現(xiàn)狀，適應(yīng)新能源領(lǐng)域的發(fā)展需求，交互式教學(xué)被引入風(fēng)力發(fā)電原理的課程中。交互式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和參與性，通過問題引導(dǎo)、小組討論、PPT答辯等方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望[2]。本文旨在探討交互式教學(xué)在風(fēng)力發(fā)電原理課程中的具體實(shí)踐策略及應(yīng)用效果，并通過科學(xué)考核方法評(píng)估其實(shí)施成效。一、風(fēng)力發(fā)電原理課程的基本情況作為新能源科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心課程，風(fēng)力發(fā)電原理課程旨在幫助學(xué)生深入理解風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的基本原理和技術(shù)。該課程涵蓋了風(fēng)能資源的評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)造與工作原理、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)與運(yùn)行等多個(gè)方面的知識(shí)，具體如表1所示。通過學(xué)習(xí)該門課程，學(xué)生可以全面了解風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)等重要知識(shí)領(lǐng)域。在課時(shí)安排方面，該課程通常設(shè)置為一個(gè)學(xué)期，共計(jì)48學(xué)時(shí)。其中，理論授課占據(jù)大部分學(xué)時(shí)，約42學(xué)時(shí)，主要內(nèi)容包括風(fēng)能資源評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理、并網(wǎng)技術(shù)等基本理論的講解，以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等方面的介紹。除此之外，實(shí)踐環(huán)節(jié)占據(jù)6學(xué)時(shí)，包括實(shí)驗(yàn)室操作、風(fēng)電場(chǎng)參觀實(shí)習(xí)等多種形式。實(shí)踐環(huán)節(jié)旨在幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高實(shí)際操作能力，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力[3]。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生有機(jī)會(huì)親手操作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，深入了解風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，掌握相關(guān)的實(shí)踐技能。二、風(fēng)力發(fā)電原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀目前，高校風(fēng)力發(fā)電原理課程的教學(xué)中存在諸多問題，嚴(yán)重影響了課程教學(xué)質(zhì)量。結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面。（一）理論教學(xué)方法單一風(fēng)力發(fā)電原理課程教學(xué)過程中過度依賴傳統(tǒng)的講授方式，缺乏多樣化的教學(xué)方法和手段。主要表現(xiàn)為教師在講臺(tái)上單方面?zhèn)魇谥R(shí)，而學(xué)生則處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，缺乏積極參與和思考的機(jī)會(huì)。舉例來說，在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電原理課堂上，教師常常用到的教學(xué)方法是講述和板書。教師會(huì)按照教材的章節(jié)順序，逐一講解風(fēng)力發(fā)電的基本原理、風(fēng)輪機(jī)的工作原理、發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成等內(nèi)容，而學(xué)生在課堂上主要是通過聽講和記筆記的方式學(xué)習(xí)。另外，理論教學(xué)方法單一還表現(xiàn)在缺乏與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的領(lǐng)域，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)中，往往只是停留在理論層面，缺乏對(duì)實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的操作和實(shí)踐，導(dǎo)致學(xué)生很難將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中去，缺乏實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神[4]。（二）實(shí)踐教學(xué)占比較低風(fēng)力發(fā)電原理課程設(shè)置和教學(xué)計(jì)劃中，實(shí)踐環(huán)節(jié)所占比重較小，無法滿足學(xué)生實(shí)際操作和實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求，導(dǎo)致學(xué)生難以將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題中，缺乏實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。以某校新能源科學(xué)與工程專業(yè)為例，根據(jù)最近一份教學(xué)計(jì)劃顯示，風(fēng)力發(fā)電原理課程的總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)為42學(xué)時(shí)，實(shí)踐學(xué)時(shí)僅為6學(xué)時(shí)，占比僅為12.5%。由此可見，實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)課程中占據(jù)的比例較低。而在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生的參與度也不容樂觀，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示僅有40%的學(xué)生參與過風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)或?qū)嵉乜疾欤?0%的學(xué)生參與過風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施，而剩下30%的學(xué)生則表示沒有參與過任何實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)一步表明實(shí)踐教學(xué)占比較小[5]。（三）考核機(jī)制不夠完善考核機(jī)制的不完善也是目前制約風(fēng)力發(fā)電原理課程教學(xué)的主要原因之一。首先，現(xiàn)有的考核機(jī)制過于注重理論知識(shí)的考核，而忽視了實(shí)踐能力的評(píng)估。通常情況下，課程的考核主要包括平時(shí)作業(yè)和期末考試兩部分。平時(shí)作業(yè)則多以計(jì)算題和簡(jiǎn)答題為主，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的考查；期末考試往往采用閉卷形式，主要測(cè)試學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況。這樣的考核方式容易導(dǎo)致學(xué)生過于關(guān)注理論知識(shí)的記憶，而忽視實(shí)踐能力的培養(yǎng)。其次，考核內(nèi)容缺乏與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系。目前，風(fēng)力發(fā)電原理課程的考核內(nèi)容主要依據(jù)教材和課堂講授的內(nèi)容，缺乏與工程實(shí)踐和最新研究成果的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生難以將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合，無法真正理解和應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電原理。最后，考核機(jī)制缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的評(píng)估。風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域需要具備創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的人才，但現(xiàn)有的考核機(jī)制主要側(cè)重于對(duì)學(xué)生個(gè)人知識(shí)掌握情況的評(píng)估，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考查。三、交互式教學(xué)在風(fēng)力發(fā)電原理課程中的實(shí)踐策略交互式教學(xué)是一種強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與、合作與探索的教學(xué)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(lǐng)學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)過程中，積極思考和探討問題，以達(dá)到深度理解和掌握知識(shí)的目的。交互式教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維和解決問題的能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，并通過互動(dòng)與交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量。在交互式教學(xué)中，教師的角色是引導(dǎo)者和促進(jìn)者，而不是單純的知識(shí)傳授者，學(xué)生通過積極參與和合作學(xué)習(xí)，形成自己的知識(shí)體系和學(xué)習(xí)方法，從而更好地適應(yīng)未來的學(xué)習(xí)和工作需求[6]。鑒于當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電原理課程中存在諸多不足，許多高校在該課程教學(xué)中嘗試推行交互式教學(xué)模式，下文將對(duì)這一教學(xué)模式在風(fēng)力發(fā)電原理課程教學(xué)中的實(shí)踐策略展開詳細(xì)分析，具體以風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)方法課程內(nèi)容為例。（一）專業(yè)知識(shí)講解在風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)方法的課程教學(xué)中，交互式教學(xué)方法的第一步是專業(yè)知識(shí)的講解，主要是為了使學(xué)生對(duì)風(fēng)輪機(jī)基本概念、原理和結(jié)構(gòu)等內(nèi)容全面了解。專業(yè)知識(shí)講解的內(nèi)容主要涵蓋風(fēng)輪機(jī)的基本構(gòu)成，如葉片、輪轂、變速器、制動(dòng)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(xié)同工作的，從而使風(fēng)輪機(jī)從風(fēng)能中轉(zhuǎn)化為電能。此外，風(fēng)輪機(jī)的各種類型、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景也是講解的重點(diǎn)，以便使學(xué)生能夠?qū)Σ煌N類的風(fēng)輪機(jī)有清晰的認(rèn)識(shí)。為了讓學(xué)生更好地理解風(fēng)輪機(jī)的工程設(shè)計(jì)方法，教師還可引入相關(guān)的工程設(shè)計(jì)理念和流程，如設(shè)計(jì)參數(shù)的確定、模型的建立、模擬分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等內(nèi)容，這些均為工程師在實(shí)際工作中必須掌握的知識(shí)和技能[7]。在課時(shí)分配上，專業(yè)知識(shí)講解通常占據(jù)整個(gè)課程大部分時(shí)間。以一個(gè)學(xué)期為例，大約需要8～10個(gè)課時(shí)來完成這一環(huán)節(jié)，其目的是確保學(xué)生能夠充分吸收和理解這些知識(shí)，為后續(xù)的實(shí)踐和研討打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。值得注意的是，專業(yè)知識(shí)講解并不是單向的灌輸，而是要與學(xué)生的實(shí)際情況和興趣點(diǎn)相結(jié)合。教師可以通過案例分析、動(dòng)畫演示、實(shí)物展示等多種方式，使講解內(nèi)容更加生動(dòng)和有趣。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生提問和發(fā)表自己的觀點(diǎn)，也是提高教學(xué)效果的有效途徑。（二）教師提出問題教師提出問題旨在引導(dǎo)學(xué)生深入思考風(fēng)輪機(jī)相關(guān)議題，激發(fā)學(xué)生的探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。教師在提出問題時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：首先，確保問題具有針對(duì)性和實(shí)際意義。問題應(yīng)當(dāng)緊密圍繞風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能優(yōu)化以及工程設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)等，以便學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際操作和理論探討。例如，教師可以提出：“如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠適應(yīng)不同風(fēng)速條件的高效風(fēng)輪機(jī)？”這樣的問題既包含實(shí)際工程需求，又需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。其次，提出問題時(shí)應(yīng)注重問題的開放性和層次性。開放性問題能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，允許學(xué)生從多個(gè)角度探討問題；而層次性問題則能夠照顧到不同水平的學(xué)生，讓學(xué)生都能參與到討論中來。例如，對(duì)于初學(xué)者，教師可以提出關(guān)于風(fēng)輪機(jī)基本原理和結(jié)構(gòu)的問題，而隨著課程的深入，逐漸引入更復(fù)雜、更實(shí)際的工程設(shè)計(jì)問題。最后，要關(guān)注問題的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過引入真實(shí)的工程案例和場(chǎng)景，讓學(xué)生感受到所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。例如，教師可以根據(jù)當(dāng)前風(fēng)能行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)挑戰(zhàn)，提出與實(shí)際工程項(xiàng)目相關(guān)的問題，使學(xué)生在解決問題的過程中了解行業(yè)的最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向?？傊處熢陲L(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)方法的課程教學(xué)中，通過提出有針對(duì)性的、開放性的和具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的問題，可以有效地引導(dǎo)學(xué)生參與到交互式學(xué)習(xí)中來，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解和實(shí)踐應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維以及解決問題的能力，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（三）學(xué)生討論分析問題交互式教學(xué)還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論，通過互動(dòng)與合作深化對(duì)相關(guān)議題的理解。在本課程教學(xué)中，學(xué)生的討論開始于對(duì)教師提出問題的初步分析，學(xué)生運(yùn)用在專業(yè)知識(shí)講解環(huán)節(jié)學(xué)到的風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)理論知識(shí)，嘗試對(duì)問題進(jìn)行解構(gòu)，識(shí)別出問題的核心要點(diǎn)和關(guān)鍵難點(diǎn)。在這一階段，教師的作用不容忽視，需要巡視各個(gè)討論小組，聽取學(xué)生的思路，給予必要的引導(dǎo)，確保學(xué)生的討論方向不偏離主題。隨著討論的深入，學(xué)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(xué)生分析問題和解決問題的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通技巧[8]。教師在此階段應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言，即使學(xué)生的想法不成熟或不切實(shí)際，也要給予積極的反饋，幫助學(xué)生完善思路。當(dāng)學(xué)生形成一定的共識(shí)或找到可能的解決方案時(shí)，學(xué)生會(huì)開始進(jìn)行深入的分析和比較，該階段注重的是對(duì)方案的評(píng)估和優(yōu)化，學(xué)生需要運(yùn)用工程設(shè)計(jì)的原理和方法，對(duì)不同的解決方案進(jìn)行量化分析和比較，找出最優(yōu)方案。教師在此階段的作用是提供必要的指導(dǎo)和建議，幫助學(xué)生完善解決方案。（四）學(xué)生制作PPT答辯在交互式教學(xué)中，學(xué)生制作PPT答辯不僅是學(xué)生展示自己分析問題、提出解決方案成果的機(jī)會(huì)，更是學(xué)生提升自信心、鍛煉公眾演講能力的平臺(tái)。在這一過程中，學(xué)生首先需要將自己在前三個(gè)階段的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行系統(tǒng)的梳理和歸納，明確自己要展示的核心內(nèi)容和觀點(diǎn)。隨后，學(xué)生會(huì)開始著手制作PPT，選擇合適的版式和色彩，確保內(nèi)容的條理性和視覺效果。PPT的內(nèi)容通常包括問題概述、分析過程、解決方案和結(jié)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(xué)生針對(duì)“如何提高風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電效率”這一問題進(jìn)行了深入研究，學(xué)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(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)風(fēng)輪機(jī)性能的影響。其次，提出了一種新型葉片設(shè)計(jì)方案，并用模擬軟件進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，學(xué)生總結(jié)了這一方案的優(yōu)勢(shì)和潛在應(yīng)用前景，贏得了同學(xué)們的熱烈掌聲。答辯環(huán)節(jié)更是對(duì)學(xué)生綜合能力的考驗(yàn)。學(xué)生需要在有限的時(shí)間內(nèi)，用簡(jiǎn)潔明了的語言闡述自己的觀點(diǎn)和解決方案，同時(shí)回答教師和同學(xué)們的問題。這不僅要求學(xué)生具備良好的口頭表達(dá)能力和邏輯思維能力，還需要學(xué)生具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過這樣的答辯環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅能夠加深對(duì)風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)方法的理解，還能提升自信心和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生在制作PPT和答辯的過程中不斷反思和完善自己的觀點(diǎn)，對(duì)學(xué)術(shù)成長(zhǎng)和未來職業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。（五）教師課堂點(diǎn)評(píng)在風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)方法的課程教學(xué)中運(yùn)用交互式教學(xué)方法，通過教師的專業(yè)指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生深化理解、完善觀點(diǎn)，并進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考能力。課堂點(diǎn)評(píng)階段，教師首先要對(duì)學(xué)生的PPT內(nèi)容和答辯表現(xiàn)給予肯定和建設(shè)性的反饋，應(yīng)該充分贊賞學(xué)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(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和自信心。例如，教師可以表?yè)P(yáng)學(xué)生在風(fēng)輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新思路，或者肯定學(xué)生在工程設(shè)計(jì)方法中運(yùn)用的有效性。其次，教師應(yīng)針對(duì)學(xué)生的解決方案和答辯表現(xiàn)提出具體的改進(jìn)意見和建議。教師可以根據(jù)學(xué)生的觀點(diǎn)和論證過程，提出更深入的問題或者引導(dǎo)學(xué)生思考其他可能的解決方案。同時(shí)，教師還可以就學(xué)生在風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)方法上的理解程度和運(yùn)用能力進(jìn)行評(píng)估，并給予相應(yīng)的指導(dǎo)。例如，教師可以建議學(xué)生進(jìn)一步考慮風(fēng)輪機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性、成本效益等方面的因素，或者提醒學(xué)生在工程實(shí)踐中可能面臨的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。此外，教師還可以利用課堂點(diǎn)評(píng)的機(jī)會(huì)，