王前 戴曉 周彤彤

摘?要：隨著清潔低碳能源體系的構(gòu)建，新能源行業(yè)蓬勃發(fā)展，風(fēng)電光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為最具競爭力的產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)德才兼?zhèn)涞母呒?jí)應(yīng)用型人才的需求也更為迫切。結(jié)合“風(fēng)力發(fā)電技術(shù)”課程涉及面廣、學(xué)科融合性強(qiáng)等特點(diǎn)，開展課程思政建設(shè)，注重思政元素的挖掘和融入方式，以開展線上線下混合式教學(xué)、開放實(shí)驗(yàn)室、專題調(diào)研等方式，在傳播知識(shí)的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力、文化自信、民族使命感和自豪感。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；課程建設(shè)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.24.084

0?引言

2022年5月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》中提出，要實(shí)現(xiàn)到2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上的目標(biāo)，加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。近年來新能源行業(yè)迅猛發(fā)展，風(fēng)電光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為最具競爭力的產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)新能源發(fā)電技術(shù)人才的需求也越來越大。培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膶I(yè)技術(shù)人才是我國高等教育的重要目標(biāo)和任務(wù)，課程思政是實(shí)現(xiàn)大學(xué)生的能力素質(zhì)與思想道德素質(zhì)雙提升的系統(tǒng)性工程，推動(dòng)課程思政提質(zhì)增效，是為黨育人、為國育才的應(yīng)然之策。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是我院新能源與材料器件專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，也是我院新建“新能源發(fā)電技術(shù)”微專業(yè)的主干課程之一，為實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一，應(yīng)注重課程中思政元素的挖掘和融入課程的方法。本文從課程內(nèi)容、思政元素挖掘、教學(xué)方式、思政元素融入方法等角度出發(fā)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程思政建設(shè)進(jìn)行探索，也為新能源發(fā)電技術(shù)其他課程的思政建設(shè)提供參考。

1?課程內(nèi)容及其中的思政元素

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程內(nèi)容包括緒論、風(fēng)能及其轉(zhuǎn)換原理、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的課程，涉及能源、電力、材料、機(jī)械、自動(dòng)控制、氣體動(dòng)力學(xué)等多個(gè)學(xué)科，也包含非常多的思政元素，例如，緒論中主要介紹風(fēng)能利用及風(fēng)力發(fā)電的歷史、中國的風(fēng)能資源與開發(fā)前景、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展及風(fēng)電機(jī)組相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。從裝機(jī)容量上看，中國是世界上排名第一的風(fēng)電大國。從風(fēng)能利用的歷史來看，中國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一。《物原》載：“伏羲始乘桴……夏禹作舵加以逢帆檣?！笨梢?，早在上古時(shí)期，人們就已經(jīng)發(fā)明了船和筏，到了夏禹時(shí)代，就開始使用帆。要利用風(fēng)，首先要了解風(fēng)，風(fēng)的測量分為風(fēng)速的測量和風(fēng)向的測量，早在公元?132?年，張衡就發(fā)明了候風(fēng)儀，這對(duì)后來合理有效地利用風(fēng)能具有十分重要的意義。這些歷史配上相應(yīng)的圖片和動(dòng)畫，容易引起學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)電的興趣，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的文化自信和民族精神。

從全球風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展中看，能源危機(jī)是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)崛起的一個(gè)重要原因，隨著生產(chǎn)力和生活水平提高，世界能源消耗迅速增長，在20世紀(jì)，世界人口增長4倍，而能源消耗增長16倍。常規(guī)的化石能源儲(chǔ)量有限，隨著消耗的迅速增長面臨數(shù)量緊缺和價(jià)格提高。并且，化石能源開發(fā)和燃燒利用加劇了人類和地球生物生存環(huán)境的惡化。唯一的出路是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)利用清潔可再生能源。在這樣的背景下風(fēng)電逐漸走上了商業(yè)化道路，并且技術(shù)水平越來越成熟。這也提醒我們敬畏自然，與自然和諧相處，走可持續(xù)發(fā)展之路。我們也必須認(rèn)識(shí)到在風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展歷史中，我國的風(fēng)電開發(fā)曾長時(shí)間處于發(fā)展緩慢階段，直到1989?年，內(nèi)蒙古朱日和風(fēng)電場第一批風(fēng)電機(jī)組投產(chǎn)，標(biāo)志著我國風(fēng)電開發(fā)進(jìn)入了商業(yè)運(yùn)行的階段。從?2003?年起，隨著國家連續(xù)5年組織風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)，規(guī)劃大型風(fēng)電基地，開發(fā)建設(shè)大型風(fēng)電場措施的出臺(tái)，特別是在?2006?年實(shí)行了《可再生能源法》，在一年之內(nèi)制定頒布包括優(yōu)惠電價(jià)政策在內(nèi)的一系列法規(guī)、政策措施，我國風(fēng)電開發(fā)建設(shè)進(jìn)入了跨越式的發(fā)展階段。經(jīng)過?30?多年的努力，中國風(fēng)電已經(jīng)取得了巨大成就，在世界能源格局中占據(jù)了舉足輕重的重要地位，但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，在風(fēng)力發(fā)電核心技術(shù)領(lǐng)域，仍算不上風(fēng)電強(qiáng)國。中國風(fēng)電仍有很大的上升空間，我們期待未來有更多的高技術(shù)人才投入到風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。

2?教學(xué)方式及思政元素融入方法

2.1?線上線下混合式教學(xué)

在線下課程中，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要包括理論課和實(shí)驗(yàn)課。理論課以教師講授為主，學(xué)生發(fā)言、專題討論及專題匯報(bào)為輔的方式開展，在適當(dāng)?shù)膬?nèi)容中融入民族責(zé)任感、科學(xué)精神、可持續(xù)發(fā)展理念、民族自豪感、大國重器及大國崛起等元素，引導(dǎo)學(xué)生討論和思考，以潤物細(xì)無聲的方式感染學(xué)生的價(jià)值觀和責(zé)任感。實(shí)驗(yàn)以學(xué)生動(dòng)手探索為主，教師指導(dǎo)、考核為輔的方式開展，內(nèi)容包括風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)、葉片長度、槳距角、負(fù)載等對(duì)輸出功率的影響，風(fēng)力機(jī)尖速比的研究、風(fēng)場中風(fēng)的測量，風(fēng)光互補(bǔ)路燈，風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)訓(xùn)等。此外，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)建立了較為完善的線上課程，包括預(yù)習(xí)模塊、重難點(diǎn)講解和課后拓展模塊，其中課后拓展模塊除創(chuàng)新性設(shè)計(jì)類項(xiàng)目外，還包括豐富的風(fēng)電前沿知識(shí)、風(fēng)電紀(jì)錄片如《走遍中國》五集系列片《風(fēng)光無限》、五集系列片《大風(fēng)歌》——面朝大海、海上利器、追風(fēng)逐浪、風(fēng)電奇兵、風(fēng)生水起等，可供學(xué)生課后碎片化時(shí)間觀看，紀(jì)錄片中的內(nèi)容有利于讓學(xué)生更加全面地了解風(fēng)電的現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和使命感。

2.2?開放實(shí)驗(yàn)室

新能源發(fā)電對(duì)人才的需求呈現(xiàn)多層次特征，其中對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求尤為迫切，在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)過程中，實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐能力的培養(yǎng)是不可或缺的，傳統(tǒng)課堂學(xué)時(shí)有限，且照顧不到每個(gè)學(xué)生的興趣和特長，基于此，風(fēng)力發(fā)電課程為學(xué)生申請(qǐng)開放實(shí)驗(yàn)室，支持和鼓勵(lì)學(xué)生利用課余的時(shí)間開展相關(guān)探索性實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐項(xiàng)目。例如在風(fēng)的數(shù)學(xué)描述部分，給開放實(shí)驗(yàn)室配備測風(fēng)設(shè)備，并支持學(xué)生調(diào)研采購或自主設(shè)計(jì)相關(guān)組件，在校園內(nèi)及周邊區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測量，驗(yàn)證風(fēng)廓線的適用性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，以工科的獨(dú)特視角觀察風(fēng)場的變化，感受自然界的美好與神秘，引導(dǎo)學(xué)生敬畏自然，注重與自然的和諧相處。

2.3?專題調(diào)研，小組作業(yè)

結(jié)合課程內(nèi)容、行業(yè)熱點(diǎn)和學(xué)生興趣，擬定了10個(gè)課題，讓學(xué)生組隊(duì)選擇其中的一個(gè)進(jìn)行較為深入的研究，以下選擇其中兩個(gè)進(jìn)行介紹。

2.3.1?風(fēng)力發(fā)電在建筑中的應(yīng)用

從原始社會(huì)在樹上搭建擋風(fēng)遮雨的窩開始，建筑就與人類相依相隨，到目前為止，建筑已是人類生活、工作須臾不可分離的重要物質(zhì)。建筑作為人類生活的載體滿足著人們各方面需求的同時(shí)，也制造出許多的環(huán)境污染物，消耗了很多的能源，主要是不可再生能源。建筑在大量耗能的同時(shí)，還向外界排放著大量的二氧化碳，使全球變暖加劇。降低建筑中的能耗，引入可再生能源已經(jīng)是目前國際上研究的炙熱課題。風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，建筑設(shè)計(jì)者們已經(jīng)在考慮如何將風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在建筑上，使其為建筑提供電力，降低對(duì)不可再生能源的使用和減少二氧化碳的排放，風(fēng)力發(fā)電在城市建筑中的應(yīng)用已有很多成功的案例。

有的同學(xué)重點(diǎn)調(diào)研了建筑環(huán)境中的風(fēng)能利用情況，包括建筑環(huán)境中風(fēng)能的特點(diǎn)、風(fēng)能利用形式和風(fēng)能利用研究概況、風(fēng)力機(jī)與建筑結(jié)合的新趨勢等。有的同學(xué)調(diào)研了風(fēng)電建筑一體化的基本概念、發(fā)展過程、優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)存問題，以及一些風(fēng)電建筑一體化的國內(nèi)外實(shí)例。在此基礎(chǔ)上論述了風(fēng)電建筑一體化的3種應(yīng)用形式：一是風(fēng)力機(jī)安裝在建筑屋頂上，二是風(fēng)力機(jī)設(shè)置在兩座建筑物之間，三是風(fēng)力機(jī)設(shè)置在建筑物的空洞中。并結(jié)合國內(nèi)外的建筑實(shí)例從當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)況、建筑的特點(diǎn)、風(fēng)力機(jī)所處的高度、美觀性、當(dāng)時(shí)風(fēng)力機(jī)的技術(shù)情況、風(fēng)力機(jī)與建筑結(jié)合的方式等方面分析它為何選用該類型風(fēng)力機(jī)。學(xué)生在拓展知識(shí)面的同時(shí)，更加清晰地認(rèn)識(shí)到人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然。生態(tài)環(huán)境是人類生存最為基礎(chǔ)的條件，是我國持續(xù)發(fā)展最為重要的基礎(chǔ)。

2.3.2?簡易小風(fēng)洞平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建

風(fēng)力發(fā)電的原理是風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，通過主傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)輪捕獲風(fēng)能的多少直接決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，風(fēng)輪的設(shè)計(jì)方法有兩種：計(jì)算流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，計(jì)算流體力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、速度快，但結(jié)果仍需實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。要采用實(shí)驗(yàn)方法研究風(fēng)輪，首先要能模擬真實(shí)風(fēng)場，以研究各種風(fēng)況下風(fēng)力機(jī)的性能，獲得高性能的風(fēng)輪。

模擬自然風(fēng)場，最可靠的設(shè)備是風(fēng)洞，常用于航空航天領(lǐng)域，其精度高、可控性強(qiáng)，但是造價(jià)昂貴，通常在百萬以上?；谛履茉床牧吓c器件專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)屬性，要建立高精度的風(fēng)洞不現(xiàn)實(shí)，而風(fēng)電、流體方向的實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及課外學(xué)術(shù)競賽等拓展訓(xùn)練中又急需一個(gè)可提供一定風(fēng)速范圍的、均勻、穩(wěn)定的風(fēng)場，通常用一個(gè)簡單的鼓風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)此風(fēng)源后100mm處平行于鼓風(fēng)機(jī)出口截面上的風(fēng)場進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)風(fēng)場是非常不均勻的，且此風(fēng)源只能提供這一種風(fēng)場，不可調(diào)節(jié)速度。自然界的風(fēng)時(shí)時(shí)變化，且在某一個(gè)特定時(shí)刻下，風(fēng)力機(jī)掃略平面內(nèi)的風(fēng)速接近均勻，我們做風(fēng)力機(jī)性能試驗(yàn)，尤其是優(yōu)化風(fēng)輪的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，此風(fēng)源遠(yuǎn)不能達(dá)到模擬自然風(fēng)場的目的。為提高實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件，在低成本下實(shí)現(xiàn)自然風(fēng)的模擬，為風(fēng)輪提供風(fēng)速在一定范圍可調(diào)、均勻、穩(wěn)定的風(fēng)場，本課題鼓勵(lì)學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地考察等方式設(shè)計(jì)適用于風(fēng)電實(shí)驗(yàn)室的簡易小風(fēng)洞，并在搭建過程中測量風(fēng)場均勻性、穩(wěn)定性、可調(diào)性，將測量結(jié)果反饋到設(shè)計(jì)方案中，希望通過多輪優(yōu)化，搭建出可模擬自然風(fēng)的簡易小風(fēng)洞。

有的同學(xué)在了解風(fēng)洞的設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室空間條件、資金條件和對(duì)風(fēng)洞的指標(biāo)要求，擬定第一輪設(shè)計(jì)方案，并選擇合適的組件，如功率足夠大、可無級(jí)調(diào)速的風(fēng)源，蜂窩器，阻尼網(wǎng)，能兼容實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)力發(fā)電儀等設(shè)備的風(fēng)洞外殼，可實(shí)現(xiàn)狹小空間多點(diǎn)精確測量的風(fēng)速儀，固定風(fēng)速儀并將其移動(dòng)到測量點(diǎn)的輔助支架等。有的同學(xué)借助學(xué)校3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床等設(shè)備制作風(fēng)洞組件，如風(fēng)洞外殼、支架。無法自行制作或自行制作成本更高的組件如風(fēng)速計(jì)、風(fēng)源、阻尼網(wǎng)等，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)需求確定型號(hào)，完成了采購。小組同學(xué)合作搭建了小風(fēng)洞，詳細(xì)測量了實(shí)驗(yàn)段風(fēng)場，將測量結(jié)果作為反饋信息，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。通過數(shù)次設(shè)計(jì)、搭建、優(yōu)化的過程，所搭建的簡易小風(fēng)洞可提供一定風(fēng)速范圍內(nèi)、均勻、穩(wěn)定的風(fēng)場。在不斷的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、搭建過程中，同學(xué)們總結(jié)出了一套高品質(zhì)簡易小風(fēng)洞平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，從方案設(shè)計(jì)、組件3D打印及加工采購，測試平臺(tái)升級(jí)，測試信息反饋，風(fēng)洞平臺(tái)優(yōu)化，直至搭建出滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的小風(fēng)洞平臺(tái)，對(duì)高品質(zhì)、低成本簡易小風(fēng)洞的設(shè)計(jì)具有較高的指導(dǎo)意義。此課題的開展也有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新精神、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)合作能力。

3?結(jié)語

結(jié)合課程內(nèi)容，深入挖掘“風(fēng)力發(fā)電技術(shù)”課程中的思政元素，在教學(xué)過程中注重思政元素的融入方式，采用線上線下混合式教學(xué)、開放實(shí)驗(yàn)室、開展專題調(diào)研等方式，精心設(shè)計(jì)教學(xué)方案，潛移默化地影響學(xué)生，在傳授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信、民族使命感與自豪感、堅(jiān)定不移地走可持續(xù)發(fā)展道路。

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