风力机原理课程建设探索与实践*

文|赵振宙，郑源，左璐，郭苏

风力机原理课程建设探索与实践*

文|赵振宙，郑源，左璐，郭苏

河海大学自2008年正式开始招收风能与动力工程专业本科生，成为国内第二所设立该专业的本科生高校。在一切从零开始的背景下，该校风力机课程教学团队边摸索边建设，经近10年建设、8年教学实践，初步取得了一些教学成果。

为响应国家能源发展战略方针，河海大学于2008年正式开始招收风能与动力工程专业本科生，成为继华北电力大学之后国内第二所正式招收风能与动力工程专业本科生的高校。2010年，教育部重新将各类新能源专业定义为“新能源科学与工程”（简称：新能源）专业，河海大学风能与动力工程专业至此变更为新能源科学与工程专业，以风能为主要教学建设方向。

风力机原理是新能源专业（风能方向）最重要的主干课程之一。但教学方法、教材建设及教学理念方面，其他院校都没有成熟的方案可供参考。在一切工作都要从零开始的背景下，风力机课程教学团队边摸索边建设，经近10年建设、8年教学实践，初步取得了一些教学成果。

定准人才培养目标

在专业建设初期，为了解国家能源重大发展战略对人才需求的特点，专业教师到二十余家企事业单位进行调研，聆听了同行业不同领域对人才需求的声音。后又经过来自中国可再生能源学会风能专业委员会、水利部、江苏省可再生能源协会以及河海大学等机构的多名专家学者对专业培养方案的研讨和论证，建立了新能源专业的人才培养体系。在专业建设期，专业教师参加每年由新能源专业联盟主办的全国新能源人才教育研讨年会，更加准确地把握了市场对人才需求定位，明确河海大学专业培养体系的建设方向。最终将培养目标定位为：依托学校水利学科特色和优势，侧重培育能够适应陆上风电、海上风电、太阳能、海洋能等相关产业领域的规划、设计和运行管理人才。

学生应具备本专业领域所必需的基础理论与专业知识，如：空气动力学、机械设计与制造、发电机等基础理论知识；以及风力机原理、风力发电机组控制、风电场规划与设计、风力机塔架与基础、风资源规划与评估、海上风力机等专业知识。从上述课程设置可以看出，大部分专业课程是在学习了风力机原理的基础上展开。风力机原理既属于专业课程，但也类似于一门专业基础课，在专业基础课和专业课之间起衔接作用。因此，风力机原理的学习使学生具有进行风力机设计、运行、管理的基本能力，也为其进一步学习其他专业课奠定理论基础。

夯实课堂教学质量

风力机原理课程涉及的学科领域和专业知识较多，充分体现了多学科交叉的特点。如：叶片依靠风作用力旋转进而产生机械能，故涉及到空气动力学；传动系统把叶轮机械能传递给发电机，属于动力机械类装备，种类繁多的零部件基本上遵循机械设计的一般原则, 即载荷、材料和结构尺寸的关系应该遵循相应的强度、刚度、稳定性等准则，故属于机械和结构力学范畴。发电系统涉及到发电机、并网等，属于电气学科范畴。为此，在学习这门课之前，我们为学生开设了包括空气动力学、理论力学和结构力学等力学方面的基础课程；也开设了大量机械设计相关的课程，以及电路、模电、数电、发电机等电气相关课程。课程设置在很大程度上与我校老牌专业能源与动力工程专业（前身水动专业）相似，体现了新能源专业特色。

在课堂教学中，为让学生更好掌握风力机工作原理，内容讲解围绕由浅入深、由基础到复杂、由一次能源风能到二次能源电能，由前（叶片）到后（发电机）、由原理设计到故障分析和管理等主线进行展开。“浅”体现在要了解风能的发展趋势，风力机经过了哪些机型演变和发展历程等；“基础”体现在风力机基本空气动力学理论，翼型气动特性；一次能源部分则要对风力机的工作介质风进行必要分析和介绍。因此，通过风力机原理课程，学生主要学习了风能、基本气动力学原理、叶片气动原理设计、传动系统、发电机、风力机故障分析、运行和维护等知识点。

为了让学生更好掌握风力机相关知识点，河海大学风力机原理课程建设团队根据自身的科研背景和研究基础，在深入借鉴国内市场以及国外风电相关书籍的基础上，对该课程教材编写进行潜心研究。最终，第一版《风力机原理与应用》于2011年由中国水利水电出版社出版，为河海大学第一届新能源本科生提供了学习参考书。2014年，我们对该书内容的不足和有误之处进行校正，并第二次出版。该书的编写思路与课程教学理念完全呼应。此后，河海大学编著的大型《风力发电工程技术》丛书出版13本专业书，《风力机原理》作为分册之一也于2016年出版，对风力机原理进行了更细致和深入的讲解。

强化教育教学结合

教育和教学相结合才能更好体现育人为本。实践教育是强化学生理论知识的重要方法之一，也是培养学生创新实践的手段之一。实践教育除了包含校内的实践教育课程外，也包括校外的专业性社会实践活动。学生在主动式的、兴趣引导的、以参观或调研形式为主的专业性暑期社会实践活动和校内创新活动中可以收获更多。

在实践课程中，我校在课程开设之前设有认识实习。学生带着问题，在上海泰胜、上海电气、上海玻钢以及神华国华风电场进行为期一周半的认识实习教育。认识实习激发了学生的学习兴趣，也使学生对风力机有了感性认识。在课堂教学过程中，我们专门开设了风力机演示、变桨距、偏航、功率调节等试验，让学生及时巩固课堂教学内容，对风力机气动原理、结构和运行原理有更深入把握。在课程结束后，老师还会以大型水平轴风力机叶片为设计对象，将学生按照翼型、设计风速、额定功率等原始参数进行分组，每人独立完成设计一份课程设计。

在课外，老师会鼓励本科生申报各类创训活动，参与科研课题，在巩固现有知识之外，学习一些前沿的专业知识和先进研究方法。在假期，我们则鼓励学生参加各类专业性社会实践活动，到企事业单位进行学习调研。

以上教育和教学的有效结合，突破了传统“教”与“学”的落后培养模式，注重学生创新实践能力，验证了理论知识，开阔了专业领域视野，为毕业生的未来专业发展奠定了扎实基础。

结论

课程建设需要团队合作，人才培养需要教育教学结合。河海大学风力机原理课程建设正是以此为原则，为切实提高人才培养质量而积极进行探索。虽然取得了一些教学成果，但仍有许多困难需要与同行共同研究解决。文中所提出的若干观点和方法，也需要在实践中不断提高与完善。

（作者单位：河海大学能源与电气学院）

*国家自然科学基金（11502070）；江苏省基础研究计划（自然科学基金）资助项目(SBK201340780)；国家重点基础研究发展计划(973计划) (2014CB046200)。