基于CDIO模式的“光伏發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革與探索

張旭　王賢立　楊數(shù)強

【摘 要】光伏發(fā)電技術(shù)是一門應(yīng)用性較強的專業(yè)課程，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完本門課程后，掌握光伏發(fā)電相關(guān)的基本理論及基礎(chǔ)知識，了解并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，學(xué)生畢業(yè)后具有從事光伏相關(guān)領(lǐng)域工作的基本能力。因此，本課程的學(xué)習(xí)需要理論與實踐有效結(jié)合起來，才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。本文針對目前教學(xué)中存在的一些問題及不足，基于CDIO模式對課程進(jìn)行了相關(guān)的改革與探索。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；教學(xué)效果；CDIO模式

中圖分類號： TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）19-0062-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.027

【Abstract】Photovoltaic power generation technology is a highly applied professional course.After completing this course，students are required to master the basic theories and related basic knowledge related to PV，understand the installation and commissioning of grid-connected PV system，and have the basic ability to work in the field of PV after graduation.Therefore，the study of this course requires a combination of theory and practice to achieve a better teaching effect.In view of the existing problems and shortcomings in teaching，this paper has carried out relevant reforms and explorations on the curriculum based on CDIO mode.

【Key words】Photovoltaic power；Teaching effect；CDIO mode

0 引言

光伏發(fā)電技術(shù)是光伏專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，在課程教學(xué)方面， 隨著目前大多數(shù)師范院校的部分工科專業(yè)逐漸向應(yīng)用型專業(yè)的轉(zhuǎn)型，課程教學(xué)方法也有待進(jìn)一步改革與提高。CDIO工程教育模式是近年來廣泛應(yīng)用于工程實踐類課程的一個新的教育研究成果。針對我院光伏發(fā)電技術(shù)這一課程在教學(xué)過程中存在的問題，基于CDIO模式對本課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法分別進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新[1]。在CDIO模式下，以實際教學(xué)及實習(xí)中產(chǎn)生的問題激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，同時在授課過程中注意激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，重點培養(yǎng)學(xué)生的工程思想。

1 光伏發(fā)電技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題

目前，國內(nèi)開設(shè)光伏專業(yè)的大多數(shù)院校中，專業(yè)課程的設(shè)置大多以理論課程為主。由于光伏發(fā)電技術(shù)是一門應(yīng)用性較強的專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容主要是目前光伏發(fā)電技術(shù)中比較成熟的方法和經(jīng)驗，教學(xué)過程中主要是講解相關(guān)的概念及施工安裝過程，知識較為枯燥，很難調(diào)動學(xué)生在課堂上的主動性。由于不具備實驗條件，目前本課程的教學(xué)大綱設(shè)置為理論學(xué)時要求為54學(xué)時，教學(xué)的重點仍然是以理論教學(xué)為主，參觀實習(xí)為輔。目前光伏發(fā)電的教材相對較少，大部分教材中光伏發(fā)電實例所用到的基本原理、思想、方法和項目經(jīng)驗相對來說沒有完全講解的面面俱到，所以講授過程中很難將一些知識點講解的深入透徹。同時，由于授課過程中過于注重教學(xué)內(nèi)容的整體性，常常會忽視理論知識在工程實踐中的應(yīng)用，課堂氣氛相對會比較乏味，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。同時，考核方式比較單一，成績的評定結(jié)合學(xué)生的平時出勤表現(xiàn)及完成作業(yè)情況，主要以期末閉卷考試為主，很難全面考察學(xué)生對知識點的掌握情況。

2 基于CDIO模式的理論教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與改革

由于光伏行業(yè)目前發(fā)展較快，而原有的課程教學(xué)內(nèi)容主要是目前光伏發(fā)電技術(shù)中比較成熟的方法和經(jīng)驗，因此基于CDIO模式對本課程的教學(xué)內(nèi)容做了精心的調(diào)整和改進(jìn)，使課程更具先進(jìn)性、科學(xué)性和合理性。

首先，對課堂授課內(nèi)容進(jìn)行補充和改進(jìn)。由于目前光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)不斷取得新的進(jìn)展和突破，因此對目前社會上的新技術(shù)、新設(shè)備和新材料的應(yīng)用應(yīng)該及時體現(xiàn)在課程的課堂教學(xué)中。同時，應(yīng)該增加光伏發(fā)電系統(tǒng)工程安裝與調(diào)試部分內(nèi)容，結(jié)合工程案例，使學(xué)生對整個工程的實施過程有個整體的理解與認(rèn)識。通過不斷調(diào)整和豐富課堂內(nèi)容，不僅能夠調(diào)動學(xué)生的課堂積極性，而且能夠使學(xué)生了解和掌握光伏發(fā)電中的新方法和新技術(shù)，為以后的就業(yè)和從事相關(guān)行業(yè)的研究打下良好的基礎(chǔ)。

其次，在授課過程中，每一章節(jié)結(jié)束后，適當(dāng)加入討論環(huán)節(jié)。針對目前光伏發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)，讓學(xué)生各抒己見，分析討論對光伏發(fā)電這一課程中知識點的理解和認(rèn)識。

最后，根據(jù)學(xué)生對課程知識的掌握程度，當(dāng)課程主要內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后，采取以“項目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動”的模式，將學(xué)生分組進(jìn)行光伏實驗電路的設(shè)計。其中，將班內(nèi)學(xué)生分為多個小組，每個小組布置不同的任務(wù)，分別進(jìn)行光伏電池基本特性、光伏發(fā)電自動跟蹤系統(tǒng)、逆變器工作原理、太陽能光伏發(fā)電自動跟蹤系統(tǒng)以及環(huán)境對光伏發(fā)電的影響等實驗電路的設(shè)計[3]。通過分析實驗任務(wù)，實驗原理，結(jié)合實際的案例分析，引導(dǎo)學(xué)生完成電路的最終設(shè)計，為以后的光伏發(fā)電仿真平臺的設(shè)計及開發(fā)做好充分的理論準(zhǔn)備。

4 基于CDIO模式的教學(xué)方法的優(yōu)化與改革

良好的教學(xué)方法和教學(xué)手段，對于課堂效果及學(xué)生對知識的掌握，能夠起到事半功倍的效果，因此基于CDIO模式對目前教學(xué)中的教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化與改革。

在課堂理論教學(xué)中，采用多種教學(xué)方法相融合的方式。在課程的起始階段，首先需要介紹本門課程的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。因此，可以采用場景呈現(xiàn)法及啟發(fā)式教學(xué)法相結(jié)合的方式，通過視頻短片展現(xiàn)和講解光伏電池的生產(chǎn)及加工過程，使學(xué)生了解光伏電池從何而來。同時，通過視頻短片介紹光伏發(fā)電在多個領(lǐng)域的應(yīng)用及光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝過程，使學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和未來知識的實際應(yīng)用情況有個初步的印象和了解[4]。在理論內(nèi)容的講授過程中，例如在光伏電池的工作原理，光伏逆變器工作原理，光伏控制電路等重難點講授過程中，采用啟發(fā)式教學(xué)法、類比分析法、問題發(fā)現(xiàn)法、討論互動等多種方法相融合，把枯燥乏味的內(nèi)容趣味化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性。對課程中的一些綜合性以及應(yīng)用性較強的知識點，通過設(shè)置問題的方式，引導(dǎo)學(xué)生展開討論和分析，通過不斷深化教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對知識點的理解和掌握。

通過練習(xí)法、討論法以及探究學(xué)習(xí)法，鞏固階段性學(xué)習(xí)成果。課堂教學(xué)任務(wù)完成后，詳細(xì)講解分析章節(jié)設(shè)置的作業(yè)及練習(xí)，并通過綜合分析，強化知識點的應(yīng)用。當(dāng)課堂上學(xué)生提出疑問時，通過引導(dǎo)使學(xué)生將已學(xué)知識聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生“自己解決自己問題”的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的成就感。

基于CDIO模式對原有的單一考核方式進(jìn)行優(yōu)化，將以往的閉卷考試的比例降低為百分之五十，剩下百分之五十的考查方式由日常考勤、學(xué)生課堂討論情況、實驗平臺電路設(shè)計的完成程度及課程報告四部分構(gòu)成。

通過基于CDIO模式的教學(xué)方法的綜合運用與改進(jìn)，有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時能夠挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)的潛能，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用知識能力，提高解決實際問題的能力，能夠在畢業(yè)后更好更快地適應(yīng)工作崗位的需要，有效保證課堂教學(xué)的質(zhì)量。

5 基于CDIO模式的實踐教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與改革

本課程是一門理論與實踐緊密聯(lián)系的課程，只有將理論應(yīng)用于實踐，才能促使學(xué)生更好的掌握和理解相關(guān)知識。首先，目前學(xué)校部分樓宇頂部已經(jīng)安裝了光伏發(fā)電系統(tǒng)。在進(jìn)行理論教學(xué)的同時，根據(jù)現(xiàn)有條件，在一些相關(guān)知識點的學(xué)習(xí)過程中，可以增加實訓(xùn)環(huán)節(jié)，通過現(xiàn)場講解及參觀，加強學(xué)生對知識的理解。同時，可以進(jìn)行實際的動手操作，觀察實際的光伏發(fā)電輸出結(jié)果，教學(xué)過程更加直觀形象，學(xué)生也可以參與到光伏發(fā)電系統(tǒng)的日常維護(hù)工作中去，有助于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動性，以及提高學(xué)生的動手能力[5]。其次，增加學(xué)生到光伏相關(guān)企業(yè)中參觀實習(xí)的機會。目前在洛陽已有多家大型光伏企業(yè)，因此具備參觀學(xué)習(xí)的條件和機會。通過以后不斷加強和光伏相關(guān)企業(yè)的聯(lián)系與合作，為學(xué)生爭取更多的實習(xí)和實訓(xùn)的機會。最后，加快光伏發(fā)電仿真平臺的設(shè)計與實現(xiàn)。前期的光伏發(fā)電平臺電路在課程學(xué)習(xí)過程中，由學(xué)生和老師共同設(shè)計完成。在設(shè)計實驗電路的過程中，學(xué)生的動手能力及問題分析能力得到了鍛煉與提高。實驗電路的功能及嚴(yán)謹(jǐn)性有待進(jìn)一步討論和完善，因此從電路的設(shè)計到最終光伏發(fā)電平臺的開發(fā)還需要相當(dāng)一段時間才能完成。光伏發(fā)電平臺開發(fā)完成后，能夠滿足課程基本的實驗及實訓(xùn)項目的需要。

6 結(jié)語

光伏發(fā)電技術(shù)是一門光伏專業(yè)的核心課程，由于光伏行業(yè)發(fā)展較快，因此授課教師需要不斷提高和豐富光伏專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)知識，并將最新的行業(yè)知識融入到教學(xué)過程中，避免學(xué)生專業(yè)知識和畢業(yè)去向脫節(jié)的問題發(fā)生。本文針對我校在光伏發(fā)電技術(shù)這一課程教學(xué)中存在的問題，同時分析了當(dāng)前理論教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法與社會對創(chuàng)新型技術(shù)人才需求之間的差距，借鑒國內(nèi)部分高校在CDIO模式下的教學(xué)改革經(jīng)驗，基于CDIO模式對“光伏發(fā)電技術(shù)”這一課程進(jìn)行了教學(xué)改革與探索。新的教學(xué)實踐結(jié)果表明，基于CDIO模式下對課程進(jìn)行的改革，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，同時仿真實驗平臺的開發(fā)能夠切實提高學(xué)生的實踐能力，考核方式的改進(jìn)能夠全面考查學(xué)生的綜合能力，切實達(dá)到提高課程教學(xué)質(zhì)量和提高學(xué)生綜合素質(zhì)的雙重效果。

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