CDIO模式在電力系統分析中應用研究的問卷分析

□張曉菊 王 靜

在應用技能型人才培養目標下，《電力系統分析》作為電氣專業的一門必修課程，具有很強的工程實踐性，對專業的課程體系起到承上啟下的作用，教學計劃和課程定位應滿足未來學生畢業、就業需求。在近幾年的授課過程中，根據《電力系統分析》的課程特點，也嘗試進行一些教學改革，并取得了一定的效果，但由于《電力系統分析》課程理論性強、內容廣、知識抽象，實驗設備投入大和實驗條件的限制，導致學生學習難度大，不會應用。缺乏學習興趣，降低了培養實用性人才的目的，現提出一種適合《電力系統分析》課程的CDIO模式，該模式打破了傳統教學中知識傳授與能力培養的脫節問題，進而達到提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力的教學目的。所以，在既有理論基礎，又有相關課程實踐經驗可供借鑒的前提下，在《電力系統分析》課程中運用CDIO模式是完全可行的。

一、CDIO模式在電力系統分析課程應用的基本概況

“電力系統分析”分為暫態和穩態兩部分內容，現在各專業人才培養方案都需要調整課時，加大實踐課時，縮小理論課時。為保證正常教學，“電力系統分析”課程在保證理論課的同時，用仿真代替實驗，提高實踐教學能力，實現理論與實踐教學的一體化，加強學生的職業技能訓練，提高學生的綜合能力。

CDIO(Conceive Design Implement Operate)是近年來由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學歷經四年探索研究的一種工程教育模式，并得到了國際上的認可和廣泛推廣。CDIO模式是指在教學過程中，以實際產品和系統的構思─設計─實施─運作過程為基礎，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，綜合工程基礎知識、個人能力、團隊協作完成能力的一種教育活動。CDIO是一種旨在培養學生工程應用能力，有效解決就業問題的工程教育模式。其中，為了加深學生對理論部分的理解，初步了解工程實際，《電力系統分析》課程教學采用CDIO教學模式。在內容安排上舍去不必要的公式推導過程，更注重結論的使用，增加新技術、新設備的介紹，以適應科技的發展和進步。

二、CDIO模式在電力系統分析中應用研究的問卷調查分析

(一)問卷調查對象。本次調查是河套學院機電工程系電氣工程及其自動化專業的本科學生，樣本具有較強的廣泛性和代表性。選擇電氣工程及其自動化專業的2015級學情相近的兩個班級作為實驗班和對比班，實驗班采用CDIO模式授課，通過一個完整的模擬工程項目為載體，圍繞構思、設計、實施和運作而進行全周期的教學活動，并通過調查問卷的方法分析學生的學習興趣等問題，實現教學效果的最優化。

2018年6月對實驗班的學生下發了調查問卷，為保證本次調查問卷結果的真實性，一律采用無記名方式。本次發放問卷共40份，有效問卷40份，有效率達100%。其中本次問卷共設計了選擇題13道，開放式問題1道，內容涉及了登錄系統分析課程的難度、效果、模式以及學生學習情況等。通過調查結果進行分析，提出切實可行的對策和建議。

(二)問卷調查結果分析。

1.CDIO教學模式總體評價。電力系統分析課程的工程實踐性很強，所以單一的教學模式無法滿足學生的學習興趣。例如，在講授輸電線路和變壓器的元件等效電路和參數時，結合模擬仿真及實地參觀更有利于增加學生的感官認識，激發學生對這部分內容的學習興趣；再如，在講授潮流計算時，學生普遍反映理解上有難度，雖然任課教師提供PPT更直觀地展現了潮流計算的原理和過程，但收效甚微，完全可以按照CDIO的四個模塊劃分任務，利用上機仿真分組完成各小組的任務，有利于學生對潮流計算的掌握。但也有30%的學生認為現在的課堂教學模式對學習本課程有促進作用，有65%的學生認為CDIO教學模式對系統學習電力系統分析課程有幫助。在電力系統分析仿真實驗中，有78%的學生認為應用CDIO教學模式對產品的項目過程更加清晰。結合以上問題，教師應該多提供一些課外參考資料，先通過作業讓學生建立基本的物理概念，改善實踐效果。

2.課程的總體評價。

(1)課程內容。電力系統分析課程涉及到的內容多，在課程建設上起到承上啟下的作用，與高等數學、線性代數、電路、電機學以及繼電保護等課程都有很深的聯系。所以需要學生更好地將基礎知識應用到工程實踐中。因而92%的學生普遍反映本課程工程性太強，定理和計算太多。

(2)學習興趣。23%的學生對課堂教學中電力系統分析課程學習不感興趣，如何提高學生對本課程的學習興趣已成當務之急。主要原因是個別同學基礎差、對專業缺少了解等，基礎差主要是指對一些基礎課程的掌握程度，如包含數學基礎、專業基礎和物理學基礎、計算機基礎等幾個方面，導致學生跟不上課程進度，例如在無限大容量系統供電的三相短路時，學生對由無限大容量電源供電的三相短路分析感到吃力，無從下手。由此可見，學生的電路基礎中暫態和穩態分析直接影響到學生本課程的學習，嚴重時影響學生的學習心態和興趣，而本課程各章節聯系緊密，進而會影響后面的學習，因而不少學生不感興趣是其薄弱環節。

3.教學模式對課程教學效果的分析。在電氣工程及其自動化專業中電力系統分析課程屬于專業必修課程，對將來就業及進一步深造都有很大的影響。CDIO模式打破了《電力系統分析》知識結構內在的邏輯性和完整性，通過對課程內容的調整、優化和重組，達到將知識、能力和素質的培養目標融入工程項目載體中的目的，著重體現學生易學易用性，使學生在校期間就有完成模擬工程項目的“實戰經驗”。第一，通過設計模擬工程項目，讓學生提前進入企業項目實施的“工作狀態”，實現有效課堂教學，提高課堂教學的效率；第二，將學生分成小組開展研究，選出負責人，明確分工，充分發揮學生的自主學習能力及團隊協作精神；第三，模擬工程項目完成實施后，進行形成性評價考核，及時發揮教師的導向和激勵作用，充分肯定學生的進步，培養學生自主學習、反思、總結、評價、制定目標等能力；期末總結性評價考核，以實體成果、總結報告或小論文結合期末結業考試，客觀公正地評價學生的綜合能力。93%的學生認為CDIO教學模式在電力系統分析課程的實施過程中對團隊協作能力有很大的提高。可見，CDIO教學模式對課程的教學效果較好，能激發學生的學習潛能。

三、CDIO模式在電力系統分析課程應用中的改進措施

(一)調查對象選擇。電力系統分析課程是學生的一門專業課，理論和實踐性較強，概念多、理論多、計算多、分析多。將CDIO教學模式首次應用在電力系統分析課程中，是一個嚴峻的挑戰，后續將其推廣到專業基礎課程上，循序漸進，由淺入深，便于學生接受。本次選擇的實驗班級是2015級電氣工程及其自動化專業2班，在后續的專業課程如電力系統繼電保護課程中繼續實施CDIO的教學模式，對其加以鞏固，通過2～3門課程的教學模式的改變，使學生進一步加深教學模式對學習的促進作用，達到事半功倍的效果。

(二)課堂教學。在課堂教學中應用CDIO教學模式時，應該考慮到學生學情，教師們應針對學生自主學習能力較差提出切合實際的改進措施。第一，本課程的各章節重難點問題無法通過CDIO教學模式凸顯出來，所以教師應該高度重視這些問題。在給各小組分解任務時突出這些任務的難度，讓學生充分利用小組不間斷的討論、學習等形式加深理解，且及時與教師溝通后再解決其他問題。第二，由于電力系統分析課程自身理論與實踐結合緊密的特點，在項目分工之前，應學習其他項目教學的作業和課外任務訓練，結合學生特點，合理對任務進行解析，方便學生進行任務分解。第三，在課堂教學中，電力系統分析各章節循序漸進，為進一步鞏固知識點加深印象，更好地掌握所學內容，課前的分析總結很重要，使任務實施和運作達到效果。第四，加強互動環節。在項目構思前增加學生互動環節，調動學生學習的積極性，加深對課程的理解和掌握，互動環節計劃分為項目討論、小組討論。取消理論教學和實踐教學的界限，統一劃分為構思、設計、實施和運作四個階段，能夠培養學生創新精神和意識，突出培養學生“應用型”技能。第五，CDIO模式強調系統思維，從模擬企業工作過程開始，逐步過渡到行業的競賽和企業的征集項目，對促進學生積極參加大學生科研和創新創業都具有積極的指導意義。所以學生在分解任務時，要多搜集、多角度、多方面細化項目，做到細致入微的分工，達到鍛煉的效果。

(三)調動學習積極性。從調研結果容易發現，學生對本課程較為重視，有很強的學習積極性。教師有責任去引導這種積極性，激發學生潛能。

1.設計仿真。CDIO模式實施過程中，在設計階段，通過MATLAB對《電力系統分析》課程中部分內容進行仿真分析。同時，能將學生所學的基礎知識、高等數學、各種語言綜合應用。對學生今后的學習能力和分析能力大有幫助。分解任務后，對各小組進行獎勵，進一步激發學生參與項目研究興趣。

2.培養人才。在項目完成后，著手進行總結報告、經驗交流，選拔一批拔尖學生進行下一個項目工作的輔助安排。讓學生在實踐中加深認識，深化課程理解。

四、結語

通過本次問卷調查研究，對CDIO教學模式在電力系統分析課程中應用有了初步效果，同時也從調查對象選擇、課堂教學、調動學習積極性等方面提出建議，找到改進本課程教學效果的措施。