基于CDIO模式的“光伏發電技術”課程教學改革與探索

張旭　王賢立　楊數強

【摘 要】光伏發電技術是一門應用性較強的專業課程，要求學生在學習完本門課程后，掌握光伏發電相關的基本理論及基礎知識，了解并網光伏發電系統的安裝與調試，學生畢業后具有從事光伏相關領域工作的基本能力。因此，本課程的學習需要理論與實踐有效結合起來，才能達到較好的教學效果。本文針對目前教學中存在的一些問題及不足，基于CDIO模式對課程進行了相關的改革與探索。

【關鍵詞】光伏發電；教學效果；CDIO模式

中圖分類號： TM615 文獻標識碼： 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

光伏發電技術是光伏專業的一門基礎課程，在課程教學方面， 隨著目前大多數師范院校的部分工科專業逐漸向應用型專業的轉型，課程教學方法也有待進一步改革與提高。CDIO工程教育模式是近年來廣泛應用于工程實踐類課程的一個新的教育研究成果。針對我院光伏發電技術這一課程在教學過程中存在的問題，基于CDIO模式對本課程的教學內容和教學方法分別進行優化和創新[1]。在CDIO模式下，以實際教學及實習中產生的問題激發學生對該課程的學習興趣，同時在授課過程中注意激發學生的創新能力，重點培養學生的工程思想。

1 光伏發電技術課程教學中存在的問題

目前，國內開設光伏專業的大多數院校中，專業課程的設置大多以理論課程為主。由于光伏發電技術是一門應用性較強的專業課程，教學內容主要是目前光伏發電技術中比較成熟的方法和經驗，教學過程中主要是講解相關的概念及施工安裝過程，知識較為枯燥，很難調動學生在課堂上的主動性。由于不具備實驗條件，目前本課程的教學大綱設置為理論學時要求為54學時，教學的重點仍然是以理論教學為主，參觀實習為輔。目前光伏發電的教材相對較少，大部分教材中光伏發電實例所用到的基本原理、思想、方法和項目經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內容的整體性，常常會忽視理論知識在工程實踐中的應用，課堂氣氛相對會比較乏味，不利于培養學生的工程應用能力。同時，考核方式比較單一，成績的評定結合學生的平時出勤表現及完成作業情況，主要以期末閉卷考試為主，很難全面考察學生對知識點的掌握情況。

2 基于CDIO模式的理論教學內容優化與改革

由于光伏行業目前發展較快，而原有的課程教學內容主要是目前光伏發電技術中比較成熟的方法和經驗，因此基于CDIO模式對本課程的教學內容做了精心的調整和改進，使課程更具先進性、科學性和合理性。

首先，對課堂授課內容進行補充和改進。由于目前光伏并網發電技術不斷取得新的進展和突破，因此對目前社會上的新技術、新設備和新材料的應用應該及時體現在課程的課堂教學中。同時，應該增加光伏發電系統工程安裝與調試部分內容，結合工程案例，使學生對整個工程的實施過程有個整體的理解與認識。通過不斷調整和豐富課堂內容，不僅能夠調動學生的課堂積極性，而且能夠使學生了解和掌握光伏發電中的新方法和新技術，為以后的就業和從事相關行業的研究打下良好的基礎。

其次，在授課過程中，每一章節結束后，適當加入討論環節。針對目前光伏發電中的關鍵技術，讓學生各抒己見，分析討論對光伏發電這一課程中知識點的理解和認識。

最后，根據學生對課程知識的掌握程度，當課程主要內容學習完成后，采取以“項目導向，任務驅動”的模式，將學生分組進行光伏實驗電路的設計。其中，將班內學生分為多個小組，每個小組布置不同的任務，分別進行光伏電池基本特性、光伏發電自動跟蹤系統、逆變器工作原理、太陽能光伏發電自動跟蹤系統以及環境對光伏發電的影響等實驗電路的設計[3]。通過分析實驗任務，實驗原理，結合實際的案例分析，引導學生完成電路的最終設計，為以后的光伏發電仿真平臺的設計及開發做好充分的理論準備。

4 基于CDIO模式的教學方法的優化與改革

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

在課堂理論教學中，采用多種教學方法相融合的方式。在課程的起始階段，首先需要介紹本門課程的特點及應用領域。因此，可以采用場景呈現法及啟發式教學法相結合的方式，通過視頻短片展現和講解光伏電池的生產及加工過程，使學生了解光伏電池從何而來。同時，通過視頻短片介紹光伏發電在多個領域的應用及光伏發電系統的安裝過程，使學生對本課程的學習內容和未來知識的實際應用情況有個初步的印象和了解[4]。在理論內容的講授過程中，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，采用啟發式教學法、類比分析法、問題發現法、討論互動等多種方法相融合，把枯燥乏味的內容趣味化，提高學生學習的積極主動性。對課程中的一些綜合性以及應用性較強的知識點，通過設置問題的方式，引導學生展開討論和分析，通過不斷深化教學內容，加深學生對知識點的理解和掌握。

通過練習法、討論法以及探究學習法，鞏固階段性學習成果。課堂教學任務完成后，詳細講解分析章節設置的作業及練習，并通過綜合分析，強化知識點的應用。當課堂上學生提出疑問時，通過引導使學生將已學知識聯系起來，培養學生“自己解決自己問題”的能力，提高學生學習過程中的成就感。

基于CDIO模式對原有的單一考核方式進行優化，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、學生課堂討論情況、實驗平臺電路設計的完成程度及課程報告四部分構成。

通過基于CDIO模式的教學方法的綜合運用與改進，有效地調動了學生的學習積極性，同時能夠挖掘學生學習的潛能，培養學生的應用知識能力，提高解決實際問題的能力，能夠在畢業后更好更快地適應工作崗位的需要，有效保證課堂教學的質量。

5 基于CDIO模式的實踐教學內容優化與改革

本課程是一門理論與實踐緊密聯系的課程，只有將理論應用于實踐，才能促使學生更好的掌握和理解相關知識。首先，目前學校部分樓宇頂部已經安裝了光伏發電系統。在進行理論教學的同時，根據現有條件，在一些相關知識點的學習過程中，可以增加實訓環節，通過現場講解及參觀，加強學生對知識的理解。同時，可以進行實際的動手操作，觀察實際的光伏發電輸出結果，教學過程更加直觀形象，學生也可以參與到光伏發電系統的日常維護工作中去，有助于調動學生的學習興趣及主動性，以及提高學生的動手能力[5]。其次，增加學生到光伏相關企業中參觀實習的機會。目前在洛陽已有多家大型光伏企業，因此具備參觀學習的條件和機會。通過以后不斷加強和光伏相關企業的聯系與合作，為學生爭取更多的實習和實訓的機會。最后，加快光伏發電仿真平臺的設計與實現。前期的光伏發電平臺電路在課程學習過程中，由學生和老師共同設計完成。在設計實驗電路的過程中，學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謹性有待進一步討論和完善，因此從電路的設計到最終光伏發電平臺的開發還需要相當一段時間才能完成。光伏發電平臺開發完成后，能夠滿足課程基本的實驗及實訓項目的需要。

6 結語

光伏發電技術是一門光伏專業的核心課程，由于光伏行業發展較快，因此授課教師需要不斷提高和豐富光伏專業領域的相關知識，并將最新的行業知識融入到教學過程中，避免學生專業知識和畢業去向脫節的問題發生。本文針對我校在光伏發電技術這一課程教學中存在的問題，同時分析了當前理論教學內容、實踐教學內容及教學方法與社會對創新型技術人才需求之間的差距，借鑒國內部分高校在CDIO模式下的教學改革經驗，基于CDIO模式對“光伏發電技術”這一課程進行了教學改革與探索。新的教學實踐結果表明，基于CDIO模式下對課程進行的改革，提高了學生分析問題和解決問題的能力，同時仿真實驗平臺的開發能夠切實提高學生的實踐能力，考核方式的改進能夠全面考查學生的綜合能力，切實達到提高課程教學質量和提高學生綜合素質的雙重效果。

【參考文獻】

[1]向鵬，倪世兵等.淺析高校光伏專業人才培養的發展方向[J].課程教育研究，2015（22）：225.

[2]克勞雷.重新認識工程教育國際CDIO培養模式與方法[M].顧佩華，沈民奮等譯.北京：高等教育出版社，2009.

[3]張偉，王麗云.CDIO教學改革中的教學質量評估系統[J].遼寧大學學報，2013，40（3）：213-219.

[4]馬永力，候玲英.CDIO模式下電子技術課程教學研究[J].湖北理工學院學報，2017，33（1）：67-70.

[5]張國斌，張樹軍，等.基于CDIO模式的學生實踐能力的培養[J].實驗室科學，2014（1）：126-127.