CDIO模式在電力系統(tǒng)分析中應(yīng)用研究的問卷分析

□張曉菊 王 靜

在應(yīng)用技能型人才培養(yǎng)目標(biāo)下，《電力系統(tǒng)分析》作為電氣專業(yè)的一門必修課程，具有很強的工程實踐性，對專業(yè)的課程體系起到承上啟下的作用，教學(xué)計劃和課程定位應(yīng)滿足未來學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)需求。在近幾年的授課過程中，根據(jù)《電力系統(tǒng)分析》的課程特點，也嘗試進行一些教學(xué)改革，并取得了一定的效果，但由于《電力系統(tǒng)分析》課程理論性強、內(nèi)容廣、知識抽象，實驗設(shè)備投入大和實驗條件的限制，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，不會應(yīng)用。缺乏學(xué)習(xí)興趣，降低了培養(yǎng)實用性人才的目的，現(xiàn)提出一種適合《電力系統(tǒng)分析》課程的CDIO模式，該模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)中知識傳授與能力培養(yǎng)的脫節(jié)問題，進而達(dá)到提高學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力的教學(xué)目的。所以，在既有理論基礎(chǔ)，又有相關(guān)課程實踐經(jīng)驗可供借鑒的前提下，在《電力系統(tǒng)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(tǒng)分析課程應(yīng)用的基本概況

“電力系統(tǒng)分析”分為暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩部分內(nèi)容，現(xiàn)在各專業(yè)人才培養(yǎng)方案都需要調(diào)整課時，加大實踐課時，縮小理論課時。為保證正常教學(xué)，“電力系統(tǒng)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(xué)能力，實現(xiàn)理論與實踐教學(xué)的一體化，加強學(xué)生的職業(yè)技能訓(xùn)練，提高學(xué)生的綜合能力。

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

二、CDIO模式在電力系統(tǒng)分析中應(yīng)用研究的問卷調(diào)查分析

(一)問卷調(diào)查對象。本次調(diào)查是河套學(xué)院機電工程系電氣工程及其自動化專業(yè)的本科學(xué)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(yè)的2015級學(xué)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(gòu)思、設(shè)計、實施和運作而進行全周期的教學(xué)活動，并通過調(diào)查問卷的方法分析學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等問題，實現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。

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

(二)問卷調(diào)查結(jié)果分析。

1.CDIO教學(xué)模式總體評價。電力系統(tǒng)分析課程的工程實踐性很強，所以單一的教學(xué)模式無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)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(shù)時，結(jié)合模擬仿真及實地參觀更有利于增加學(xué)生的感官認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生對這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣；再如，在講授潮流計算時，學(xué)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(xiàn)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(wù)，利用上機仿真分組完成各小組的任務(wù)，有利于學(xué)生對潮流計算的掌握。但也有30%的學(xué)生認(rèn)為現(xiàn)在的課堂教學(xué)模式對學(xué)習(xí)本課程有促進作用，有65%的學(xué)生認(rèn)為CDIO教學(xué)模式對系統(tǒng)學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析課程有幫助。在電力系統(tǒng)分析仿真實驗中，有78%的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)用CDIO教學(xué)模式對產(chǎn)品的項目過程更加清晰。結(jié)合以上問題，教師應(yīng)該多提供一些課外參考資料，先通過作業(yè)讓學(xué)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(nèi)容。電力系統(tǒng)分析課程涉及到的內(nèi)容多，在課程建設(shè)上起到承上啟下的作用，與高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電路、電機學(xué)以及繼電保護等課程都有很深的聯(lián)系。所以需要學(xué)生更好地將基礎(chǔ)知識應(yīng)用到工程實踐中。因而92%的學(xué)生普遍反映本課程工程性太強，定理和計算太多。

(2)學(xué)習(xí)興趣。23%的學(xué)生對課堂教學(xué)中電力系統(tǒng)分析課程學(xué)習(xí)不感興趣，如何提高學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣已成當(dāng)務(wù)之急。主要原因是個別同學(xué)基礎(chǔ)差、對專業(yè)缺少了解等，基礎(chǔ)差主要是指對一些基礎(chǔ)課程的掌握程度，如包含數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)和物理學(xué)基礎(chǔ)、計算機基礎(chǔ)等幾個方面，導(dǎo)致學(xué)生跟不上課程進度，例如在無限大容量系統(tǒng)供電的三相短路時，學(xué)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(xué)生的電路基礎(chǔ)中暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析直接影響到學(xué)生本課程的學(xué)習(xí)，嚴(yán)重時影響學(xué)生的學(xué)習(xí)心態(tài)和興趣，而本課程各章節(jié)聯(lián)系緊密，進而會影響后面的學(xué)習(xí)，因而不少學(xué)生不感興趣是其薄弱環(huán)節(jié)。

3.教學(xué)模式對課程教學(xué)效果的分析。在電氣工程及其自動化專業(yè)中電力系統(tǒng)分析課程屬于專業(yè)必修課程，對將來就業(yè)及進一步深造都有很大的影響。CDIO模式打破了《電力系統(tǒng)分析》知識結(jié)構(gòu)內(nèi)在的邏輯性和完整性，通過對課程內(nèi)容的調(diào)整、優(yōu)化和重組，達(dá)到將知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)目標(biāo)融入工程項目載體中的目的，著重體現(xiàn)學(xué)生易學(xué)易用性，使學(xué)生在校期間就有完成模擬工程項目的“實戰(zhàn)經(jīng)驗”。第一，通過設(shè)計模擬工程項目，讓學(xué)生提前進入企業(yè)項目實施的“工作狀態(tài)”，實現(xiàn)有效課堂教學(xué)，提高課堂教學(xué)的效率；第二，將學(xué)生分成小組開展研究，選出負(fù)責(zé)人，明確分工，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及團隊協(xié)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(fā)揮教師的導(dǎo)向和激勵作用，充分肯定學(xué)生的進步，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、反思、總結(jié)、評價、制定目標(biāo)等能力；期末總結(jié)性評價考核，以實體成果、總結(jié)報告或小論文結(jié)合期末結(jié)業(yè)考試，客觀公正地評價學(xué)生的綜合能力。93%的學(xué)生認(rèn)為CDIO教學(xué)模式在電力系統(tǒng)分析課程的實施過程中對團隊協(xié)作能力有很大的提高。可見，CDIO教學(xué)模式對課程的教學(xué)效果較好，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

三、CDIO模式在電力系統(tǒng)分析課程應(yīng)用中的改進措施

(一)調(diào)查對象選擇。電力系統(tǒng)分析課程是學(xué)生的一門專業(yè)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(xué)模式首次應(yīng)用在電力系統(tǒng)分析課程中，是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，后續(xù)將其推廣到專業(yè)基礎(chǔ)課程上，循序漸進，由淺入深，便于學(xué)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(yè)2班，在后續(xù)的專業(yè)課程如電力系統(tǒng)繼電保護課程中繼續(xù)實施CDIO的教學(xué)模式，對其加以鞏固，通過2～3門課程的教學(xué)模式的改變，使學(xué)生進一步加深教學(xué)模式對學(xué)習(xí)的促進作用，達(dá)到事半功倍的效果。

(二)課堂教學(xué)。在課堂教學(xué)中應(yīng)用CDIO教學(xué)模式時，應(yīng)該考慮到學(xué)生學(xué)情，教師們應(yīng)針對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力較差提出切合實際的改進措施。第一，本課程的各章節(jié)重難點問題無法通過CDIO教學(xué)模式凸顯出來，所以教師應(yīng)該高度重視這些問題。在給各小組分解任務(wù)時突出這些任務(wù)的難度，讓學(xué)生充分利用小組不間斷的討論、學(xué)習(xí)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(tǒng)分析課程自身理論與實踐結(jié)合緊密的特點，在項目分工之前，應(yīng)學(xué)習(xí)其他項目教學(xué)的作業(yè)和課外任務(wù)訓(xùn)練，結(jié)合學(xué)生特點，合理對任務(wù)進行解析，方便學(xué)生進行任務(wù)分解。第三，在課堂教學(xué)中，電力系統(tǒng)分析各章節(jié)循序漸進，為進一步鞏固知識點加深印象，更好地掌握所學(xué)內(nèi)容，課前的分析總結(jié)很重要，使任務(wù)實施和運作達(dá)到效果。第四，加強互動環(huán)節(jié)。在項目構(gòu)思前增加學(xué)生互動環(huán)節(jié)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深對課程的理解和掌握，互動環(huán)節(jié)計劃分為項目討論、小組討論。取消理論教學(xué)和實踐教學(xué)的界限，統(tǒng)一劃分為構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作四個階段，能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和意識，突出培養(yǎng)學(xué)生“應(yīng)用型”技能。第五，CDIO模式強調(diào)系統(tǒng)思維，從模擬企業(yè)工作過程開始，逐步過渡到行業(yè)的競賽和企業(yè)的征集項目，對促進學(xué)生積極參加大學(xué)生科研和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)都具有積極的指導(dǎo)意義。所以學(xué)生在分解任務(wù)時，要多搜集、多角度、多方面細(xì)化項目，做到細(xì)致入微的分工，達(dá)到鍛煉的效果。

(三)調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。從調(diào)研結(jié)果容易發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對本課程較為重視，有很強的學(xué)習(xí)積極性。教師有責(zé)任去引導(dǎo)這種積極性，激發(fā)學(xué)生潛能。

1.設(shè)計仿真。CDIO模式實施過程中，在設(shè)計階段，通過MATLAB對《電力系統(tǒng)分析》課程中部分內(nèi)容進行仿真分析。同時，能將學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識、高等數(shù)學(xué)、各種語言綜合應(yīng)用。對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)能力和分析能力大有幫助。分解任務(wù)后，對各小組進行獎勵，進一步激發(fā)學(xué)生參與項目研究興趣。

2.培養(yǎng)人才。在項目完成后，著手進行總結(jié)報告、經(jīng)驗交流，選拔一批拔尖學(xué)生進行下一個項目工作的輔助安排。讓學(xué)生在實踐中加深認(rèn)識，深化課程理解。

四、結(jié)語

通過本次問卷調(diào)查研究，對CDIO教學(xué)模式在電力系統(tǒng)分析課程中應(yīng)用有了初步效果，同時也從調(diào)查對象選擇、課堂教學(xué)、調(diào)動學(xué)習(xí)積極性等方面提出建議，找到改進本課程教學(xué)效果的措施。