CDIO模式在电力系统分析中应用研究的问卷分析

2019-03-19张晓菊

产业与科技论坛 2019年4期

□张晓菊王静

在应用技能型人才培养目标下，《电力系统分析》作为电气专业的一门必修课程，具有很强的工程实践性，对专业的课程体系起到承上启下的作用，教学计划和课程定位应满足未来学生毕业、就业需求。在近几年的授课过程中，根据《电力系统分析》的课程特点，也尝试进行一些教学改革，并取得了一定的效果，但由于《电力系统分析》课程理论性强、内容广、知识抽象，实验设备投入大和实验条件的限制，导致学生学习难度大，不会应用。缺乏学习兴趣，降低了培养实用性人才的目的，现提出一种适合《电力系统分析》课程的CDIO模式，该模式打破了传统教学中知识传授与能力培养的脱节问题，进而达到提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力的教学目的。所以，在既有理论基础，又有相关课程实践经验可供借鉴的前提下，在《电力系统分析》课程中运用CDIO模式是完全可行的。

一、CDIO模式在电力系统分析课程应用的基本概况

“电力系统分析”分为暂态和稳态两部分内容，现在各专业人才培养方案都需要调整课时，加大实践课时，缩小理论课时。为保证正常教学，“电力系统分析”课程在保证理论课的同时，用仿真代替实验，提高实践教学能力，实现理论与实践教学的一体化，加强学生的职业技能训练，提高学生的综合能力。

CDIO(Conceive Design Implement Operate)是近年来由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学历经四年探索研究的一种工程教育模式，并得到了国际上的认可和广泛推广。CDIO模式是指在教学过程中，以实际产品和系统的构思─设计─实施─运作过程为基础，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，综合工程基础知识、个人能力、团队协作完成能力的一种教育活动。CDIO是一种旨在培养学生工程应用能力，有效解决就业问题的工程教育模式。其中，为了加深学生对理论部分的理解，初步了解工程实际，《电力系统分析》课程教学采用CDIO教学模式。在内容安排上舍去不必要的公式推导过程，更注重结论的使用，增加新技术、新设备的介绍，以适应科技的发展和进步。

二、CDIO模式在电力系统分析中应用研究的问卷调查分析

(一)问卷调查对象。本次调查是河套学院机电工程系电气工程及其自动化专业的本科学生，样本具有较强的广泛性和代表性。选择电气工程及其自动化专业的2015级学情相近的两个班级作为实验班和对比班，实验班采用CDIO模式授课，通过一个完整的模拟工程项目为载体，围绕构思、设计、实施和运作而进行全周期的教学活动，并通过调查问卷的方法分析学生的学习兴趣等问题，实现教学效果的最优化。

2018年6月对实验班的学生下发了调查问卷，为保证本次调查问卷结果的真实性，一律采用无记名方式。本次发放问卷共40份，有效问卷40份，有效率达100%。其中本次问卷共设计了选择题13道，开放式问题1道，内容涉及了登录系统分析课程的难度、效果、模式以及学生学习情况等。通过调查结果进行分析，提出切实可行的对策和建议。

(二)问卷调查结果分析。

1.CDIO教学模式总体评价。电力系统分析课程的工程实践性很强，所以单一的教学模式无法满足学生的学习兴趣。例如，在讲授输电线路和变压器的元件等效电路和参数时，结合模拟仿真及实地参观更有利于增加学生的感官认识，激发学生对这部分内容的学习兴趣；再如，在讲授潮流计算时，学生普遍反映理解上有难度，虽然任课教师提供PPT更直观地展现了潮流计算的原理和过程，但收效甚微，完全可以按照CDIO的四个模块划分任务，利用上机仿真分组完成各小组的任务，有利于学生对潮流计算的掌握。但也有30%的学生认为现在的课堂教学模式对学习本课程有促进作用，有65%的学生认为CDIO教学模式对系统学习电力系统分析课程有帮助。在电力系统分析仿真实验中，有78%的学生认为应用CDIO教学模式对产品的项目过程更加清晰。结合以上问题，教师应该多提供一些课外参考资料，先通过作业让学生建立基本的物理概念，改善实践效果。

2.课程的总体评价。

(1)课程内容。电力系统分析课程涉及到的内容多，在课程建设上起到承上启下的作用，与高等数学、线性代数、电路、电机学以及继电保护等课程都有很深的联系。所以需要学生更好地将基础知识应用到工程实践中。因而92%的学生普遍反映本课程工程性太强，定理和计算太多。

(2)学习兴趣。23%的学生对课堂教学中电力系统分析课程学习不感兴趣，如何提高学生对本课程的学习兴趣已成当务之急。主要原因是个别同学基础差、对专业缺少了解等，基础差主要是指对一些基础课程的掌握程度，如包含数学基础、专业基础和物理学基础、计算机基础等几个方面，导致学生跟不上课程进度，例如在无限大容量系统供电的三相短路时，学生对由无限大容量电源供电的三相短路分析感到吃力，无从下手。由此可见，学生的电路基础中暂态和稳态分析直接影响到学生本课程的学习，严重时影响学生的学习心态和兴趣，而本课程各章节联系紧密，进而会影响后面的学习，因而不少学生不感兴趣是其薄弱环节。

3.教学模式对课程教学效果的分析。在电气工程及其自动化专业中电力系统分析课程属于专业必修课程，对将来就业及进一步深造都有很大的影响。CDIO模式打破了《电力系统分析》知识结构内在的逻辑性和完整性，通过对课程内容的调整、优化和重组，达到将知识、能力和素质的培养目标融入工程项目载体中的目的，着重体现学生易学易用性，使学生在校期间就有完成模拟工程项目的“实战经验”。第一，通过设计模拟工程项目，让学生提前进入企业项目实施的“工作状态”，实现有效课堂教学，提高课堂教学的效率；第二，将学生分成小组开展研究，选出负责人，明确分工，充分发挥学生的自主学习能力及团队协作精神；第三，模拟工程项目完成实施后，进行形成性评价考核，及时发挥教师的导向和激励作用，充分肯定学生的进步，培养学生自主学习、反思、总结、评价、制定目标等能力；期末总结性评价考核，以实体成果、总结报告或小论文结合期末结业考试，客观公正地评价学生的综合能力。93%的学生认为CDIO教学模式在电力系统分析课程的实施过程中对团队协作能力有很大的提高。可见，CDIO教学模式对课程的教学效果较好，能激发学生的学习潜能。

三、CDIO模式在电力系统分析课程应用中的改进措施

(一)调查对象选择。电力系统分析课程是学生的一门专业课，理论和实践性较强，概念多、理论多、计算多、分析多。将CDIO教学模式首次应用在电力系统分析课程中，是一个严峻的挑战，后续将其推广到专业基础课程上，循序渐进，由浅入深，便于学生接受。本次选择的实验班级是2015级电气工程及其自动化专业2班，在后续的专业课程如电力系统继电保护课程中继续实施CDIO的教学模式，对其加以巩固，通过2～3门课程的教学模式的改变，使学生进一步加深教学模式对学习的促进作用，达到事半功倍的效果。

(二)课堂教学。在课堂教学中应用CDIO教学模式时，应该考虑到学生学情，教师们应针对学生自主学习能力较差提出切合实际的改进措施。第一，本课程的各章节重难点问题无法通过CDIO教学模式凸显出来，所以教师应该高度重视这些问题。在给各小组分解任务时突出这些任务的难度，让学生充分利用小组不间断的讨论、学习等形式加深理解，且及时与教师沟通后再解决其他问题。第二，由于电力系统分析课程自身理论与实践结合紧密的特点，在项目分工之前，应学习其他项目教学的作业和课外任务训练，结合学生特点，合理对任务进行解析，方便学生进行任务分解。第三，在课堂教学中，电力系统分析各章节循序渐进，为进一步巩固知识点加深印象，更好地掌握所学内容，课前的分析总结很重要，使任务实施和运作达到效果。第四，加强互动环节。在项目构思前增加学生互动环节，调动学生学习的积极性，加深对课程的理解和掌握，互动环节计划分为项目讨论、小组讨论。取消理论教学和实践教学的界限，统一划分为构思、设计、实施和运作四个阶段，能够培养学生创新精神和意识，突出培养学生“应用型”技能。第五，CDIO模式强调系统思维，从模拟企业工作过程开始，逐步过渡到行业的竞赛和企业的征集项目，对促进学生积极参加大学生科研和创新创业都具有积极的指导意义。所以学生在分解任务时，要多搜集、多角度、多方面细化项目，做到细致入微的分工，达到锻炼的效果。

(三)调动学习积极性。从调研结果容易发现，学生对本课程较为重视，有很强的学习积极性。教师有责任去引导这种积极性，激发学生潜能。

1.设计仿真。CDIO模式实施过程中，在设计阶段，通过MATLAB对《电力系统分析》课程中部分内容进行仿真分析。同时，能将学生所学的基础知识、高等数学、各种语言综合应用。对学生今后的学习能力和分析能力大有帮助。分解任务后，对各小组进行奖励，进一步激发学生参与项目研究兴趣。

2.培养人才。在项目完成后，着手进行总结报告、经验交流，选拔一批拔尖学生进行下一个项目工作的辅助安排。让学生在实践中加深认识，深化课程理解。