基于CDIO 的太阳能工程课程体系建设研究

2021-06-21青春耀陶红歌刘圣勇赵淑蘅

科技视界 2021年14期

青春耀陶红歌刘圣勇黄黎赵淑蘅

（1.河南农业大学，河南郑州 450002；2.河南省生物质能源与纳米材料国际联合实验室，河南郑州 450002）

太阳能产业作为新兴产业具有技术密集型的特点，近年来太阳能热水产业、光热发电产业、光伏发电产业的快速发展引起对相关人才需求的剧增，因此，也催生了不少国内外大学及科研院所开展相关课程和专业的培养，诸如，国外澳大利亚的新南威尔士大学设立了专门的光伏与可再生能源工程学院，开设了光伏与太阳能本科专业；德国弗劳恩霍夫太阳能研究所现有近200 名学生（含博士）开展太阳能技术和发展的研究和教育，已成为欧洲最大的太阳能研究所（FhG-ISE）。国内，山东建筑大学和力诺瑞特合作在建筑学专业下设立了太阳能建筑一体化方向；中科院、上海交通大学、浙江大学、东南大学、中山大学等成立了相关的研究所，从事太阳能光热、光电利用技术的研究，同时培养博士、硕士高层次研究型人才。此外，其他国内大学纷纷设立太阳能相关专业，课程方向围绕太阳能光热、光电、太阳能制冷等领域不一而足[1-2]。然而可以看出，尽管一些科研院所及高校成功的成立了太阳能相关的专业、培养了相关人才，但目前国内外均未形成比较完整、成熟的太阳能技术人才培养体系以及相关太阳能工程课程教育的课程体系。因此，本文就太阳能课程体系建设进行探讨研究，以期更好地为培养太阳能工程技术人员探索出一个行之有效的模式。

CDIO 工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[3-6]。本文太阳能课程以CDIO 为基础进行其课程体系的探索研究。

1 太阳能课程体系教学方式创新，解决构思（Conceive）问题

长期以来，我国本科教学中都是倡导以教师为主导作用的教学方式，采用上面老师讲，下面学生听的教授模式，学生主动性有待提高，不能发挥学生的思考能力，忽视了学生在学习过程中的主体作用，不利于学生创新能力的提高。太阳能工程课程如果采用学生自主式教学，上课过程中引导学生主动思考，主动动手，可以提高学生的创新能力和思维能力。大力推进启发式、探究式、讨论式、参与式教学，完善教学方式的改革，可以发挥学生在教学活动中的主体作用，解决了CDIO中的“构思”问题。

2 太阳能课程教学内容创新，解决设计（Design）问题

太阳能工程课程内容涉及内容广，包含范围大，部分研究领域具有前沿性而部分领域接近传统行业则实操性强。现有的理论教学普遍存在前沿跟踪性不强、授课内容落后于技术发展要求的情况；相应的实践教学一般注重实际操作和动手能力的培养，缺乏学生研究能力的培养，且实操能力培养呈现片面性和滞后性。因此，理论教学过程中应更注重学生科研能力的提高，引导学生向高层次研究型人才发展，抓源头；实践中注重工程应用培养、动脑设计与动手操作相结合，抓落地，着重解决CDIO的“设计”问题。

3 太阳能课程教学方向改革，解决实现（Implement）问题

太阳能工程教学是抽象思维与形象思维，理论知识与实验活动相结合的教学过程，对培养学生科学素质、创新思维、创新意识、动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要的作用。以提高学生的创新能力和实践能力为改革方向，强化学生创新能力培养，解决CDIO中的“实现”问题。

4 太阳能课程教学体系改革，突出运作（Operate）问题

太阳能教学效果评价一般采用考试成绩与实验成绩相结合的模式，虽然易于操作、量化统一、易于考查，但也存在着考核内容单一、考试内容枯燥、实验动手简单，学生的自主性和创新性不能发挥的问题，直接影响教学效果。因此，要对课程教学评价的体系进行改革。此外，学校对课程教学的评价体系主要是学校进行学期中期或是期末教学检查，实践教学是教学检查的弱点，学生对实验教学的评价没有相关的评价体系，加强实践教学体系的建设，建立实践教学质量监督与评价制度，建立以学生与机构并行的常规性实践教学质量监督与评价机制，提高实践教学水平、保证实践教学的运行与发展，切实保障实践教学质量和效果。

5 研究成效

对太阳能课程进行上述CDIO的探索和研究后，形成了如图1所示的太阳能工程课程体系，该体系以CDIO为舵，以理论和实践为两翼，理论翼展开为理论课程前沿追踪、理论课程统筹分类、理论课程设计理念传授囊括工程设计指导的教学模式等，而实践翼则展开为室内实验、测绘分析等实操手段配合实验实习报告等考核手段，构成了一个完整的教学体系。

图1 基于CDIO的太阳能工程课程体系示意

上述教学体系在河南农业大学进行了初步尝试，取得了一定的效果。首先是课程吸引力增强。对能源动力及农业建筑与能源工程专业的近三年问卷调查表明，见表1，基于CDIO的太阳能工程课程体系建设支持率有了大幅提升。

表1 太阳能工程课程近三年支持率

其次是文化考试成绩逐步提升，由于对课程的兴趣增加、理解增强，课程测试成绩近年逐步提高，相应的及格率也有所提升。见表2。

表2 太阳能工程课程近三年考试成绩

再次是实操及测绘成绩，太阳能工程课程体系建设在河南农业大学实行期较短，囿于成本及技术因素，如实操及测绘可以聘请专家来现场打分，但实现起来仍有诸多障碍，因此造成课程考查体系的量化方式不足，一些实操及测绘的成绩只能由任课教师凭借专业经验给出定性的成绩。但从整体来看，近年来加入实操和测绘作业后学生动手能力及思考问题的水平均有所提高。