基于CDIO模式的“光伏发电技术”课程教学改革与探索

张旭　王贤立　杨数强

【摘 要】光伏发电技术是一门应用性较强的专业课程，要求学生在学习完本门课程后，掌握光伏发电相关的基本理论及基础知识，了解并网光伏发电系统的安装与调试，学生毕业后具有从事光伏相关领域工作的基本能力。因此，本课程的学习需要理论与实践有效结合起来，才能达到较好的教学效果。本文针对目前教学中存在的一些问题及不足，基于CDIO模式对课程进行了相关的改革与探索。

【关键词】光伏发电；教学效果；CDIO模式

中图分类号： TM615 文献标识码： A 文章编号： 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

光伏發电技术是光伏专业的一门基础课程，在课程教学方面， 随着目前大多数师范院校的部分工科专业逐渐向应用型专业的转型，课程教学方法也有待进一步改革与提高。CDIO工程教育模式是近年来广泛应用于工程实践类课程的一个新的教育研究成果。针对我院光伏发电技术这一课程在教学过程中存在的问题，基于CDIO模式对本课程的教学内容和教学方法分别进行优化和创新[1]。在CDIO模式下，以实际教学及实习中产生的问题激发学生对该课程的学习兴趣，同时在授课过程中注意激发学生的创新能力，重点培养学生的工程思想。

1 光伏发电技术课程教学中存在的问题

目前，国内开设光伏专业的大多数院校中，专业课程的设置大多以理论课程为主。由于光伏发电技术是一门应用性较强的专业课程，教学内容主要是目前光伏发电技术中比较成熟的方法和经验，教学过程中主要是讲解相关的概念及施工安装过程，知识较为枯燥，很难调动学生在课堂上的主动性。由于不具备实验条件，目前本课程的教学大纲设置为理论学时要求为54学时，教学的重点仍然是以理论教学为主，参观实习为辅。目前光伏发电的教材相对较少，大部分教材中光伏发电实例所用到的基本原理、思想、方法和项目经验相对来说没有完全讲解的面面俱到，所以讲授过程中很难将一些知识点讲解的深入透彻。同时，由于授课过程中过于注重教学内容的整体性，常常会忽视理论知识在工程实践中的应用，课堂气氛相对会比较乏味，不利于培养学生的工程应用能力。同时，考核方式比较单一，成绩的评定结合学生的平时出勤表现及完成作业情况，主要以期末闭卷考试为主，很难全面考察学生对知识点的掌握情况。

2 基于CDIO模式的理论教学内容优化与改革

由于光伏行业目前发展较快，而原有的课程教学内容主要是目前光伏发电技术中比较成熟的方法和经验，因此基于CDIO模式对本课程的教学内容做了精心的调整和改进，使课程更具先进性、科学性和合理性。

首先，对课堂授课内容进行补充和改进。由于目前光伏并网发电技术不断取得新的进展和突破，因此对目前社会上的新技术、新设备和新材料的应用应该及时体现在课程的课堂教学中。同时，应该增加光伏发电系统工程安装与调试部分内容，结合工程案例，使学生对整个工程的实施过程有个整体的理解与认识。通过不断调整和丰富课堂内容，不仅能够调动学生的课堂积极性，而且能够使学生了解和掌握光伏发电中的新方法和新技术，为以后的就业和从事相关行业的研究打下良好的基础。

其次，在授课过程中，每一章节结束后，适当加入讨论环节。针对目前光伏发电中的关键技术，让学生各抒己见，分析讨论对光伏发电这一课程中知识点的理解和认识。

最后，根据学生对课程知识的掌握程度，当课程主要内容学习完成后，采取以“项目导向，任务驱动”的模式，将学生分组进行光伏实验电路的设计。其中，将班内学生分为多个小组，每个小组布置不同的任务，分别进行光伏电池基本特性、光伏发电自动跟踪系统、逆变器工作原理、太阳能光伏发电自动跟踪系统以及环境对光伏发电的影响等实验电路的设计[3]。通过分析实验任务，实验原理，结合实际的案例分析，引导学生完成电路的最终设计，为以后的光伏发电仿真平台的设计及开发做好充分的理论准备。

4 基于CDIO模式的教学方法的优化与改革

良好的教学方法和教学手段，对于课堂效果及学生对知识的掌握，能够起到事半功倍的效果，因此基于CDIO模式对目前教学中的教学方法进行优化与改革。

在课堂理论教学中，采用多种教学方法相融合的方式。在课程的起始阶段，首先需要介绍本门课程的特点及应用领域。因此，可以采用场景呈现法及启发式教学法相结合的方式，通过视频短片展现和讲解光伏电池的生产及加工过程，使学生了解光伏电池从何而来。同时，通过视频短片介绍光伏发电在多个领域的应用及光伏发电系统的安装过程，使学生对本课程的学习内容和未来知识的实际应用情况有个初步的印象和了解[4]。在理论内容的讲授过程中，例如在光伏电池的工作原理，光伏逆变器工作原理，光伏控制电路等重难点讲授过程中，采用启发式教学法、类比分析法、问题发现法、讨论互动等多种方法相融合，把枯燥乏味的内容趣味化，提高学生学习的积极主动性。对课程中的一些综合性以及应用性较强的知识点，通过设置问题的方式，引导学生展开讨论和分析，通过不断深化教学内容，加深学生对知识点的理解和掌握。

通过练习法、讨论法以及探究学习法，巩固阶段性学习成果。课堂教学任务完成后，详细讲解分析章节设置的作业及练习，并通过综合分析，强化知识点的应用。当课堂上学生提出疑问时，通过引导使学生将已学知识联系起来，培养学生“自己解决自己问题”的能力，提高学生学习过程中的成就感。

基于CDIO模式对原有的单一考核方式进行优化，将以往的闭卷考试的比例降低为百分之五十，剩下百分之五十的考查方式由日常考勤、学生课堂讨论情况、实验平台电路设计的完成程度及课程报告四部分构成。

通过基于CDIO模式的教学方法的综合运用与改进，有效地调动了学生的学习积极性，同时能够挖掘学生学习的潜能，培养学生的应用知识能力，提高解决实际问题的能力，能够在毕业后更好更快地适应工作岗位的需要，有效保证课堂教学的质量。

5 基于CDIO模式的实践教学内容优化与改革

本課程是一门理论与实践紧密联系的课程，只有将理论应用于实践，才能促使学生更好的掌握和理解相关知识。首先，目前学校部分楼宇顶部已经安装了光伏发电系统。在进行理论教学的同时，根据现有条件，在一些相关知识点的学习过程中，可以增加实训环节，通过现场讲解及参观，加强学生对知识的理解。同时，可以进行实际的动手操作，观察实际的光伏发电输出结果，教学过程更加直观形象，学生也可以参与到光伏发电系统的日常维护工作中去，有助于调动学生的学习兴趣及主动性，以及提高学生的动手能力[5]。其次，增加学生到光伏相关企业中参观实习的机会。目前在洛阳已有多家大型光伏企业，因此具备参观学习的条件和机会。通过以后不断加强和光伏相关企业的联系与合作，为学生争取更多的实习和实训的机会。最后，加快光伏发电仿真平台的设计与实现。前期的光伏发电平台电路在课程学习过程中，由学生和老师共同设计完成。在设计实验电路的过程中，学生的动手能力及问题分析能力得到了锻炼与提高。实验电路的功能及严谨性有待进一步讨论和完善，因此从电路的设计到最终光伏发电平台的开发还需要相当一段时间才能完成。光伏发电平台开发完成后，能够满足课程基本的实验及实训项目的需要。

6 结语

光伏发电技术是一门光伏专业的核心课程，由于光伏行业发展较快，因此授课教师需要不断提高和丰富光伏专业领域的相关知识，并将最新的行业知识融入到教学过程中，避免学生专业知识和毕业去向脱节的问题发生。本文针对我校在光伏发电技术这一课程教学中存在的问题，同时分析了当前理论教学内容、实践教学内容及教学方法与社会对创新型技术人才需求之间的差距，借鉴国内部分高校在CDIO模式下的教学改革经验，基于CDIO模式对“光伏发电技术”这一课程进行了教学改革与探索。新的教学实践结果表明，基于CDIO模式下对课程进行的改革，提高了学生分析问题和解决问题的能力，同时仿真实验平台的开发能够切实提高学生的实践能力，考核方式的改进能够全面考查学生的综合能力，切实达到提高课程教学质量和提高学生综合素质的双重效果。

【参考文献】

[1]向鹏，倪世兵等.浅析高校光伏专业人才培养的发展方向[J].课程教育研究，2015（22）：225.

[2]克劳雷.重新认识工程教育国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，沈民奋等译.北京：高等教育出版社，2009.

[3]张伟，王丽云.CDIO教学改革中的教学质量评估系统[J].辽宁大学学报，2013，40（3）：213-219.

[4]马永力，候玲英.CDIO模式下电子技术课程教学研究[J].湖北理工学院学报，2017，33（1）：67-70.

[5]张国斌，张树军，等.基于CDIO模式的学生实践能力的培养[J].实验室科学，2014（1）：126-127.