基于CDIO模式下电力系统分析课程教学的探讨.pdf

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1、第?卷 第?期?年?月南京工程学院学报(社会科学版)Journal of Nanjing Institute of Technology(Social Science Edition)Vol.?,No.?Sep.,?文章编号:?2?(?)?2?2?基于CDIO模式下电力系统分析课程教学的探讨收稿日期:?2?2?;修回日期:?2?2?基金项目:南京工程学院高等教育研究基金项目(GY?)作者简介:毕睿华,硕士,讲师,主要从事电力系统分析课程教学和电力信息化相关研究。E2mail:biruihua?.com毕睿华,刘海涛,李 军(南京工程学院电力工程学院,江苏 南京,?)摘 要:CDIO(Conce

2、iving Designing Implementing Operation,即构思 设计 实现 运作)是国际创新型工程教育模式。将CDIO国际化教学工程教育模式应用于当前电力系统分析课程,建立基于矩阵教学模型的新型授课系,同时,在能力本位的课程质量观的指引下,把课程实践项目和授课体系有机结合,能有效提高工程人才培养质量。经过教学实践环节的检验,该教学体系符合电力系统分析教学的特点,取得了较好的教学效果。关键词:CDIO;矩阵教学模式;能力本位中图分类号:G?文献标识码:A CDIO(Conceiving Designing ImplementingOperation,即构思、设计、实现、运作

3、)是国际创新型工程教育模式,它是由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学历经四年的研究成果。CDIO以产品研发的全过程为载体,培养学生工程基础知识、个人、人际团队和工程系统这四个方面的能力。CDIO工程教育的理念是充分利用大学学科齐全、学习资源丰富的条件,以尽可能接近工程实际,涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计项目为主要载体,结合专业核心课程的教学,使学生得到全面的训练和提高。构思、设计、实施和运作包含了对概念和实践的理解和创新,对科技和非科技的各种制约条件的理解与妥协,对实践能力的培养和对产品的改善提高以及对社会、历史、环境的反思和对服务的创新?2?。我国现行的工程教育脱胎于前苏

4、联的专业教育模式?,该模式采用适应计划经济要求的专业定向培养,造成学生知识面狭窄,学习缺少自主性和创造性;学科教育与工业实践脱节,学生在现代工业生产中赖以生存和成长的团队精神、交流能力和多学科、系统掌控能力方面几乎得不到任何发展。采用CDIO教育模式从理念到课程再到教学、评估进行整体教育改革,改变传统教育模式,可提高工程人才培养质量。电力系统分析是电力类各专业的一门主干技术基础课程。课程的目标是使学生掌握电力系统的潮流、故障、稳定的系统计算和电力系统运行的安全、优质、经济的系统控制的基本理论和基本技能,学会典型系统的分析和综合方法,培养进行电力系统设计的初步能力。通过教学改革,将CDIO模式应

5、用在电力系统分析教学之中,可进一步提高学生电力系统设计能力。一、CDIO模式下的新型授课体系电力系统分析课程授课运用矩阵教学法,其纵向和横向各分三层(如图?所示)。图?CDIO模式下新型授课体系?.纵向在课堂授课环节,教师要按照教学大纲和教学计划来安排课堂授课,上课之前充分备好教案等相关材料。教案应由三部分组成:教学单元首页、单元备课笔记和教学单元末页。教学单元首页中,教师应该提炼出授课的主要内容,授课要达到的目的以及对学生理论和能力的要求,提出内容中的重点和难点及教学方法。教学单元末页中,授课教师应做好本单元的知识归纳总结,拟定出作业题和思考题,并对学生解题进行启发,对本单元教学心得进行总结

6、。辅导小组授课应安排在课余时间,要求全体学生参加。一个班分若干组,每周提供每组?个学时的课程辅导,为拓宽理论知识的外延打好基础。理论实践小组授课主要针对对电力系统分析课程有浓厚兴趣的学生,结合其在辅导小组中的表现来参与丰富的科研活动,提高学生创新能力。?.横向在电力系统分析的理论实践背景介绍这一环节中,教师要讲解相关理论的生存环境和发展环境,指导学生选取自己感兴趣的理论加以深入学习。在电力系统分析的应用仿真环境介绍这一环节中,教师要讲解理论应用的计算机仿真实践工具,如:MATLAB、ETAP等。通过熟悉实践工具,进一步增加学生理论学习并应用于实践的兴趣。最后,由教师拟定难度适中的应用课题,组织

7、学生分组开展研究。这些课题应该基于课程的重点理论知识,同时又有所拓展,比如:用ETAP仿真并分析电网中牵引变电所给潮流带来的影响;用MATLAB仿真并分析两种系统模型中暂态稳定;用MATLAB仿真电力系统潮流计算的各种算法等等。电力系统分析课程在授课中运用矩阵授课教学,对一个自然班进行分行分列的授课,有利于解决大众教育和精英教育之间的矛盾,为打造研究型的学院提供学生思想基础和专业技术基础,有利于提高团队意识。教师要预先明确所授课程在本专业知识结构中的地位和作用,以及学生学习课程应该掌握的基本知识和能力,要特别强调相关知识与实践的有机联系;应从实际或已有知识中发现和提出问题,引导学生思考,应用所

8、学知识探究规律和致力创新;教学中安排丰富的设计性和综合性实验,让学生亲自动手,主动学习,提供更多的实践机会,增强概念学习,强调发现问题、分析问题和解决问题能力的培养,建立和加强学习反馈机制。二、CDIO模式下课程实践项目课程实践项目设计的核心思想是鼓励学生进行主动学习和综合学习,开展学术研讨活动,推动学生学习系统构建、模型分析、算法比较、仿真开发、科学结论分析等技能。在课程实践项目中,教师只起引导作用,通过专题讲座、技术研讨、案例研究等形式启发学生的创新思维。通过CDIO模式下的课程实践,学生对于所选研究对象进行物理模型分析,可以培养用数学逻辑方法准确描述电力系统拓扑结构、反映系统行为的参数体

9、系、系统行为的能力。通过物理模型向数学模型的转化,抓住系统变化的关键参数,并通过关键参数的变化抓住系统行为及后果,可以培养学生描述系统的能力。对多种数学模型比较、推倒重建的过程可以培养学生取舍和抉择的能力。该项目开设可以完全跳出学生个体能力的差异,不同水平的学生可以选择不同复杂度的适合自己的研究对象,按照要求完成各个环节,同样起到能力锻炼和巩固知识的作用。另外,优秀的选题和成果可以用于替代今后教案中陈旧老套的案例,为更新教学素材作充分的积累。以项目名称是基于MATLABSIMULIN K的电力系统暂态稳定仿真研究课程实践项目为例。依据CDIO的?条标准制定教学大纲,要求学生学习并研究搭建电力系

10、统模型、仿真环境的使用、仿真方法的选择、仿真系统结构的参数化、编程序进行仿真,更重要的是在实际的仿真研究中体会到实践的真实感和工程应用的意义。这突破了传统的学习模式,增加了自学的内容、动手的机会,培养了自主研究的能力。依据CDIO的标准,课程实践项目的实施主要分为以下几个阶段?。?.明确项目任务,构思设计方案项目组根据任务书的要求,结合现有设计平台构思实施方案,由于没有项目设计经验,教师要对学生提出的方案进行审核,并提出参考意见,让学生修改完善。方案完成后要进行任务细分,构思相应的技术路线和制定研究工作进度。?.学科体系知识的综合准备这个阶段要求学生对相关知识点进行融合、强化和提高,教师要做好

11、学生自学的引导工作,要求他们学会有选择、有目的地主动学习,同时要求他66 南京工程学院学报(社会科学版)?年?月们学会利用互联网这个平台,寻找支撑的理论体系和技术资料。?.项目开发项目开发阶段主要完成数学模型搭建和仿真程序设计,是项目训练的关键。由于小组成员各自分工不同,要求他们要经常沟通,不要各自为战。碰到疑难问题,教师要引导他们学会工作过程中的再学习,寻找解决问题的途径。教师也可适时举办技术讲座,或组织成员开展技术研讨会、经验交流会等,以拓宽学生的创新思路,使其专业技能和人际交往技能均能从各种经验教训中得到提高。?.项目评估项目完成后,项目组必须提供规范的设计图纸资料、调试报告和系统使用说

12、明并写出结题报告。由学生对自己的工作结果进行自我评估、总结,再由教师进行综合评分。实践项目的评估主要从选择对象的复杂程度(?%)、系统模型设计的科学性(?%)、理论及算法的严谨性(?%)、算法的改进以及项目的撰写水平(格式、图片和文字)(?%)四个方面对项目进行评价?。课程实践项目占课程成绩的?%。另外,学生不能被动地接受成绩,师生应该共同讨论、评判项目工作中出现的问题,找出造成问题的原因。三、CDIO模式下新型课程质量管理模式新型授课模式需要转变传统课程质量管理的指导思想,应该由过去的知识本位的课程质量观转变为能力本位的课程质量观(如图?所示)。即由过去以知识的灌输为目标的授课管理模式转变到

13、基于CDIO思想的以能力实践为目标的授课管理模式中去?。图?能力本位课程质量观要做到这一点,第一,需要转变教师原有的一些授课习惯、思想和观念,要将CDIO精神灵活地贯穿在教学活动当中。第二,要将新型的课程质量观传递给学生。第三,在课程质量管理方面,还需要进一步开拓思路,寻求一种能引导和深化课程质量的管理方法。课程质量管理体系应该立足于激发教师授课的积极性和创造力,立足于对学生学习兴趣的诱导力,立足于科学、严谨的授课流程上。因此,笔者认为课程质量管理体系应该包括约束体系、监督体系、激励体系、反馈体系(如图?所示)。图?课程质量管理体系构成图在约束体系中,应该通过各种规章制度在管理者、教师、学生中

14、形成工作规范和约束机制;在监督体系中,应该通过院系领导、同行教师及教学督导员的听课制度、教学质量学生联系小组工作制度等形成监督体系;在激励体系中,应该通过相关措施形成激励机制;在反馈体系中,应通过教学督导员评价、学生课堂教学评估、听课反馈等机制,使教学方法的改进和教学效果的提高落到实处。为了提高反馈速度,将整个教学活动分解为很多小环节来缩短反馈周期,可以及时监控教学质量和效果?。另外,对于电力系统分析这门课,在节的反馈环节上,测试内容比较紧扣课堂内容,综合性较低;在章的反馈环节上,测试内容融合前后知识,有较高综合性;而对于课程实践项目这一环节,测试内容具有最高综合性,应该集中体现工程推理以及实

15、验和知识发现的关系,要根据学生的层次制定不同难度学习目标的考核内容。四、结束语电力系统分析课程系统性、实践性强,特别适用于模拟仿真教学手段,适合在此基础上实施新型授课模式。课题组细化教学重点,仔细拟定各个教学重点的仿真实践项目,切实有效地组织学生投入到新授课模式学习中去,取得了较好的教学效果。76第?卷第?期 毕睿华,等:基于CDIO模式下电力系统分析课程教学的探讨 课题组在学生中进行调查统计,?份有效反馈学生意见中,有?份(占?%)赞成立即实行CDIO新型教学模式,?份(占?.?%)认为还应继续观察,只有?份(占?.?%)认为不适应CDIO新型教学模式。这说明大多数学生认可CDIO教学模式。

16、通过实践,新型授课模式还对教师提出了三个要求:第一,要保持课堂授课和课程实践项目的紧密联系,坚持课程实践项目的收集和整理工作;第二,教师需要参加到社会实践中,保持与产业界的合作;第三,针对不同的学生,教师在课堂讨论过程中的引导和启发方式需要不断改变,以保证学生的积极性和课堂讨论的效果。参考文献:?林艺真.CDIO高等工程教育模式探析J.哈尔滨学院学报,?,?(?):?.?陆小华,熊光晶,陈珠琳.设计导向的工程教育改革理念J.高等工程教育研究,?,?(?):?.?万金华.基于CDIO模式的综合训练项目的探索J.现代企业教育,?(?):?.?王红志,李积彬,费跃农.基于CDIO能力培养的机械原理课

17、程项目实践J.高教论坛,?,?(?):?.?张璇,李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践J.计算机教育,?(?):?.?胡雄心,邑远,高红俐.CDIO模式下模电授课模式的探讨J.电气电子教学学报,?,?(?):?.Studies on Power System Analysis Curriculum TeachingBased on CDIO ModelBI Rui2hua,LIU Hai2tao,LI Jun(School of Power Engineering,Nanjing Institute of Technology,Nanjing?,China)Abstract:

18、CDIO standing for Conceiving Designing Implementing Operation is an international and innovative educational pro2gram aimed at producing engineers.Based on the matrix teaching model,a new teaching system is constructed using CDIOteaching model.Under the guidance of competency2based curriculum qualit

19、y,the combination of practices and teaching canpromote the would2be engineersqualities.The teaching practices show that the teaching system is in line with the characteris2tics of power system analysis teaching,and prove to be highly effective.Key words:CDIO;matrix teaching model;competency2based86 南京工程学院学报(社会科学版)?年?月