基于CDIO 的太陽能工程課程體系建設研究

青春耀 陶紅歌 劉圣勇 黃 黎 趙淑蘅

（1.河南農業大學，河南 鄭州 450002；2.河南省生物質能源與納米材料國際聯合實驗室，河南 鄭州 450002）

太陽能產業作為新興產業具有技術密集型的特點，近年來太陽能熱水產業、光熱發電產業、光伏發電產業的快速發展引起對相關人才需求的劇增，因此，也催生了不少國內外大學及科研院所開展相關課程和專業的培養，諸如，國外澳大利亞的新南威爾士大學設立了專門的光伏與可再生能源工程學院， 開設了光伏與太陽能本科專業； 德國弗勞恩霍夫太陽能研究所現有近200 名學生（含博士）開展太陽能技術和發展的研究和教育，已成為歐洲最大的太陽能研究所（FhG-ISE）。國內， 山東建筑大學和力諾瑞特合作在建筑學專業下設立了太陽能建筑一體化方向； 中科院、 上海交通大學、浙江大學、東南大學、中山大學等成立了相關的研究所，從事太陽能光熱、光電利用技術的研究，同時培養博士、碩士高層次研究型人才。 此外，其他國內大學紛紛設立太陽能相關專業，課程方向圍繞太陽能光熱、光電、太陽能制冷等領域不一而足[1-2]。 然而可以看出，盡管一些科研院所及高校成功的成立了太陽能相關的專業、培養了相關人才，但目前國內外均未形成比較完整、 成熟的太陽能技術人才培養體系以及相關太陽能工程課程教育的課程體系。因此，本文就太陽能課程體系建設進行探討研究， 以期更好地為培養太陽能工程技術人員探索出一個行之有效的模式。

CDIO 工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[3-6]。 本文太陽能課程以CDIO 為基礎進行其課程體系的探索研究。

1 太陽能課程體系教學方式創新，解決構思（Conceive）問題

長期以來，我國本科教學中都是倡導以教師為主導作用的教學方式，采用上面老師講，下面學生聽的教授模式，學生主動性有待提高，不能發揮學生的思考能力，忽視了學生在學習過程中的主體作用，不利于學生創新能力的提高。太陽能工程課程如果采用學生自主式教學，上課過程中引導學生主動思考，主動動手，可以提高學生的創新能力和思維能力。大力推進啟發式、探究式、討論式、參與式教學，完善教學方式的改革，可以發揮學生在教學活動中的主體作用，解決了CDIO中的“構思”問題。

2 太陽能課程教學內容創新，解決設計（Design）問題

太陽能工程課程內容涉及內容廣，包含范圍大，部分研究領域具有前沿性而部分領域接近傳統行業則實操性強?，F有的理論教學普遍存在前沿跟蹤性不強、授課內容落后于技術發展要求的情況；相應的實踐教學一般注重實際操作和動手能力的培養，缺乏學生研究能力的培養，且實操能力培養呈現片面性和滯后性。因此，理論教學過程中應更注重學生科研能力的提高，引導學生向高層次研究型人才發展，抓源頭；實踐中注重工程應用培養、動腦設計與動手操作相結合，抓落地，著重解決CDIO的“設計”問題。

3 太陽能課程教學方向改革，解決實現（Implement）問題

太陽能工程教學是抽象思維與形象思維，理論知識與實驗活動相結合的教學過程，對培養學生科學素質、創新思維、創新意識、動手能力、分析問題和解決問題的能力有重要的作用。以提高學生的創新能力和實踐能力為改革方向，強化學生創新能力培養，解決CDIO中的“實現”問題。

4 太陽能課程教學體系改革，突出運作（Operate）問題

太陽能教學效果評價一般采用考試成績與實驗成績相結合的模式，雖然易于操作、量化統一、易于考查，但也存在著考核內容單一、考試內容枯燥、實驗動手簡單，學生的自主性和創新性不能發揮的問題，直接影響教學效果。因此，要對課程教學評價的體系進行改革。此外，學校對課程教學的評價體系主要是學校進行學期中期或是期末教學檢查，實踐教學是教學檢查的弱點，學生對實驗教學的評價沒有相關的評價體系，加強實踐教學體系的建設，建立實踐教學質量監督與評價制度，建立以學生與機構并行的常規性實踐教學質量監督與評價機制，提高實踐教學水平、保證實踐教學的運行與發展，切實保障實踐教學質量和效果。

5 研究成效

對太陽能課程進行上述CDIO的探索和研究后，形成了如圖1所示的太陽能工程課程體系，該體系以CDIO為舵，以理論和實踐為兩翼，理論翼展開為理論課程前沿追蹤、理論課程統籌分類、理論課程設計理念傳授囊括工程設計指導的教學模式等，而實踐翼則展開為室內實驗、測繪分析等實操手段配合實驗實習報告等考核手段，構成了一個完整的教學體系。

圖1 基于CDIO的太陽能工程課程體系示意

上述教學體系在河南農業大學進行了初步嘗試，取得了一定的效果。首先是課程吸引力增強。對能源動力及農業建筑與能源工程專業的近三年問卷調查表明，見表1，基于CDIO的太陽能工程課程體系建設支持率有了大幅提升。

表1 太陽能工程課程近三年支持率

其次是文化考試成績逐步提升，由于對課程的興趣增加、理解增強，課程測試成績近年逐步提高，相應的及格率也有所提升。見表2。

表2 太陽能工程課程近三年考試成績

再次是實操及測繪成績，太陽能工程課程體系建設在河南農業大學實行期較短， 囿于成本及技術因素，如實操及測繪可以聘請專家來現場打分，但實現起來仍有諸多障礙，因此造成課程考查體系的量化方式不足，一些實操及測繪的成績只能由任課教師憑借專業經驗給出定性的成績。 但從整體來看，近年來加入實操和測繪作業后學生動手能力及思考問題的水平均有所提高。

6 結語

本文應用CDIO 理念對太陽能課程體系建設進行了探索和研究，以CDIO 為中心，體現理論與實踐的兩翼，注意構思與實踐，探索實踐表明，CDIO 方法可以有效地指導太陽能課程體系建設，提供了相關專業課程及專業建設的有益思路。