基于OBE理念的《電機控制》課程改革探索

摘要：傳統(tǒng)《電機控制》課程教學(xué)存在理論抽象、課時較短、互動不足等方面的問題，難以培養(yǎng)學(xué)生獨立解決復(fù)雜電機控制問題的能力。與此同時，昂貴的實驗設(shè)備也限制了學(xué)生的實踐活動。文章將基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育（OBE）理念引入《電機控制》課程教學(xué)中，提出一種強調(diào)學(xué)生能力培養(yǎng)和能力訓(xùn)練的、面向市場需求的教學(xué)方法，改變原有授課過程只以理論為主的授課內(nèi)容，將案例和電機控制實驗結(jié)合起來，著重訓(xùn)練學(xué)生對電機控制原理的理解和MATLAB軟件的工程應(yīng)用，以滿足工程界和科學(xué)界對學(xué)生解決行業(yè)實際問題的綜合素質(zhì)的要求。相較于傳統(tǒng)教學(xué)方法，該方法使得學(xué)生能夠擺脫對實驗設(shè)備的依賴和繁雜理論知識的困擾，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、以能力為導(dǎo)向的新工科教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞：OBE理念;電機控制;課程改革

引言

《電機控制》課程是自動化、電氣工程及其自動化、機械電子工程、機器人工程等工科專業(yè)的主干課程，也是這些專業(yè)師生普遍認為難教難學(xué)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。一方面，本課程學(xué)習(xí)的始末都充斥著大量的理論公式，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師對電機及控制原理相關(guān)的知識點進行講解，這種充斥大量理論知識的教學(xué)方式使學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣;另一方面，隨著專業(yè)教學(xué)改革的深入，包含電機原理、電力拖動、運動控制等教學(xué)內(nèi)容的本課程，授課學(xué)時大幅壓縮，快速的授課進度給學(xué)生帶來了較大的心理壓力，難以跟上教師的授課節(jié)奏;第三，目前的授課思路仍然是理論基礎(chǔ)、公式提出、例題（公式應(yīng)用）為主，學(xué)生學(xué)習(xí)過程缺乏動手機會，與教師的互動較少;第四，三相交流電、電磁耦合等抽象復(fù)雜的概念，越來越難以在規(guī)定課時內(nèi)達到期望的教學(xué)效果。因此，非常有必要對《電機控制》課程進行教學(xué)改革研究。

1 ?課程改革思路

1.1前期的教改方式

作者所屬的《電機控制》課程教學(xué)團隊，在本課程多年的授課中積累了較為豐富的教學(xué)經(jīng)驗，對學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過程中遇到的困難比較了解，也曾經(jīng)對本課程講授中的教學(xué)資源和教學(xué)方法做了一定的探索和改善。雖然通過引入大量動畫演示和教學(xué)短片，在一定程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是培養(yǎng)出的學(xué)生遇到實際的工程問題時會出現(xiàn)無從下手的現(xiàn)象，難以滿足企業(yè)界對學(xué)生綜合素質(zhì)的要求。因此，有必要在本課程教學(xué)團隊多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，做進一步的課程改革研究與實踐。

1.2提出的教改方式

基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE），是一種面向市場需求的、重點強調(diào)學(xué)生能力培養(yǎng)和能力訓(xùn)練的教育模式[2]。OBE帶來的教育理念摒棄了以往“堆砌式”的課程體系構(gòu)建方法，更加強調(diào)面向行業(yè)需求來培養(yǎng)學(xué)生，使學(xué)生能更好的滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此，很有必要開展基于OBE理念的《電機控制技術(shù)》課程教學(xué)改革研究，以滿足工程界和科學(xué)界對學(xué)生解決行業(yè)實際問題的綜合素質(zhì)的要求。

2 ?教改內(nèi)容

所提出的教改方式的實現(xiàn)路徑遵循從第一層次的教學(xué)內(nèi)容框架設(shè)置，到中間層的每一章節(jié)的具體內(nèi)容模塊組織，到第三層次的綜合實驗與三級項目設(shè)置。

2.1教學(xué)內(nèi)容框架設(shè)置

將基于OBE教學(xué)理念，在清晰電機原理、電力拖動、運動控制等教學(xué)模塊的各章節(jié)知識對能力培養(yǎng)的方向的基礎(chǔ)上，首先提出案例與案例問題;然后闡述理論內(nèi)容，說明原理、方法和應(yīng)用條件，利用MATLAB軟件的電力系統(tǒng)工具箱SimPowerSystems予以仿真實現(xiàn)的過程;最后再結(jié)合案例內(nèi)容與學(xué)生互動，讓學(xué)生提出解決方案并利用SimPowerSystems解決案例問題。另外，在案例問題解決的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生討論電機運動控制領(lǐng)域中的相關(guān)參數(shù)設(shè)置與優(yōu)化問題。

2.2教學(xué)內(nèi)容模塊組織

改變原有授課過程只以理論為主的授課內(nèi)容，在內(nèi)容模塊上包括各章節(jié)及對應(yīng)小節(jié)的能力培養(yǎng)提示、案例與案例問題、案例思考與運動控制實踐、習(xí)題等，同時在每章中緊密結(jié)合MATLAB軟件應(yīng)用，設(shè)置多個典型實驗及代表性三級項目內(nèi)容。

2.3交互式內(nèi)容設(shè)計

將案例和電機控制實驗結(jié)合起來，提供案例分析情景，給學(xué)生提供電機運動控制方法的應(yīng)用素材，增加控制方法的方案設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。實驗內(nèi)容的安排是基于對電機控制原理的理解和MATLAB軟件的工程應(yīng)用，而三級項目的設(shè)置是為了指導(dǎo)學(xué)生開展運動控制方法和控制規(guī)律的綜合應(yīng)用與實踐。通過多種形式，讓學(xué)生在電機運動控制原理的基礎(chǔ)上，增加學(xué)生與教師的互動案例，實現(xiàn)利用理論知識解決工程實踐中的多類運動控制問題。

3 ?課程特色

將以專業(yè)共性課程《電機控制》的學(xué)習(xí)為切入點，以工程知識、問題分析、工程能力（如使用現(xiàn)代工具）、通用能力等培養(yǎng)為引導(dǎo)，在知識體系結(jié)構(gòu)上進行了調(diào)整和創(chuàng)新，體現(xiàn)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐和教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐，增強學(xué)習(xí)內(nèi)容的針對性、實用性。其特點與創(chuàng)新點如下：

（1）以O(shè)BE理念組織該課程的教學(xué)內(nèi)容，知識點介紹中有意識地強化目標(biāo)導(dǎo)向的教育理念。

（2）將現(xiàn)代工具—MATLAB科學(xué)軟件與直流電機原理、直流電機工作特性與控制、異步電機原理、異步電機運行與控制等知識點相融合。以此提升學(xué)生綜合利用理論知識以及現(xiàn)代工具來解決工程實際問題的能力，更利于學(xué)生畢業(yè)后快速融入企業(yè)研發(fā)團隊。

（3）注重深究問題本質(zhì)的能力的培養(yǎng)。在傳統(tǒng)授課中，三相對稱電路一般是通過大量理論推導(dǎo)，將其簡化為單相電路，學(xué)生常常浮于公式的推導(dǎo)[3]。與此不同的是，本教改內(nèi)容將從數(shù)學(xué)建模出發(fā)，通過電磁暫態(tài)方程，來學(xué)習(xí)和研究電機，展現(xiàn)電磁暫態(tài)過程，通過MATLAB編程演示時間相量和空間矢量的動態(tài)變化過程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)MATLAB電力系統(tǒng)工具箱SimPowerSystems的同時，也能夠通過跟蹤程序源代碼的實現(xiàn)來深化電機及運動控制原理的理解。

4 ?結(jié)語

擬基于OBE理念實現(xiàn)對《電機控制》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的改革和探索，通過對學(xué)生實施該改良型授課方法，一方面，使學(xué)生將案例和電機控制實驗結(jié)合起來，加深對電機控制原理的理解和MATLAB軟件的工程應(yīng)用，以滿足工程界和科學(xué)界對學(xué)生解決行業(yè)實際問題的綜合素質(zhì)的要求;另一方面，使學(xué)生對《電機控制技術(shù)》的學(xué)習(xí)興趣大幅增加，與授課教師的互動明顯增加，主動融入課堂學(xué)習(xí)，緊跟授課教師的授課節(jié)奏進行相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)，解決實際工程問題的能力顯著提升。所提出的教學(xué)改革內(nèi)容的實踐和實施，符合以學(xué)生為中心、以能力為導(dǎo)向的新工科教學(xué)改革思路。

參考文獻：

[1] 年珩，王垚鑫，趙建勇等.基于自動代碼生成的電力電子及電機控制教學(xué)實驗平臺設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2021，38（10）：220-226.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2021.10.040.

[2] 姚靜，王佩.基于OBE教學(xué)理念的項目驅(qū)動式專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計——以《液壓與氣壓傳動》為例[J].教學(xué)研究，2017，40（03）：87-91.

[3] 陳眾.電機模型分析及拖動仿真——基于MATLAB的現(xiàn)代方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017：9-10.

作者簡介：刁世普（1988—），男，漢族，河南鄧州人，講師，博士，主要從事機器視覺、機器人控制及機器人運動規(guī)劃方面的教學(xué)和科研工作。

基金項目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（編號：201902163003）