基于OBE-CDIO理念的“電力電子技術”課程教學改革

劉婷婷　陳小玲　毛玲　聶菁　魯艷旻

摘 要：為實現(xiàn)電力電子技術課程培養(yǎng)應用型工程技術人才的總體目標，基于以成果為導向，工程教育模式的教育理念，對電力電子技術課程進行教學改革，在教學內容，教學方式，教學設計等方面進行改革的探索與實踐，以OBE理念構建教學目標并反向設計教學模式，結合CDIO的工程教育理念，以項目驅動式和線上線下相結合的混合式教學設計實施教學，經(jīng)過教學實踐驗證取得了一定的改進效果。

關鍵詞：電力電子技術 OBE-CDIO 項目式教學 線上線下

1 引言

電力電子技術是電氣工程，智能電網(wǎng)等電類專業(yè)的核心課程，同時也是部分高校電氣類研究生復試專業(yè)課程內容。本課程主要講述功率半導體器件、四類電力變換電路的基本電路拓撲結構、工作原理、設計計算及其應用等方面的知識。在課程教學過程中的痛點問題有：（1）概念抽象、電路拓撲多、波形復雜、計算繁雜；（2）理論和實踐結合不夠緊密，學生綜合應用能力不夠；（3）學生學習主動性不強，團隊合作不夠；（4）教師課內教學與學生課外學習交流互動不夠。

為了解決上述教學中的疑難問題，引入了OBE-CDIO相結合的教育理念，積極開展課程的教學改革，注重項目實踐，將理論知識與工程應用有機結合起來，構建“以學生為主體，以培養(yǎng)工程應用能力為核心”的課程體系。充分運用項目式教學，將實際工程項目和虛擬仿真相結合，以項目為導向，結合學習通在線發(fā)布任務，學生線下小組討論，小組形式匯報展示。課程的評價考核注重過程性評價，鼓勵學生注重平時的仿真大作業(yè)，引導學生養(yǎng)成自主學習的好習慣，提高教學效果。

2 基于OBE理念設計課程目標

OBE（Outcome based education）教育理念，又稱為成果導向教育、能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育。OBE教育理念是一種以成果為目標導向，以學生為本，采用逆向思維的方式進行的課程體系的建設理念，是一種先進的教育理念。電力電子技術課程的理論性及工程實踐性較強，以培養(yǎng)應用型工程技術人才為總體目標。課程目標具體包含知識目標、能力目標以及育人目標三個方面：

（1）知識目標

熟悉各種電力電子器件的特性和使用方法，在具體電路應用中能夠對電力電子器件進行選型和使用；理解和掌握四類電力變換電路，對應具體電力變換要求，能夠利用理論分析和仿真分析等手段，會選擇和設計相應的電力變換電路。

（2）能力目標

能夠正確分析電力變換電路的工作原理、控制方法，進行相應電路設計及實驗仿真分析，并能進行簡單的項目設計。

（3）育人目標

通過課程實踐，培養(yǎng)學生團隊合作意識及溝通表達能力，使學生具有理論聯(lián)系實際、實事求是的科學態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。培養(yǎng)學生敢于探索、勇于實踐、創(chuàng)新進取的工匠精神。

3 基于CDIO理念構建教學設計

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動地、實踐地、在課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO將畢業(yè)生的能力分為基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預定目標 。

3.1 項目式教學設計

電力電子技術課程采用CDIO工程教育模式為理論基礎，項目式教學和線上線下相結合的混合式教學設計，將傳統(tǒng)的“以教師為中心”轉變?yōu)椤耙詫W生為中心”，學生由被動灌輸轉變?yōu)樽灾鲗W習。打破傳統(tǒng)教學模式，將知識點模塊化，以工程教育模式為基礎，以項目方式驅動學習，巧妙融合理論課堂和工程應用項目，在實踐中充分理解和鞏固理論知識。有機結合線上平臺，通過學習通線上發(fā)布項目任務，組織分組實踐，線上討論交流，把知識內容多層次多角度展現(xiàn)給學生，學生可以充分利用碎片時間自主自學。

根據(jù)課程的核心變流技術章節(jié)，設計實際電源項目，設計原則是由淺入深，且涵蓋到相應的理論知識點。由于實際的電源項目綜合性較強，設計存在一定的難度，因此增加了PISM/MATLAB仿真項目，根據(jù)不同的電路拓撲結構劃分，選取經(jīng)典的入門對電路電路進行仿真練習。虛實結合的電源項目和仿真項目確定后，將學生進行分組，5-6人為一小組，按照不同的項目主題進行學習，每個人都需要分配具體的任務，且要分配貢獻度。小組任務按照翻轉課堂的形式，結合線上線下的模式，進行最終的成果展示及匯報，根據(jù)小組成績按照不同貢獻度的權重給每個學生打分。

2.2 課程內容設計

本課程既注重電路拓撲設計和波形分析技能的培養(yǎng)，同時增加軟件仿真、工程項目的實踐教學內容，以保證教學內容的理實結合以及工程應用需求。課程內容的設計讓學生掌握電力電子器件的原理特性和應用選型，以及新型電力電子器件、新技術新材料知識的拓展延伸；讓學生掌握核心的四大變流技術，結合實驗教學和項目式教學，掌握典型電路分析設計及軟件仿真的能力，并學會設計簡單的電力電子系統(tǒng)。課程內容設計和目前電源技術的發(fā)展緊密聯(lián)系，同時也注重與后續(xù)實踐環(huán)節(jié)銜接。項目式教學的過程中，充分利用線上+線下的混合模式，通過MOOC，學習通平臺，B站等網(wǎng)絡資源，拓寬學生的知識面，拓展實踐項目的指導以及自主學習的能力。本課程在學習通上建立了作業(yè)庫和試卷庫，線下建立了仿真資料庫，充分檢驗學生的學習情況，學生也可以利用課后時間學習和討論。

2.3 課程思政設計

在完成課程的理論教學同時，課程思政也要做到自然融入，將思政元素和理論知識有機結合。以升壓變換器為例，在講解升壓電路拓撲結構時，低幅值電壓變換為高幅值電壓，需借助電感元器件先儲能，再釋放能量，起到電壓泵送的作用，疊加輸入電源，實現(xiàn)升壓功能。有電感元器件作用為切入點，引導學生在實現(xiàn)目標的路上，要沉淀知識，積蓄力量，敢于拼搏，通過努力不斷向上攀登，實現(xiàn)心中的理想。

4 OBE-CDIO理念的課堂教學及管理實施

4.1 三段式項目化教學

（1）課前任務發(fā)布，學生預習

借助于學習通的課程網(wǎng)絡資源，改變了傳統(tǒng)學習只在課堂的現(xiàn)狀，將學習從課堂延展到課堂外，鼓勵和發(fā)動學生自主學習，自主探究。基礎知識由課前在線學習完成，課堂中著重解決章節(jié)重難點問題以及習題解答等。

（2）課中營造互動、高效學習環(huán)境，師生互動、生生互動，提升學生自主學習能力，適應學生的個性化學習需求。通過原理分析和仿真波形吸引學生的興趣，鼓勵其探索和實踐。

（3）課后各小組進行討論。要借助信息化技術平臺，形成逐步迭代提升的課程資源，同時通過CDIO反饋機制讓教學設計進一步優(yōu)化，為每一個學生提供適合的教育。

4.2 線上線下相結合

線下采用五步教學法，包括課程導入、復習舊課、引入新知、講授新知、鞏固新知。前兩步為課頭，明確教學目標，組織教學，檢查復習，利用學習通發(fā)布任務和討論，隨機選人作答或到講臺實現(xiàn)翻轉課堂教學；三四步為課中，講解鞏固新知識，期間可結合網(wǎng)絡資源，展示動畫視頻，發(fā)布隨堂練習，提出問題，展開小組討論。充分發(fā)揮教師的主導作用，使用最恰當?shù)慕虒W手段，表達出課程的內容及重難點，并有機融合課程思政，有效引導學生思考。第五步為課尾，及時進行課堂小結，讓學生通過本堂課的學習達到會分析解題、能歸納記憶、善拓展應用的目的。

有效利用學習通線上平臺，靈活教學。線上發(fā)布任務，線下討論指導改善傳統(tǒng)線下課堂教師滿堂灌的教學氛圍。學習通二維碼簽到，簡單高效；隨機選人，課堂表現(xiàn)TOP10，發(fā)布討論等功能可活躍課堂氣氛，增加趣味性和互動性，充分調動學生的學習積極性和自主性。同時，學習通線上平臺能夠提供課堂報告、學情統(tǒng)計、成績統(tǒng)計等信息，并以可視化圖表的形式反饋給老師。師對班級整體情況，甚至每一個學生的詳細學習情況一目了然，老師可以根據(jù)學生的學情及時調整教學內容及進度安排。教師也可以根據(jù)反饋情況進一步完善教學設計和考核評價。在開課前，教師在學習通建好課，準備好課程資源，同時創(chuàng)建好釘釘群，在教學過程中，隨時答疑解惑，分享拓展的前沿知識和資源。

4.3 以學生為中心，師生角色的轉變

本課程內容電路拓撲結構繁多，波形分析復雜，傳統(tǒng)的填鴨式教學抽象枯燥。教師應轉變角色，引導學生由被動接受轉變?yōu)橹鲃訉W習，將要求教師由傳統(tǒng)的知識傳播者轉變?yōu)檎n堂實踐的組織者，選擇教學策略，確保學習有效性，開發(fā)知識資源，實現(xiàn)學習高效性；同時，教師是實踐體驗的參與者，教師在傾聽和交流中成為學習互動的參與者，在探尋知識的過程中讓學生的智慧發(fā)揮到最大值；在實踐過程中客觀、公正的評價，時?？隙?、鼓勵和表揚學生，教師是學生的賞識者。

另外，教學模式的轉變要求教師轉變教學風格，全方位提高自身的專業(yè)技能，實踐教學中應變溝通能力、解決問題的能力，做好傾聽者和溝通者的角色，教師嚴格要求，以身作則，學生將看到榜樣的力量，引導學生養(yǎng)成良好的學習習慣和思考分析能力。電力電子技術在開課前，均會建立釘釘群等與學生展開討論，老師答疑，分享網(wǎng)絡優(yōu)質資源，鼓勵學生即時反饋學習體驗，幫助學生解答問題。

4.4 考核評價設計

本課程考核采用形成性評價與結果性評價相結合，實現(xiàn)課程考核多元化、全面化，注重形成性評價。平時成績包括出勤（學習通簽到率）、翻轉課堂表現(xiàn)、學習通活躍度（主要有問題討論參與度，小組任務貢獻度，互評）、各章節(jié)作業(yè)完成度、仿真大作業(yè)項目五部分。大作業(yè)項目包括軟件仿真、報告、成果展示等環(huán)節(jié)，通過線上提交、線下匯報展示，組內自評與組間互評的方式進行評分考核并匯總。

5 實施效果和推廣價值

通過課程項目實踐，電力電子技術逐漸形成了獨具特色的教學模式。依托豐富虛實結合的項目教學設計和小組項目討論教學，通過項目進行了較好的師生互動和生生互動，實現(xiàn)了課內和課外理論和實踐的自然融合，并將反饋不斷的用于課程教學和項目的實踐教學中。實踐項目式教學以來，學生學習積極性有所提高，近兩年成績對比有所進步，2022年獲得校優(yōu)秀課程設計和教學質量獎，學生的教學評教為優(yōu)秀。

項目式教學強化了學生將理論與實踐相結合解決實際問題的能力培養(yǎng)，通過項目和學科競賽，打通第一課堂和第二課堂，使學生在綜合性、設計性、創(chuàng)造性比較強的實踐環(huán)境下獲得知識和體驗。近年來積極鼓勵學生參加挑戰(zhàn)杯、藍橋杯、工訓賽等，能夠將電力變換、控制驅動等知識應用于實踐中。

6 結束語

本教學改革積極探索了適合應用型人才培養(yǎng)目標的OBE-CDIO項目式混合教學模式，將課程教學與項目、競賽相結合，理論與實踐相融。通過小組學習，讓個體學習和團隊學習相互融合，解決了學生學習主動性不強和團隊學習能力不夠的問題，取得了一定的實踐效果。

基金項目：文華學院電氣教研室課題（項目編號：J09006603）。

參考文獻：

[1]姜翠翠，邱松山，張鐘，等.基于OBE教育理念的食品科學與工程專業(yè)教學改革與探討[J].農(nóng)產(chǎn)品加工， 2016（2）：3.DOI：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.02.024.

[2]林金燕，陳珍姍，黃永杰.基于OBE理念的項目式教學改革的探索與實踐——以《電力電子技術》為例[J].信息系統(tǒng)工程，2021，No.332（08）：162-164.

[3]閆庚龍.基于線上線下混合式教學的“電力電子技術”教學實踐與研究[J].現(xiàn)代信息科技，2023，7（05）：195-198.DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.05.048.

[4]鄒密，趙巖，段盼.“電力電子技術”線上線下協(xié)同教學改革與實踐——以電力電子技術為例[J].教育教學論壇，2021，No.523（24）：93-96.

[5]孟卓.OBE-CDIO模式下電力電子技術課程仿真教學改革研究[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（03）：246-247.