基于OBE模式的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)改革

梅 林， 楊麗君， 孫玲玲， 張 楠

(1. 燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院國家級電子實驗教學(xué)示范中心， 河北 秦皇島 066004；2. 燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004； 3. 燕山大學(xué) 機械工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)

在進(jìn)行工程教育認(rèn)證的背景下，以全新的工程教育模式進(jìn)行電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)改革的探索和實踐具有重要的現(xiàn)實意義[1-2]。以我校2011級至2013級電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)本科生為實施對象，緊扣工程教育理念，針對學(xué)生在實驗環(huán)節(jié)中應(yīng)獲得的知識和技能設(shè)計實驗內(nèi)容，打破傳統(tǒng)以理論驗證為主的單聲道實驗教育模式，強調(diào)雙聲道互動模式下學(xué)生參與實驗方案構(gòu)思、設(shè)計、操作和演示的整個環(huán)節(jié)，綜合考慮能力矩陣分布設(shè)置實驗教學(xué)目標(biāo)和考核方式，并持續(xù)改進(jìn)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性和提升學(xué)生解決工程問題的專業(yè)技能。

1 面向工程教育認(rèn)證的OBE教育模式

我國的高等教育在經(jīng)濟(jì)全球化的影響下，正逐步為培養(yǎng)出獲得國際認(rèn)可的工程人才進(jìn)行著工程教育改革，加入國際化認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)認(rèn)證是具有國際標(biāo)準(zhǔn)化的實施方法[3]。《華盛頓協(xié)議》是國際工程師互認(rèn)體系中最具權(quán)威性、國際化程度較高、體系較為完整的協(xié)議， 主要針對國際上本科工程學(xué)歷資格互認(rèn)。

2013年3月，我國被接納為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備成員。2016年6月，我國成為第18個《華盛頓協(xié)議》正式成員。作為教育部選定的全國2所考察院校之一，我校材料成型及控制工程、電子信息工程專業(yè)接受了《華盛頓協(xié)議》國際觀察員考察。

工程教育認(rèn)證下人才培養(yǎng)觀的核心理念即以產(chǎn)出作為導(dǎo)向的OBE( outcome-based education)教育模式。OBE教育模式關(guān)注于學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出(即學(xué)生學(xué)到什么)，圍繞“定義預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出—實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出—評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出”的主線，體現(xiàn)出其“以學(xué)生為中心”“產(chǎn)出導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”的核心教育理念[4-5]。

2 基于OBE模式的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)改革

2.1 綜合實驗教學(xué)目標(biāo)調(diào)整

工程教育認(rèn)證要求根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)制定覆蓋12條通用標(biāo)準(zhǔn)的具有自己學(xué)科及辦學(xué)特色的專業(yè)畢業(yè)要求，畢業(yè)要求細(xì)化為可衡量、可評價、有邏輯性和專業(yè)特點的指標(biāo)點[6]。依據(jù)細(xì)化的指標(biāo)點設(shè)置課程體系，以及根據(jù)課程特點結(jié)合課程與畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度矩陣(專業(yè)能力矩陣)確定各門課程具體的教學(xué)目標(biāo)，從而支撐相應(yīng)指標(biāo)點。

我校2015年依據(jù)工程教育認(rèn)證要求重新修訂所有專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和能力矩陣等，表1即為電氣工程及其自動化專業(yè)最新修訂版畢業(yè)要求和本課程能力矩陣相關(guān)匯總信息點，一級指標(biāo)點下還設(shè)有二級指標(biāo)點用以細(xì)化能力矩陣(此處僅列出一級指標(biāo)點)。電力系統(tǒng)綜合實驗作為多學(xué)科交叉綜合應(yīng)用型實驗課程的定位，需要其對本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)知識、專業(yè)工程技能、工程綜合運用能力和工程素養(yǎng)等指標(biāo)點以及所對應(yīng)的畢業(yè)要求有較強的支撐。因而根據(jù)最新修訂版信息，基于現(xiàn)有實驗設(shè)備及資源，對電力系統(tǒng)綜合實驗課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行重新調(diào)整。

表1 電力系統(tǒng)綜合實驗課程與畢業(yè)要求一級指標(biāo)點關(guān)聯(lián)度

表1(續(xù))

調(diào)整后的教學(xué)目標(biāo)要求通過電力系統(tǒng)綜合實驗課程，使學(xué)生了解整個電力系統(tǒng)的組成與概況，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用電力系統(tǒng)自動裝置、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、供配電自動化等電力專業(yè)理論知識解決實際工程問題；使學(xué)生具備檢索、查閱手冊規(guī)范等技術(shù)資料的自主學(xué)習(xí)能力；能夠掌握實驗平臺基本原理并可使用、操作相應(yīng)設(shè)備或軟件進(jìn)行分析；能夠通過團(tuán)隊協(xié)作進(jìn)行實驗方案的討論、構(gòu)思、設(shè)計和實施；實驗過程中具有創(chuàng)新意識，能夠?qū)σ延蟹椒ㄌ岢龈倪M(jìn)措施或進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。調(diào)整后的教學(xué)目標(biāo)緊密貼合能力矩陣要求，更好地覆蓋和支撐相關(guān)的專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點，從而進(jìn)一步支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2 綜合實驗教學(xué)內(nèi)容更新

依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案和畢業(yè)要求，結(jié)合分析本專業(yè)能力矩陣中本課程對畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)度，基于OBE工程教育模式的核心理念，根據(jù)電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)目標(biāo)，確定合理可行的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)內(nèi)容。實驗內(nèi)容設(shè)計上體現(xiàn)電力系統(tǒng)專業(yè)綜合實驗的多學(xué)科交叉性特點，融合工程教育理念。實驗項目選題具有工程背景，實驗不再是某一理論的單純性驗證或簡單性設(shè)計，而是通過方案設(shè)計解決實際工程問題。

基于OBE工程教育模式的電力系統(tǒng)綜合實驗包含5個實驗項目，分別為電力系統(tǒng)自動裝置綜合實驗項目、配電網(wǎng)靜態(tài)模擬及微機保護(hù)設(shè)計實驗項目、常規(guī)三相四線制系統(tǒng)設(shè)計及綜合監(jiān)測實驗項目、數(shù)字動態(tài)實時仿真系統(tǒng)及閉環(huán)110kV線路保護(hù)實驗項目和電網(wǎng)虛擬仿真綜合設(shè)計實驗項目。實驗內(nèi)容涉及電力系統(tǒng)的設(shè)計、規(guī)劃、調(diào)度、監(jiān)控、運行控制及二次設(shè)備調(diào)節(jié)、測量、保護(hù)的理論和技術(shù)，融合電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動裝置、變電站綜合自動化等多門專業(yè)課的相關(guān)知識點。本實驗室提供WDT-IIIC電力系統(tǒng)綜合自動化實驗臺、PS-7G型電力系統(tǒng)微機監(jiān)控實驗臺、配電網(wǎng)靜態(tài)模擬綜合仿真實驗系統(tǒng)、KLD-9300綜合自動化系統(tǒng)、電能綜合監(jiān)測實驗臺、電力系統(tǒng)動態(tài)實時仿真系統(tǒng)、110 kV線路保護(hù)屏和電網(wǎng)調(diào)度虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)軟件等一系列實驗平臺資源。實驗項目的設(shè)計和實施需要學(xué)生綜合運用專業(yè)知識在所提供的實驗平臺上解決實驗項目中相應(yīng)的工程問題。

2.3 綜合實驗教學(xué)形式改革

在實驗教學(xué)模式的改革探索中，打破以往常規(guī)的“教師講解+學(xué)生操作+結(jié)果分析”的傳統(tǒng)實驗形式，依據(jù)工程教育模式思路調(diào)整為“討論設(shè)計+方案實施+展示驗收”的新型項目式實驗教學(xué)形式。“產(chǎn)出導(dǎo)向”的教學(xué)形式改革中，學(xué)生從被動操作的角色轉(zhuǎn)化為主動設(shè)計參與的角色，積極調(diào)動學(xué)生實驗的自主創(chuàng)新能力[7-9]。

基于每個實驗項目內(nèi)容設(shè)計出的階梯型實驗題目，既貼近工程實際背景可利用現(xiàn)有實驗資源，又可供不同層次學(xué)生選擇[10-11]。

(1) 討論設(shè)計階段。學(xué)生分組根據(jù)不同的實驗選題要求，通過查閱技術(shù)資料和所學(xué)專業(yè)技術(shù)知識，并結(jié)合實驗平臺資源進(jìn)行實驗方案討論，最終設(shè)計并優(yōu)化出一種實驗方案。

(2) 方案實施階段。熟悉掌握實驗平臺設(shè)備或軟件的基本操作，依據(jù)設(shè)計方案利用實驗平臺完成相應(yīng)接線、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、仿真建模、軟件操作等一系列實驗運作，得出相應(yīng)實驗結(jié)果。

(3) 展示驗收階段。分組進(jìn)行實驗項目驗收和答辯，展示實驗成果和收獲。

在實驗過程中指導(dǎo)教師作為輔助指導(dǎo)者，幫助學(xué)生把控方案設(shè)計的合理性和可行性、監(jiān)控實驗操作實施的規(guī)范性和安全性、考核實驗設(shè)計的難易度和實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度。在整個實驗環(huán)節(jié)中，學(xué)生完全處于主導(dǎo)地位，自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題，有效地培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運用學(xué)科知識解決工程問題的能力。

2.4 考核辦法及評價反饋機制構(gòu)建

傳統(tǒng)實驗教學(xué)的考核通常采用“實驗預(yù)習(xí)+實驗操作+實驗報告”的評分形式，此種考核辦法不能完全滿足在工程教育模式下對學(xué)生實驗過程考核、專業(yè)知識技能和素養(yǎng)區(qū)分度評判等的需求[12]。遵循 “以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向”的工程教育理念，進(jìn)行了基于OBE工程教育模式的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)考核辦法的探索。考核評分點的設(shè)置依據(jù)課程專業(yè)能力矩陣要求，覆蓋需要考核的專業(yè)知識、技能、運用能力和工程素養(yǎng)等指標(biāo)點；考核評分點各自占比地制定參考課程對于各項畢業(yè)要求的支撐強度，分配不同的分?jǐn)?shù)，以區(qū)分貢獻(xiàn)度；制定可細(xì)化分級的考核評分標(biāo)準(zhǔn)，使考核評分具有規(guī)范性和可操作性，可以合理有效地評定學(xué)生專業(yè)知識掌握情況和相關(guān)技能水平。考核辦法的一級分類信息如表2所示，每個評分點和指標(biāo)點下面還設(shè)有更細(xì)化的二級信息，以便更加準(zhǔn)確、合理地進(jìn)行分級評定考核(此處僅列出一級考核分類信息)。

表2 電力系統(tǒng)綜合實驗課程考核一級分類信息

“持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念貫穿于基于OBE工程教育模式的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)全過程，為確保實驗課程目標(biāo)的達(dá)成度，構(gòu)建評價反饋機制用以評價實際的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，進(jìn)而對實驗課程進(jìn)行反思，并用于指導(dǎo)后續(xù)的改進(jìn)活動。評價反饋機制是基于單個學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)、產(chǎn)出考核情況，通過統(tǒng)計分析得到整個專業(yè)對于此實驗課程支撐的所有指標(biāo)點的學(xué)習(xí)情況。通過對所設(shè)定的各個指標(biāo)點的學(xué)習(xí)成果分析，可以綜合評價本實驗課程的實際學(xué)習(xí)成果，即本實驗課程的目標(biāo)達(dá)成度。根據(jù)目標(biāo)達(dá)成度，實時動態(tài)地調(diào)整實驗?zāi)繕?biāo)、實驗內(nèi)容、實驗?zāi)Ｊ胶涂己朔绞降龋瑢崿F(xiàn)此實驗課程教學(xué)的

持續(xù)改進(jìn)[13]。此外，在評價反饋機制中輔助以其他考量因素，如與學(xué)生座談進(jìn)行學(xué)生問卷調(diào)查、后續(xù)專業(yè)綜合訓(xùn)練實踐課程和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)反饋等。

3 結(jié)語

已于去年向教育部授權(quán)的中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會提交了電氣工程及自動化專業(yè)工程教育認(rèn)證申請，并已通過初審獲批受理，即將于今年接受認(rèn)證評估。在近幾年積極籌備專業(yè)工程教育認(rèn)證的工作中，緊扣工程教育認(rèn)證要求，在實驗環(huán)節(jié)推進(jìn)基于OBE工程教育模式的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)改革。從近3年教學(xué)過程反響、課程考核情況、學(xué)生測評效果以及指導(dǎo)教師對后續(xù)專業(yè)綜合訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計的反饋來看，此實驗教學(xué)的改革和探索已經(jīng)初見成效，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運用專業(yè)知識和技能解決工程問題的能力，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和團(tuán)隊合作等的意識。

在基于OBE工程教育模式的電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)的改革中，也發(fā)現(xiàn)了受實驗設(shè)備數(shù)量限制需多次循環(huán)排課、學(xué)生選題難易度把控不到位、對于工程規(guī)范常識認(rèn)識掌握不足等需待改進(jìn)的方面。工程教育提出“持續(xù)改進(jìn)”，因此課程改革要在不斷探索中“持續(xù)改進(jìn)”，為本專業(yè)工程教育認(rèn)證評估添磚加瓦，更為培養(yǎng)國際型工程人才不斷做出貢獻(xiàn)。

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