基于OBE理念的電力電子技術課程教學改革

沈虹 王曉寰 張瑩

摘要：針對用人單位人才需求及課程特點，將OBE教學理念引入電力電子技術課程，通過課上討論、項目等多個環節引導學生掌握基本工程實踐能力，以便畢業后迅速進入崗位角色。

關鍵詞：OBE理念；電力電子技術；項目式教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）16-0118-02

一、背景

“電力電子技術”是電氣工程與自動化專業及相關專業的一門重要專業基礎課，是集實用性、工程性、綜合性于一身的課程[1，2]。電力電子技術在裝備制造、新能源開發、電能質量控制、民用產品等方面有著廣泛的應用，根據麥可思數據調查和畢業生、用人單位的反饋，我校培養的學生綜合素質較高，能夠滿足用人單位的需求，但工程實踐能力方面仍需提高，這一方面不能夠適應應用型人才的培養要求，不能夠快速地進入崗位角色。高校必須培養出具有較強動手能力的應用型人才，改變滿堂灌、與實際相脫節的傳統教學方法[3]，電力電子技術課程的培養應全面貫徹以能力為導向、以學生為主體、以教師為主導的教育教學理念，突出學生創新實踐能力的培養，引導學生自主學習和實踐，注重知識、能力、素質的綜合培養，尊重學生的個性發展。為適應社會需求以及用人單位的需要，電氣工程及其自動化專業建設指導委員會按照學校修訂教學計劃的要求，并結合OBE教育理念，創新“電力電子技術”課程內容，結合“電力電子技術”課程的特點，建立OBE模式下的課程標準，進一步明確了“電力電子技術”課程的目標，明確教學活動重點內容，采用項目式教學，突出了在本課程中培養工程實踐能力的要求。

二、項目式教學法實施步驟

項目式教學法，即在教師的指導下，將一個相對獨立的項目交由學生團隊處理，信息收集、方案設計、項目實施都由學生自己負責，學生通過該項目的進行，了解并把握整個過程及每一個環節的基本要求。學生在教師的指導下親自處理一個項目的全過程，在這一過程中學習掌握教學計劃內的教學內容。學生全部或部分獨立組織、安排學習行為，解決在處理項目中遇到的困難。

學生需分組按照三個階段完成下述內容：

1.完成立項申報：包括立項依據，項目的研究內容，研究目標以及擬解決的關鍵科學問題，擬采取的研究方案及可行性分析，本項目的特色之處，研究計劃及預期研究結果，團隊成員介紹，技術條件的論證，成本預算。

2.完成項目研究報告：控制系統設計，包括系統穩態結構圖和動態結構圖，動、靜態性能指標分析，調節器結構選型，器件選取，調節器參數設計，動、靜態性能指標校驗。電源設計及保護，包括供電電源設計、控制電源設計、系統保護設計。

3.項目報告及答辯用PPT。完成實體制作與性能測試分析報告，包括產品零部件加工與采購，產品組裝與調試，性能測試，競賽。

三、項目式教學法實施手段

1.立項申報階段：項目題目在課程開始時確定。學生按照規定時間將項目設計方案進行匯報，并就方案的性能、成本、效率等方面與老師和同組同學進行討論。通過完整項目申報流程這種體驗式教學方式，加強學生對電力電子技術的基礎知識和實踐能力的培養，并使其在溝通能力、團隊合作能力等方面得到鍛煉。組內討論結束后，學生將繼續進行項目方案的完善及后續的項目實施。例如，以某種應用背景的DC-DC變換器PWM控制系統為設計內容，應用于光伏發電系統，手機充電器，叉車調壓調速等。要求根據設計題目和任務要求，查閱相關參考圖書和資料；理論分析和計算，設計、修改系統方案；必要的仿真或實驗；以組為單位完成項目報告一份；項目答辯。

2.生成項目報告階段：將理論課程和課程研究項目教學過程存在的相關技術問題和理論問題融于討論，以學生上臺講演和討論為教學形式，深入研究探討各個階段所涉及到的知識點及其在工程中的應用，以具體問題的理論解析和提出解決問題的方法為討論內容，引導學生積極思考、學會學習、主動學習，綜合訓練學生能力，提高學生綜合運用本專業知識，分析、理解和解決本專業及相關行業的理論和實踐問題的能力。學生應根據項目題目及課程的進度，按時完成相應的內容。項目分為課內學時和課外學時。項目的課內學時要求學生集中對項目的研究工作進行相互評議及討論。學生以團隊形式通過設計電路、制作電路、調試電路、測試波形等來完成知識點內容學習。項目以教師命題為主，教師設定系統參數、功能、指標。學生負責電源、控制系統、驅動系統等方面的設計，包括考慮選取器件的成本。項目采取競爭式方案，首先4—5人一組進行方案設計，然后同一方案進行分組競爭，從中選3組優秀方案，繼續進行項目優化、設計、制作。各團隊在項目進行過程中，既要具有一定技術銜接，又要各有所重。項目實施過程中團隊之間互評、互比、互助，形成有效競爭模式與協作模式。同時，采取定期組織各組進行項目進展討論、匯報的方式，解決所遇到的技術問題，有效推進各組進度。對PWM控制系統進行實驗調試。四人一塊控制電路板，一塊電源板，一套調試設備包括示波器，萬用表等，分別按照老師給定的各組數據，各自獨立完成調試，記錄實驗波形，并針對實驗現象進行分析。

3.組織答辯階段：以小組為單位，兩個組做同一個案例。學生在課外查找、閱讀和分析相關的知識內容，總結、整理并撰寫報告，做成PPT。每一個案例由抽簽決定上臺陳述的小組和主匯報人，陳述時間為10分鐘，最后每個小組上交一份分析報告（電子版）。陳述完后，同一案例未陳述的小組提出問題并討論，其他同學參評（依所需要討論的具體內容，總結存在的主要問題，在課堂上在老師引導下進行討論），討論時間為5分鐘，最后由老師點評。要求所有同學必須參加討論課，否則討論成績為零。

項目將以答辯和競賽的形式進行驗收。答辯結束后，學生需及時上交項目研究報告、圖紙、實物。

四、制定相應的項目式教學考核標準

為保證課程目標的達成，課程的考核也是一個很重要的環節，OBE教學要求考核應全面反映課程的教學目標，同時應包含所有的學生。為此本課程的項目式教學內容通過討論、作業、實驗、項目多個環節進行考核，并根據各個環節中所承擔的教學目標權重進行疊加，用來評價學生的學習效果，并進行持續改進。這里只介紹課內項目評分標準，其他與本文所述無關。項目評定標準分為學生自評成績（10分）、指導教師評分（20分）、作業成績（10分）、討論課成績（10分）、項目設計制作及仿真實驗（40分）、研究報告（10分）幾項。其中，學生自評成績由本組學生相互打分，組長簽字后上交給指導教師，每組學生平均分不超過16分，最高分與最低分的分差不小于5分，重點考察學生在整個項目完成過程中的貢獻大小；指導教師成績由指導教師根據學生出勤、平時表現、仿真及實驗結果等給學生打分，平均分為16分；作業成績依據學生作業實際得分計算；討論課成績考察資料的查閱、知識熟練運用及體會（占6分），PPT上臺講演和回答問題（占4分）；項目設計制作及實驗部分答辯匯報占20分，實物競賽占20分；研究報告主要考察報告的整理及撰寫。

五、教改效果

通過本課程的項目式教學，使學生具備下列能力：

1.能夠運用數學、電路理論和工程基礎的基本概念，分析電力電子變換器的基本原理，建立數學模型，表述電能變換的問題。

2.能夠運用電力電子基礎理論、數量關系對典型電力電子變換器主電路進行參數計算和設計，并能夠設計控制方案和開展仿真研究。

3.能夠結合工程實例設計不同應用背景電力電子變換器的控制電路，完成機理分析及實驗調試等一系列工作，解決工程問題，培養合作能力。

經過課后調查問卷統計，與常規授課方式相比，項目式教學學生參與的程度大，給了學生自由發揮的空間，學生對這種教學方法反應較好。通過“電力電子技術”課程改革，實現了讓學生在“做中學”、“做中提高”，強化了對學生的專業知識的應用能力、組織管理能力、團隊合作意識的培養，對專業后續課程起到了一定的支撐作用。

參考文獻：

[1]王兆安，劉進軍.電力電子技術（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]王曉剛，王佳慶，林婷.“電力電子技術”教學改革的探索[J].電氣電子教學學報，2007，（2）：13-15.

[3]顏文旭，許德智.電力電子技術課程教學現狀及改革對策[J].高等教育，2016，（12）：87.