基于OBE一CDI0理念的電力系統(tǒng)分析課程混合式教學(xué)改革與實(shí)踐

文章編號：1671-489X（2025）14-0045-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.14.045

0 引言

自2017年教育部推進(jìn)新工科建設(shè)以來，各高校紛紛響應(yīng)，積極探索教育改革新路徑，實(shí)現(xiàn)了從新工科1.0到2.0的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化了工程教育的辦學(xué)目標(biāo)，提出了對高級工程人才的知識結(jié)構(gòu)、價值能力、情感目標(biāo)的新要求。在未來勝任工作的同時，學(xué)生還應(yīng)具備終身學(xué)習(xí)、行業(yè)責(zé)任感、家國情懷以及推動工業(yè)進(jìn)步必備的品格和價值觀[]。

對課程進(jìn)行教學(xué)改革，是實(shí)現(xiàn)新工科要求的重要途徑之一[2]。電力系統(tǒng)分析是面向電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，通過對該課程的學(xué)習(xí)主要，學(xué)生應(yīng)系統(tǒng)掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)的基本概念，系統(tǒng)建模仿真及分析方法，培養(yǎng)解決復(fù)雜電力系統(tǒng)及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際電力工程問題的能力，具備電力從業(yè)人員應(yīng)有的職業(yè)道德感和責(zé)任感。電力系統(tǒng)分析涉及較多的公式和計算，且與高等數(shù)學(xué)、電機(jī)學(xué)、電磁場等課程緊密相關(guān)。學(xué)生雖然具備一定的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力，但是由于對知識的掌握不夠系統(tǒng)全面，因此，在學(xué)習(xí)時難免會出現(xiàn)只注重理論學(xué)習(xí)而忽視實(shí)際工程實(shí)踐的情況。且在學(xué)習(xí)過程中，部分學(xué)生會只注重知識的基礎(chǔ)部分，忽視對高階知識的挖掘和研究，從而影響學(xué)習(xí)效果。隨著高校工程教育認(rèn)證工作的推進(jìn)，電氣專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)也應(yīng)該隨著電力企業(yè)的人才需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化[3]，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式和理念，著重提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力和探究學(xué)習(xí)能力。這就很有必要對電力系統(tǒng)分析課程進(jìn)行教學(xué)改革，基于OBE—CDIO理念的電力系統(tǒng)分析課程混合式教學(xué)改革與實(shí)踐應(yīng)運(yùn)而生。

1電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)分析是電氣類專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)核心課，通過該課程的教學(xué)可以為后續(xù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動化等課程打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。經(jīng)過近五年的教學(xué)實(shí)施和不斷改革，該課程依然存在以下問題。

1. 1 理論教學(xué)現(xiàn)狀

周口師范學(xué)院電力系統(tǒng)分析課程于2018年開設(shè)，開設(shè)時間較短，對課程的建設(shè)仍然處于初期探索階段。由于教學(xué)內(nèi)容理論性過強(qiáng)，需要電路、電機(jī)學(xué)、電磁場、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等多門先導(dǎo)課程作為支撐，電力系統(tǒng)分析課程目前依然采用傳統(tǒng)的以教師為主、學(xué)生為輔的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生參與度不高、教學(xué)推進(jìn)困難，教學(xué)效果不理想，亟待改變教學(xué)模式和理念，以教學(xué)創(chuàng)新去迎合知識信息爆炸帶來的學(xué)生接受知識方式的改變。

1.2 實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

由于受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、師資力量和電力行業(yè)特殊性等條件的限制，電力系統(tǒng)分析課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對比較單一，與實(shí)際電力行業(yè)所需的實(shí)踐技能相差較遠(yuǎn)；且實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相對較少，難以實(shí)現(xiàn)高階性實(shí)踐技能培養(yǎng)目標(biāo)。另外，目前的實(shí)驗(yàn)成績部分依然以實(shí)驗(yàn)報告完成度作為主要參考目標(biāo)，不能充分體現(xiàn)對學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的多元化考核評價過程。

2基于OBE—CDI0理念的電力系統(tǒng)分析課程混合式教學(xué)改革策略

基于OBE一CDIO理念4的混合式教學(xué)改革總體策略以電氣行業(yè)人才需求為整體導(dǎo)向，以教學(xué)改革模式為支撐，驅(qū)動課程培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。本文從工程教育自標(biāo)著手，堅持以教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的雙向教學(xué)模式為支架，建立多元化評價反饋機(jī)制，形成電力系統(tǒng)分析課程的整體改革思路，具體見圖1。

2.1教學(xué)理念與改革路徑

OBE（OutcomeBasedEducation）理念即成果導(dǎo)向教育理念，自在美國和澳大利亞等國家成功應(yīng)用后，目前已被運(yùn)用到全世界的工程教育改革中。該理念突破傳統(tǒng)的教育理念，提出教學(xué)活動應(yīng)以學(xué)生為中心，要求教師以學(xué)生未來工作崗位上的知識目標(biāo)和能力目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，制定合理的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)需求、教學(xué)活動、教學(xué)評價和教學(xué)改進(jìn)策略，并通過在教學(xué)中的反向設(shè)計達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，從而更好地滿足企業(yè)對高素質(zhì)工程應(yīng)用人才的需求。

CDIO（Conceive—Design—Implement—Op -erate）工程教育模式指的是教育者應(yīng)以學(xué)生的基本能力為出發(fā)點(diǎn)，為學(xué)生設(shè)計“概念一方案一設(shè)計一實(shí)施一操作一總結(jié)一反思”一體化的工程背景下的教育模式。該模式打破傳統(tǒng)教育模式，利用成果和項目驅(qū)動人才培養(yǎng)體系，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，有效提高學(xué)生的理論知識、工作技能、團(tuán)隊合作和工程應(yīng)用等能力，使得學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來的工作崗位需求，形成重視理論、強(qiáng)化實(shí)踐、力求創(chuàng)新的三位一體的人才培養(yǎng)模式。

通過將OBE理念和CDIO工程教育模式有機(jī)融合，能夠培養(yǎng)符合行業(yè)需求的高級工程人才。本文從電力系統(tǒng)分析需求的電力系統(tǒng)設(shè)計、電力系統(tǒng)生產(chǎn)、電力系統(tǒng)施工三個工程應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合OBE理念確定的設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化教學(xué)目標(biāo)，通過反向設(shè)計確定實(shí)踐教學(xué)基本思路，將電力系統(tǒng)分析課程的理論知識點(diǎn)融入實(shí)踐教學(xué)，以達(dá)到相互促進(jìn)的目的。同時，將CDIO工程教育模式應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)，對學(xué)生在不同知識點(diǎn)上的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價與持續(xù)改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)工程教育能力目標(biāo)和實(shí)踐教學(xué)過程的良性發(fā)展，由此設(shè)計基于OBE一CDIO理念的電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革路徑，如圖2所示。

2.2一體化教學(xué)目標(biāo)

OBE理念需要教師制定針對學(xué)生培養(yǎng)方案中各項畢業(yè)指標(biāo)所應(yīng)具備的能力的教學(xué)活動和教學(xué)策略。

為此，本文對電氣專業(yè)相關(guān)企業(yè)的行業(yè)需求進(jìn)行調(diào)研，如電力設(shè)計院、電力研究院、電力設(shè)備公司、電力建設(shè)單位和電力檢修單位等，據(jù)此確立設(shè)計、生產(chǎn)和施工的能力目標(biāo)，堅持以學(xué)生為中心的教育理念，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果及時進(jìn)行評價并持續(xù)改進(jìn)，確保學(xué)生能夠掌握電力系統(tǒng)分析工程項目的分析與管理。同時為保證實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的有效達(dá)成，結(jié)合OBE理念，不斷優(yōu)化整合電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)目標(biāo)，反向設(shè)計電力系統(tǒng)分析課程理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，并將工程教育理念貫穿實(shí)際教學(xué)全過程。基于OBE一CDIO理念的電力系統(tǒng)分析課程一體化教學(xué)目標(biāo)如圖3所示。

圖2基于OBE一CDI0理念的電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革路徑

圖3基于OBE一CDI0理念的電力系統(tǒng)分析課程一體化教學(xué)目標(biāo)

2.2.1 設(shè)計能力培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生利用電力系統(tǒng)分析理論知識針對電力系統(tǒng)復(fù)雜工程問題進(jìn)行設(shè)計、建模的能力，利用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電力工程中的輸配電工程、電力自動化、信息通信、新能源等進(jìn)行環(huán)境勘察、專項設(shè)計、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的能力。

2.2.2 生產(chǎn)能力培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行電力生產(chǎn)流程仿真和電力運(yùn)行狀態(tài)模擬的能力，利用知識技能模擬電力實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的能力。

2.2.3 施工能力培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識和實(shí)踐技能對電力施工現(xiàn)場進(jìn)行布置規(guī)劃的能力，編制電力施工計劃與模擬進(jìn)度的能力，對各種電力設(shè)備進(jìn)行吊裝、連接等虛擬施工仿真的能力，編制電力檢修和施工過程中的檢修計劃的能力。

2.3教學(xué)改革實(shí)施方案

CDIO工程教育模式專注于學(xué)生能夠主動參與工程化教學(xué)項目的全過程，是實(shí)現(xiàn)OBE理念的能力目標(biāo)的重要途徑之一。本文采用項目化教學(xué)，將電力系統(tǒng)分析課程的理論知識和實(shí)踐知識進(jìn)行分解，并在教學(xué)中從構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施和運(yùn)作四個環(huán)節(jié)去執(zhí)行，同時充分利用現(xiàn)代化信息環(huán)境和線上資源實(shí)施混合式教學(xué)，在實(shí)施過程中分為課前、課中、課下三部分進(jìn)行。教學(xué)改革實(shí)施方案如圖4所示。

2.3.1構(gòu)思（Conceive）環(huán)節(jié)：課前

主要利用線上資源和前測小結(jié)，及時調(diào)整本節(jié)知識點(diǎn)和教學(xué)任務(wù)，明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)，并根據(jù)行業(yè)需求，將行業(yè)企業(yè)所需的知識技能和實(shí)踐技能寓于教學(xué)目標(biāo)中。教學(xué)目標(biāo)包括知識、能力、素質(zhì)三維課程目標(biāo)：知識目標(biāo)側(cè)重于學(xué)生本節(jié)應(yīng)該理解掌握的電力系統(tǒng)的基本理論和分析方法；能力目標(biāo)側(cè)重于學(xué)生能夠利用所學(xué)理論知識解決電力系統(tǒng)中復(fù)雜工程問題的能力；素質(zhì)目標(biāo)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生精益求精、一絲不茍的工匠精神，以及作為電力人應(yīng)該具有的愛國情懷和職業(yè)責(zé)任感與使命感。

圖4基于OBE一CDI0理念的電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革實(shí)施方案

2.3.2 設(shè)計（Design）環(huán)節(jié)：課中

主要采用項目化教學(xué)法和案例驅(qū)動法。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分組并制定項目實(shí)施計劃書，討論并梳理項目任務(wù)書的工作重點(diǎn)、實(shí)施策略、實(shí)施步驟、計劃節(jié)點(diǎn)安排、成果形式等，對于實(shí)施計劃中的疑點(diǎn)與難點(diǎn)，可以及時向教師請教。

2.3.3 實(shí)施（Implement）環(huán)節(jié)：課中

學(xué)生有序開展項目任務(wù)，教師及時對學(xué)生項目開展情況進(jìn)行指導(dǎo)和講解。根據(jù)項目計劃時間安排和產(chǎn)出結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)，教師完成每個階段的審查后，學(xué)生方可進(jìn)行下一步。學(xué)生陸續(xù)完成模型選擇、仿真搭建和電路連接等任務(wù)書必須完成的內(nèi)容。

2.3.4運(yùn)作（Operate）環(huán)節(jié)：課中和課后

學(xué)生對于產(chǎn)出結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和匯報，分組展示、講解自己的項目成果，并完成其他各項教學(xué)活動。對于不同的操作環(huán)節(jié)，設(shè)置相應(yīng)的考核評價標(biāo)準(zhǔn)，包括學(xué)生自評、生生互評、指導(dǎo)教師點(diǎn)評等，全方位檢查學(xué)生是否達(dá)到課程的能力目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。通過線上布置基礎(chǔ)作業(yè)和拓展任務(wù)、答疑，教師對學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和總結(jié)，完成課后的評價與反饋，幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固教學(xué)內(nèi)容的同時，完成對OBE能力目標(biāo)和CDI0四個實(shí)踐環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)持續(xù)改進(jìn)。

將CDIO工程教育模式與OBE理念相融合，突出以學(xué)為中心的教學(xué)理念，即以學(xué)生的發(fā)展為中心、以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心、以學(xué)習(xí)成效為中心，采用混合式教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，學(xué)生則通過案例驅(qū)動法自主完成項目任務(wù)，有效提高工程思維、工程實(shí)踐能力和溝通協(xié)作能力。

3基于OBE—CDI0理念的混合式教學(xué)模式實(shí)施與評價反饋

本文以周口師范學(xué)院2020級電氣工程及其自動化專業(yè)73人班次的學(xué)生為例，對基于0BE—CDI0理念的電力系統(tǒng)分析課程混合式教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐和分析。整個教學(xué)過程選用北京交通大學(xué)的電力系統(tǒng)分析國家精品MO0C在線課程，并根據(jù)所選教材和專業(yè)定位，在學(xué)習(xí)通平臺補(bǔ)充自建相應(yīng)的學(xué)習(xí)視頻。

表1電力系統(tǒng)分析課程評價體系構(gòu)成

3.1 實(shí)施過程

以電力系統(tǒng)的接線形式為例，在構(gòu)思環(huán)節(jié)，選取周口市某一小型變電站作為工程項目，以設(shè)計改變電站的電力一次主接線圖為項目任務(wù)，任務(wù)書為以電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為依據(jù)，設(shè)計變電站的電力一次主接線圖，并開展電力工程設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化應(yīng)用。

在設(shè)計環(huán)節(jié)，學(xué)生對任務(wù)書進(jìn)行分解并分配任務(wù)，根據(jù)時間節(jié)點(diǎn)，制定實(shí)施計劃、技術(shù)路線和產(chǎn)出成果。在設(shè)計階段，由兩名學(xué)生完成變電站參數(shù)的選取，三名學(xué)生完成斷路器、隔離開關(guān)、母線、互感器等一次設(shè)備的相關(guān)計算和選型，兩名學(xué)生完成主接線圖的繪制和標(biāo)注。

在實(shí)施環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)分配任務(wù)，合作完成項目任務(wù)，并將產(chǎn)出結(jié)果交付給指導(dǎo)教師進(jìn)行審核；教師可以采用線上或者線下多種渠道對學(xué)生的產(chǎn)出成果進(jìn)行答疑和審閱，及時完成對產(chǎn)出成果的評價和反饋；學(xué)生根據(jù)反饋內(nèi)容進(jìn)行修正和改進(jìn)。

在運(yùn)行環(huán)節(jié)，待所有成果分享完成后，每個小組展示自己的設(shè)計圖紙，相互討論分享，根據(jù)圖紙成果，提出設(shè)計時存在的問題并引發(fā)思考討論；學(xué)生根據(jù)考評標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生生互評、學(xué)生自評等，可以針對不同的評價標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)出結(jié)果進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

3.2 評價反饋

該模式以多元化過程考核為原則，豐富了過程考核的形式，提高了過程考核在總成績中的比例，重點(diǎn)突出對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價。過程性評價中的作業(yè)、期中測評在學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行，隨堂測驗(yàn)和CDIO項目作業(yè)則是由線下課堂和超星學(xué)習(xí)通共同完成。通過學(xué)習(xí)通線上學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行在線作業(yè)和期中測評，完成對學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況的過程考核，通過CDIO項目作業(yè)完成對學(xué)生的實(shí)踐設(shè)計能力和溝通合作能力的過程考核，評價指標(biāo)如表1所示。

對基于OBE—CDIO理念的混合式教學(xué)模式的效果進(jìn)行驗(yàn)證，2020級采用該模式進(jìn)行教學(xué)，2019級采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行教學(xué)，兩個班級基礎(chǔ)相當(dāng)，且所選用教材、課程學(xué)時一致。兩個班級的成績對比如表2所示。對比結(jié)果顯示，通過開展基于OBE—CDIO理念的電力系統(tǒng)分析課程混合式教學(xué)改革，學(xué)生成績明顯提高，且平常成績與試卷成績高度正相關(guān)，說明本課程采用的混合式教學(xué)多元化過程性考核評價方式科學(xué)有效。本課程將持續(xù)改進(jìn)，不斷提升學(xué)生的知識掌握能力和素養(yǎng)。

表2學(xué)生綜合成績分布表

4結(jié)束語

本文融合OBE理念和CDIO工程教育模式，采用混合式教學(xué)模式，對電力系統(tǒng)分析課程進(jìn)行改革和實(shí)踐，實(shí)施過程中體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、教師主導(dǎo)的教育理念，并通過項目化教學(xué)和工程案例，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)的深度融合。實(shí)踐表明，該教學(xué)改革模式能夠有效提高學(xué)生的參與度與學(xué)習(xí)質(zhì)量，并鍛煉學(xué)生的工程應(yīng)用能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，對培養(yǎng)電氣類復(fù)合型應(yīng)用人才具有重要意義。

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