基于OBE理念的“电力电子技术”课程教学改革探索.pdf

工业和信息化教育Industry and Information Technology Education2023年8 月刊基于OBE理念的“电力电子技术”课程教学改革探索武海涛，田桂珍，田立欣，苏建强（内蒙古工业大学电力学院，内蒙古呼和浩特0 1 0 0 8 0)【摘要】电力电子技术是一门多学科交叉融合的学科，也是电气工程领域较活跃的专业方向。而作为高校电气工程及自动化相关专业重要基础课程的“电力电子技术”，进行课程建设、教学改革与探索符合时代趋势。以OBE理念为指导，对“电力电子技术”课程在课程目标、教学内容、教学模式及考核与评价等方面进行改革，并对教学改进方案进行探索。【关键词】OBE；电力电子技术；教学改革；专业认证【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】2 0 9 5-50 6 5（2 0 2 3）0 8-0 0 0 6-0 50引言提高工程教育质量，加强国际工程教育专业互认，对于提升我国工程技术人才的国际竞收稿日期：2 0 2 1-9-1 6作者简介：武海涛（1 9 8 0 一），男，内蒙古呼和浩特人，博士，副教授，研究方向为电力电子技术理论及实验教学、可再生能源发电；田桂珍（1 9 7 5一），女，内蒙古扎兰屯人，博士，教授，研究方向为电力电子技术理论及实验教学、微电网协调控制；田立欣（1 9 6 8 一），男，内蒙古包头人，本科，副教授，研究方向为电力电子技术理论及实验教学、新能源发电与储能技术；苏建强（1 9 8 3 一），男，内蒙古鸟拉特前旗人，博士，副教授，研究方向为电力电子技术理论及实验教学、无人平台机器人智能感知与运动控制。基金项目：2 0 2 0 年内蒙古工业大学校级课程建设项目“电力电子技术（线下课程）课程建设”（项目编号：RC2020011)06争力具有重要意义-2 。OBE（O u t c o me-b a s e dEducation）理念 3-4，将“教师教为中心”转变为“学生学为中心”。强调课程的教学目标是对学生的知识、能力、素质3 个方面的综合培养。强调在教学过程中要充分激发学生学习的主动性、积极性和实践性，积极培养学生树立正确的世界观、人生观、价值观及适应未来发展的能力。“电力电子技术”课程是普通高校电气工程及自动化相关专业重要的专业基础课 5，其本身具有较强的理论性和工程应用性。传统的教师“满堂灌”、学生“被动学”的课程导向教育模式难以调动学生学习积极性，也很难在知识、能力、素质方面对学生实现综合培养，学生不能更好地适应我国社会及行业未来发展需要，教学改革已刻不容缓 6-。以工程教育专业认证为背景，结合地方工科类普通高校的电气工程及自动化相关专业的人才培养目标，秉持OBE理念，从“电力电子技术”课程目标、教学内容、教学模式及考核与评价4个专题：OBE理念探索2023年8 月刊Column方面进行深人剖析，并探讨该课程教学改革的可行方案。1课程目标的设置1.1知识目标电力电子技术由电力学、控制理论、电子学等学科交叉而形成，发展非常迅速，被广泛应用到各个领域。“电力电子技术”课程是电气工程及自动化专业必修课，其涉及的基本概念、电力电子器件、电路分析及参数计算较多，强调基本概念、原理、分析计算方法的培养。为此，学生通过该课程的学习，可以达到以下目标：能够解释电力电子技术的基本概念，清晰认识电力电子技术的学科地位及其在各领域中的应用；了解典型电力电子器件（如不可控型器件一一电力二极管，可控型器件一晶闸管，全控型器件一一电力晶体管、门极可关断晶闸管、电力MOSFET管、绝缘栅双极型晶体管等）的结构、参数及开关工作特性；能够运用4类典型变换电路（整流、逆变、DC-DC、A C-A C）的运行特性分析并建立相应电路的输入输出数量关系，并对电路的输出电压、电流等关键参数进行计算。1.2能力目标传统教学理念仅注重知识的讲授，OBE理念更关注培养学生分析、解决问题的能力和综合应用知识的能力。在“电力电子技术”课程的教学中融入OBE理念的能力培养目标，使学生通过该课程的学习，可以达到以下目标：以电路作为理论基础，能够结合电力电子器件的开关特性分析典型电力变换电路电能变换和控制的基本原理，并能够针对不同性质的负载或一些特殊工况对电路运行的影响及电压电流波形进行分析；能够设计满足特定需求的电力电子装置或系统的解决方案，并对电路关键元器件进行选型或参数确定，初步掌握解决复杂工程问题的基本方法和原则。1.3素质目标OBE理念是实现对学生全面的培养，因此，课程目标既要包含知识目标和能力目标，更应重视实现素质目标。结合“电力电子技术”课程的具体教学内容，挖掘课程的思政元素，并在教学设计中融人课程思政。如展示电力电子技术在智能电网、可再生能源发电、交直流输电、轨道交通等领域中的最新应用和最新技术成果，让学生能够正确理解电力电子技术的发展与社会可持续发展的关系，建立正确的科学价值观和工程伦理观，增强爱国情怀。另外通过课程实验、设计作业等实践环节，培养学生严肃认真、求真求实的工作作风和发展、创新的工程素质。2孝教学内容的重组与优化教学内容的组织、教学设计的优化及课程资源的开发均要围绕知识、能力、素质等课程目标进行开展 9 。2.1矢知识层面“电力电子技术”课程主要介绍电力电子器件、典型电力变换电路和控制技术构成的变流技术 5，教学过程中存在基本概念琐碎、电路工作原理不易理解、波形变换抽象、参数计算复杂等问题，致使学生学习时不易消化。因此，要打破原有教材章节的限制，结合课程目标对教材内容进行整合和优化，使课程教学内容重难点突出，详略得当，让学生掌握扎实的电力电子技术的基本概念和基础知识，以及基本分析方法。“电力电子技术”课程内容包括电力电子器件和变流技术两部分。绪论章节解释电力电子技术的基本概念，清晰认识电力电子技术的学科地位、电力电子器件和变换装置的最新研究动态及7工业和信息化教育Industry and Information Technology Education其在各领域中的应用；介绍多种典型电力电子器件的结构、开关特性及其应用的共性问题；采用电路分段线性化的处理方法深入剖析4种典型电力变换电路的工作机理，并以此建立其输人输出的数量关系；重点分析PWM控制技术的原理及其在逆变电路中的应用；介绍软开关技术的概念和原理。在教学过程中教师充分扮演好引导的角色，帮助学生把所学的零散知识点绘制成一张知识结构图，不仅可以让学生更好地掌握和理解“电力电子技术”课程知识体系和知识结构，而且有利于学生对电力电子知识相互之间的逻辑关系有更清晰的认识。2.2能力层面以问题为导向，由实际问题引起学生的学习兴趣，由兴趣激发学生的学习主动性，让学习知识的过程变为学生发现问题、分析问题、解决问题的过程，使学生具备分析和解决电力电子技术电气工程和自动化相关领域复杂工程问题的能力。例如，笔者要求学生查阅电力电子技术在新能源发电、直流输电、开关电源、轨道交通等领域中应用的有关文献，并提交学习报告，总结电力电子技术在具体应用中涉及的一些技术问题；在后续章节讲解中将针对不同的教学内容采用启发式、讨论式、实验教学等多种方法，引导和激励学生去关注这些技术问题，并从理论和原理实验的角度对问题进行分析；作业环节，要求学生根据给出的系统设计要求，完成方案设计、元器件选型/参数确定、仿真验证及分析，最后整理结果并完成设计报告。2.3素质层面课上，通过分享我国在电力电子器件、应用领域的技术突破的事例，培养学生爱国情怀，使学生树立正确的价值观；在实验环节，训练学生对实验结果的分析和解释，使其能够将理论知识和实际现象进行对比，培养学生认真、严谨的工作作风和基本的工程素质；在作业环节，通过文献分析，了解相关行业发展与电力电子技术发展82023年8 月刊之间的相互影响，加强学生的工程素质和社会可持续发展意识。3孝教学模式的改革传统的教学模式教师是主体，系统授课，而学生只是被动地受教，缺乏主动地思考和参与 1 0 。OBE理念强调学生为主体，教师为主导，在整个教学过程中教师是引导者和辅助者。为此可以从以下3 个方面进行改革。（1）课堂教学融入信息化教学技术。随着互联网技术的发展，教学手段也丰富起来，在“电力电子技术”授课中可以将网络教学工具融入课堂（如优慕课、微助教、雨课堂等）。充分发挥这些辅助教学工具的优势，实现教师和学生多角度的互动，调动学生主动学习的积极性。优慕课只需学生在手机上安装相应的App即可使用，教师可以在讲授新内容前将预习内容（如1 或2 道思考题）上传至所建课程网络平台，让学生课前自行查阅资料进行分析和预习，课上教师结合思考题进行新知识的讲授，引导学生带着问题去听课，去主动思考、分析问题。下课前教师组织学生进行随堂练习，加深学生对课堂内容重点和难点知识的理解，也有助于教师及时了解本节课学生的学习效果。例如，“电力电子技术”课程特点是电路多、波形多、计算多，在课堂有限时间内很难将所有电路讲完。笔者将相关的学习资料上传优慕课平台，学生可以课后在平台上进行自学，学习结束后可以完成相应的测试题。根据测验结果，教师可以了解学生的学习效果，针对学习中遇到困难的学生教师可以进行辅导和帮助，实现个性化施教。（2）多种教学方法相结合采用基于问题的探究式教学、基于案例的讨论式教学等不同教学方法，形成教师与学生、学生与学生的有效互动，将学习知识融人分析和解决问题的过程中，鼓励和引导学生主动学习，互动过程中培养学生合作交流、专题：OBE理念探索2023年8 月刊Column沟通能力。运用知识的能力和工程设计的能力，以及综合分（3）实验与仿真相辅相成。鼓励学生在实析问题、发现问题和解决问题的能力。课后作业验前先进行仿真，增强学生主动参与实验的积极中也根据对应的教学内容将一些实际工程问题融性，同时给学生提供独立思考和实践的空间，在人其中，有意识地训练学生的工程意识和培养学实验教学中，要求学生把取得的实验波形与理论生的创新精神。波形、仿真波形进行比较，分析波形之间的异同改进后的考核方案能够覆盖学生学习的全过并思考其原因，在增强学生动手能力的同时，培程，而且更侧重于对学生平时学习效果的考核，养学生分析问题、解决问题的能力。在设计作业能够促使学生加强日常的学习，与此同时也有效中，笔者要求学生从实际工程角度出发去完成器杜绝了“临阵磨枪”的现象，对于提高课程教学件选型或参数定额计算，利用仿真工具突破实验质量也发挥了积极的作用。平台对元器件参数的限制，学会如何优化系统的参数以满足不同设计的要求，培养学生积极探索、勇于创新的精神。5丝结语“以学生为中心”的教学改革是适应时代发4考核与评价的改进展的必然，将OBE理念引入“电力电子技术”课程教学改革，依据专业培养目标和毕业要求，明OBE理念要求考核方式能够全面反映课程目标的实现，以往形式单一的考核方式显然忽视了学生的学习过程，不能全过程、全面评价学生的学习效果。因此，考核要更关注学生平时学习的表现，评价的方式要体现多样性，从多角度去评价学生的学习效果。以往的考核成绩由3 个部分组成：平时成绩（占总成绩1 0%）、实验（占总成绩2 0%）、期末考试（占总成绩7 0%）。其中，平时成绩由考勤和课后作业组成，期末成绩占比较高，考核方式单一。改进后以课程目标为基础，更加注重学习过程的考核，而且考核方式注重多样性。平时成绩占总成绩2 0%，不仅包括课后作业（占考核成绩5%），还增设了随堂练习（占考核成绩5%）和设计作业（占考核成绩10%），取消考勤考核方式。下调期末成绩占比为6 0%。实验成绩仍为2 0%，但是更注重学生实验过程中的表现，实验报告更强调学生对实验结果的分析和总结。随堂练习能及时反馈学生课堂学习效果，及时检测学生知识掌握情况，反映学生的问题，有助于教师调整教学策略和改进教学方法。作业环节从实际问题出发，从方案设计、元器件选型/参数确定、仿真验证等方面考核学生确课程目标，从教学内容、教学模式、考核与评价等方面进行教学改革和探索。教学实践表明，教学改革措施能够激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效果。与此同时，在改革的过程中对教师的业务水平和自身素养也提出了更高的要求，促使教师不断提高教学水平，形成持续改进的良性循环。【参考文献】1任国臣，陈晓英，孙丽颖，等.国际化专业人才培养改革措施的研究 J.辽宁工业大学学报（社会科学版），2 0 2 1，2 3（4）：1 0 4-1 0 7.2 夏晨阳，伍小杰，周娟，等.基于工程教育认证的电力电子技术课程教学改革探索 J.教育现代化，2019,6（6 1)：52-55.3 盖顺.基于OBE理念的应用型本科专业建设思考 J.教育现代化，2 0 1 9，6（3 4）：8 7-8 8.4邓淼磊.基于OBE教育理念的课程考核模式改革思考.教育教学论坛，2 0 1 9（3）：1 0 7-1 0 8.5王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）M.北京：机械工业出版社，2 0 0 9.6】杨喜军，常中科，侯孝涵，等.“电力电子技术”9工业和信息化教育Industry and Information Technology Education课程研究型教学模式探索 J.电气电子教学学报，2021,43（2）：8 9-9 5.7沈虹，王晓寰，张莹.基于OBE理念的电力电子技术课程教学改革 教育教学论坛，2 0 1 8（1 6）：1 1 8-1 1 9.8王子赞，王艳，纪志成“新工科”背景下“电力电子技术”课程数字化新形态教材建设研究 .科教导刊（中旬刊），2 0 2 0（7）：1 0 6-1 0 7.2023年8 月刊9周悦，胡媛，霍海波，等.基于知识能力素养培养的“电路原理”课程考核改革与实践 .江苏理工学院学报，2 0 1 8（2）：1 9 7-1 9 8.10】王琪，钮燕燕，罗印升，等.电气类专业课程教学模式的探索：以“电力电子技术”课程教学为例 .江苏理工学院学报，2 0 2 1，2 7（2）：1 0 2-1 1 0.（上接第5页）程特点，构建了基于OBE理念的“互换性与测量技术”课程教学评价及改进机制，通过对标毕业要求优化课程目标、融合项目与思政优化知识体系、线上线下结合的案例式教学实施、主客观结合的全过程评价等措施，整合“目标一内容一实施一考核”四位一体的教学模式，强化职业规范、加工成本、检测方案等约束下的机械零部件精度设计，实现学生家国情怀、知识产权、工程哲学、职业规范、精益求精、创新意识、终身学习的价值塑造，持续保持课程教学模式的先进性并改善课程教学效果。【参考文献】1】李志义.中国工程教育专业认证的“最后一公里”高教发展与评估，2 0 2 0，3 6（3）：1-1 3.2朱姝姝，杨兰芳，刘闯.基于OBE的电气专业“信号与线性系统”课程设计研究 .工业和信息化教育，2020（1）：3 2-3 6.3王烨，杜云，杨霞，等.基于OBE背景下的“自动检测技术”的课程体系优化 .高教学刊，2 0 1 9(17):78-80.4王鹏，苗磊，余亮.基于OBE理念的互换性与技术测量课程教学改革 J.辽宁科技学院学报，2 0 2 0，2 2(2):47-48.5王建彬，王介石，江本赤.工程教育认证OBE理念在互换性课程教学中的实践与探索：以安徽工程大学为例 .宜春学院学报，2 0 1 9，41（1 2）：1 1 7-1 1 9.6曾豪，张元圆，高君华.立德树人视域下课程思政建设的路径优化分析 J.工业和信息化教育，2 0 2 0(8):38-41.71黎书文，潘克强.基于OBE的课程目标达成度评价方法研究及应用：以“机械原理”课程为例 J.工业和信息化教育，2 0 2 0（5）：7 4-7 8.8赵丽琴，庞学慧，崔宝珍，等.形成性评价在互换性与技术测量课程中的应用 J.高教学刊，2 0 1 9（1）：108-110.10