基于OBE模式的电力系统综合实验教学改革

梅 林， 杨丽君， 孙玲玲， 张 楠

(1. 燕山大学 电气工程学院国家级电子实验教学示范中心， 河北 秦皇岛 066004；2. 燕山大学 电气工程学院， 河北 秦皇岛 066004； 3. 燕山大学 机械工程学院， 河北 秦皇岛 066004)

在进行工程教育认证的背景下，以全新的工程教育模式进行电力系统综合实验教学改革的探索和实践具有重要的现实意义[1-2]。以我校2011级至2013级电力系统及其自动化专业本科生为实施对象，紧扣工程教育理念，针对学生在实验环节中应获得的知识和技能设计实验内容，打破传统以理论验证为主的单声道实验教育模式，强调双声道互动模式下学生参与实验方案构思、设计、操作和演示的整个环节，综合考虑能力矩阵分布设置实验教学目标和考核方式，并持续改进，提高学生自主学习能力、激发学生创新性和提升学生解决工程问题的专业技能。

1 面向工程教育认证的OBE教育模式

我国的高等教育在经济全球化的影响下，正逐步为培养出获得国际认可的工程人才进行着工程教育改革，加入国际化认证系统进行专业认证是具有国际标准化的实施方法[3]。《华盛顿协议》是国际工程师互认体系中最具权威性、国际化程度较高、体系较为完整的协议， 主要针对国际上本科工程学历资格互认。

2013年3月，我国被接纳为《华盛顿协议》预备成员。2016年6月，我国成为第18个《华盛顿协议》正式成员。作为教育部选定的全国2所考察院校之一，我校材料成型及控制工程、电子信息工程专业接受了《华盛顿协议》国际观察员考察。

工程教育认证下人才培养观的核心理念即以产出作为导向的OBE( outcome-based education)教育模式。OBE教育模式关注于学生学习产出(即学生学到什么)，围绕“定义预期学习产出—实现预期学习产出—评估学习产出”的主线，体现出其“以学生为中心”“产出导向”和“持续改进”的核心教育理念[4-5]。

2 基于OBE模式的电力系统综合实验教学改革

2.1 综合实验教学目标调整

工程教育认证要求根据培养目标制定覆盖12条通用标准的具有自己学科及办学特色的专业毕业要求，毕业要求细化为可衡量、可评价、有逻辑性和专业特点的指标点[6]。依据细化的指标点设置课程体系，以及根据课程特点结合课程与毕业要求的关联度矩阵(专业能力矩阵)确定各门课程具体的教学目标，从而支撑相应指标点。

我校2015年依据工程教育认证要求重新修订所有专业的培养目标、毕业要求和能力矩阵等，表1即为电气工程及其自动化专业最新修订版毕业要求和本课程能力矩阵相关汇总信息点，一级指标点下还设有二级指标点用以细化能力矩阵(此处仅列出一级指标点)。电力系统综合实验作为多学科交叉综合应用型实验课程的定位，需要其对本专业的专业基础知识、专业工程技能、工程综合运用能力和工程素养等指标点以及所对应的毕业要求有较强的支撑。因而根据最新修订版信息，基于现有实验设备及资源，对电力系统综合实验课程教学目标进行重新调整。

表1 电力系统综合实验课程与毕业要求一级指标点关联度

表1(续)

调整后的教学目标要求通过电力系统综合实验课程，使学生了解整个电力系统的组成与概况，注重培养学生综合运用电力系统自动装置、电力系统继电保护、供配电自动化等电力专业理论知识解决实际工程问题；使学生具备检索、查阅手册规范等技术资料的自主学习能力；能够掌握实验平台基本原理并可使用、操作相应设备或软件进行分析；能够通过团队协作进行实验方案的讨论、构思、设计和实施；实验过程中具有创新意识，能够对已有方法提出改进措施或进行创新设计。调整后的教学目标紧密贴合能力矩阵要求，更好地覆盖和支撑相关的专业毕业要求指标点，从而进一步支撑专业培养目标。

2.2 综合实验教学内容更新

依据专业培养方案和毕业要求，结合分析本专业能力矩阵中本课程对毕业要求的贡献度，基于OBE工程教育模式的核心理念，根据电力系统综合实验教学目标，确定合理可行的电力系统综合实验教学内容。实验内容设计上体现电力系统专业综合实验的多学科交叉性特点，融合工程教育理念。实验项目选题具有工程背景，实验不再是某一理论的单纯性验证或简单性设计，而是通过方案设计解决实际工程问题。

基于OBE工程教育模式的电力系统综合实验包含5个实验项目，分别为电力系统自动装置综合实验项目、配电网静态模拟及微机保护设计实验项目、常规三相四线制系统设计及综合监测实验项目、数字动态实时仿真系统及闭环110kV线路保护实验项目和电网虚拟仿真综合设计实验项目。实验内容涉及电力系统的设计、规划、调度、监控、运行控制及二次设备调节、测量、保护的理论和技术，融合电力系统稳态分析、电力系统暂态分析、电力系统继电保护、电力系统自动装置、变电站综合自动化等多门专业课的相关知识点。本实验室提供WDT-IIIC电力系统综合自动化实验台、PS-7G型电力系统微机监控实验台、配电网静态模拟综合仿真实验系统、KLD-9300综合自动化系统、电能综合监测实验台、电力系统动态实时仿真系统、110 kV线路保护屏和电网调度虚拟仿真培训系统软件等一系列实验平台资源。实验项目的设计和实施需要学生综合运用专业知识在所提供的实验平台上解决实验项目中相应的工程问题。

2.3 综合实验教学形式改革

在实验教学模式的改革探索中，打破以往常规的“教师讲解+学生操作+结果分析”的传统实验形式，依据工程教育模式思路调整为“讨论设计+方案实施+展示验收”的新型项目式实验教学形式。“产出导向”的教学形式改革中，学生从被动操作的角色转化为主动设计参与的角色，积极调动学生实验的自主创新能力[7-9]。

基于每个实验项目内容设计出的阶梯型实验题目，既贴近工程实际背景可利用现有实验资源，又可供不同层次学生选择[10-11]。

(1) 讨论设计阶段。学生分组根据不同的实验选题要求，通过查阅技术资料和所学专业技术知识，并结合实验平台资源进行实验方案讨论，最终设计并优化出一种实验方案。

(2) 方案实施阶段。熟悉掌握实验平台设备或软件的基本操作，依据设计方案利用实验平台完成相应接线、设备参数设置、仿真建模、软件操作等一系列实验运作，得出相应实验结果。

(3) 展示验收阶段。分组进行实验项目验收和答辩，展示实验成果和收获。

在实验过程中指导教师作为辅助指导者，帮助学生把控方案设计的合理性和可行性、监控实验操作实施的规范性和安全性、考核实验设计的难易度和实验结果的准确度。在整个实验环节中，学生完全处于主导地位，自己发现问题、提出问题和解决问题，有效地培养和提高学生综合运用学科知识解决工程问题的能力。

2.4 考核办法及评价反馈机制构建

传统实验教学的考核通常采用“实验预习+实验操作+实验报告”的评分形式，此种考核办法不能完全满足在工程教育模式下对学生实验过程考核、专业知识技能和素养区分度评判等的需求[12]。遵循 “以学生为中心，产出为导向”的工程教育理念，进行了基于OBE工程教育模式的电力系统综合实验教学考核办法的探索。考核评分点的设置依据课程专业能力矩阵要求，覆盖需要考核的专业知识、技能、运用能力和工程素养等指标点；考核评分点各自占比地制定参考课程对于各项毕业要求的支撑强度，分配不同的分数，以区分贡献度；制定可细化分级的考核评分标准，使考核评分具有规范性和可操作性，可以合理有效地评定学生专业知识掌握情况和相关技能水平。考核办法的一级分类信息如表2所示，每个评分点和指标点下面还设有更细化的二级信息，以便更加准确、合理地进行分级评定考核(此处仅列出一级考核分类信息)。

表2 电力系统综合实验课程考核一级分类信息

“持续改进”的教学理念贯穿于基于OBE工程教育模式的电力系统综合实验教学全过程，为确保实验课程目标的达成度，构建评价反馈机制用以评价实际的学习产出，进而对实验课程进行反思，并用于指导后续的改进活动。评价反馈机制是基于单个学生的实验学习、产出考核情况，通过统计分析得到整个专业对于此实验课程支撑的所有指标点的学习情况。通过对所设定的各个指标点的学习成果分析，可以综合评价本实验课程的实际学习成果，即本实验课程的目标达成度。根据目标达成度，实时动态地调整实验目标、实验内容、实验模式和考核方式等，实现此实验课程教学的

持续改进[13]。此外，在评价反馈机制中辅助以其他考量因素，如与学生座谈进行学生问卷调查、后续专业综合训练实践课程和毕业设计环节反馈等。

3 结语

已于去年向教育部授权的中国工程教育专业认证协会提交了电气工程及自动化专业工程教育认证申请，并已通过初审获批受理，即将于今年接受认证评估。在近几年积极筹备专业工程教育认证的工作中，紧扣工程教育认证要求，在实验环节推进基于OBE工程教育模式的电力系统综合实验教学改革。从近3年教学过程反响、课程考核情况、学生测评效果以及指导教师对后续专业综合训练和毕业设计的反馈来看，此实验教学的改革和探索已经初见成效，有助于培养和提高学生综合运用专业知识和技能解决工程问题的能力，增强学生自主学习、创新和团队合作等的意识。

在基于OBE工程教育模式的电力系统综合实验教学的改革中，也发现了受实验设备数量限制需多次循环排课、学生选题难易度把控不到位、对于工程规范常识认识掌握不足等需待改进的方面。工程教育提出“持续改进”，因此课程改革要在不断探索中“持续改进”，为本专业工程教育认证评估添砖加瓦，更为培养国际型工程人才不断做出贡献。

References)

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