基于OBE-CDIO理念的“电力电子技术”课程教学改革

刘婷婷　陈小玲　毛玲　聂菁　鲁艳旻

摘 要：为实现电力电子技术课程培养应用型工程技术人才的总体目标，基于以成果为导向，工程教育模式的教育理念，对电力电子技术课程进行教学改革，在教学内容，教学方式，教学设计等方面进行改革的探索与实践，以OBE理念构建教学目标并反向设计教学模式，结合CDIO的工程教育理念，以项目驱动式和线上线下相结合的混合式教学设计实施教学，经过教学实践验证取得了一定的改进效果。

关键词：电力电子技术 OBE-CDIO 项目式教学 线上线下

1 引言

电力电子技术是电气工程，智能电网等电类专业的核心课程，同时也是部分高校电气类研究生复试专业课程内容。本课程主要讲述功率半导体器件、四类电力变换电路的基本电路拓扑结构、工作原理、设计计算及其应用等方面的知识。在课程教学过程中的痛点问题有：（1）概念抽象、电路拓扑多、波形复杂、计算繁杂；（2）理论和实践结合不够紧密，学生综合应用能力不够；（3）学生学习主动性不强，团队合作不够；（4）教师课内教学与学生课外学习交流互动不够。

为了解决上述教学中的疑难问题，引入了OBE-CDIO相结合的教育理念，积极开展课程的教学改革，注重項目实践，将理论知识与工程应用有机结合起来，构建“以学生为主体，以培养工程应用能力为核心”的课程体系。充分运用项目式教学，将实际工程项目和虚拟仿真相结合，以项目为导向，结合学习通在线发布任务，学生线下小组讨论，小组形式汇报展示。课程的评价考核注重过程性评价，鼓励学生注重平时的仿真大作业，引导学生养成自主学习的好习惯，提高教学效果。

2 基于OBE理念设计课程目标

OBE（Outcome based education）教育理念，又称为成果导向教育、能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育。OBE教育理念是一种以成果为目标导向，以学生为本，采用逆向思维的方式进行的课程体系的建设理念，是一种先进的教育理念。电力电子技术课程的理论性及工程实践性较强，以培养应用型工程技术人才为总体目标。课程目标具体包含知识目标、能力目标以及育人目标三个方面：

（1）知识目标

熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法，在具体电路应用中能够对电力电子器件进行选型和使用；理解和掌握四类电力变换电路，对应具体电力变换要求，能够利用理论分析和仿真分析等手段，会选择和设计相应的电力变换电路。

（2）能力目标

能够正确分析电力变换电路的工作原理、控制方法，进行相应电路设计及实验仿真分析，并能进行简单的项目设计。

（3）育人目标

通过课程实践，培养学生团队合作意识及沟通表达能力，使学生具有理论联系实际、实事求是的科学态度和严谨的工作作风。培养学生敢于探索、勇于实践、创新进取的工匠精神。

3 基于CDIO理念构建教学设计

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动地、实践地、在课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO将毕业生的能力分为基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标 。

3.1 项目式教学设计

电力电子技术课程采用CDIO工程教育模式为理论基础，项目式教学和线上线下相结合的混合式教学设计，将传统的“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，学生由被动灌输转变为自主学习。打破传统教学模式，将知识点模块化，以工程教育模式为基础，以项目方式驱动学习，巧妙融合理论课堂和工程应用项目，在实践中充分理解和巩固理论知识。有机结合线上平台，通过学习通线上发布项目任务，组织分组实践，线上讨论交流，把知识内容多层次多角度展现给学生，学生可以充分利用碎片时间自主自学。

根据课程的核心变流技术章节，设计实际电源项目，设计原则是由浅入深，且涵盖到相应的理论知识点。由于实际的电源项目综合性较强，设计存在一定的难度，因此增加了PISM/MATLAB仿真项目，根据不同的电路拓扑结构划分，选取经典的入门对电路电路进行仿真练习。虚实结合的电源项目和仿真项目确定后，将学生进行分组，5-6人为一小组，按照不同的项目主题进行学习，每个人都需要分配具体的任务，且要分配贡献度。小组任务按照翻转课堂的形式，结合线上线下的模式，进行最终的成果展示及汇报，根据小组成绩按照不同贡献度的权重给每个学生打分。

2.2 课程内容设计

本课程既注重电路拓扑设计和波形分析技能的培养，同时增加软件仿真、工程项目的实践教学内容，以保证教学内容的理实结合以及工程应用需求。课程内容的设计让学生掌握电力电子器件的原理特性和应用选型，以及新型电力电子器件、新技术新材料知识的拓展延伸；让学生掌握核心的四大变流技术，结合实验教学和项目式教学，掌握典型电路分析设计及软件仿真的能力，并学会设计简单的电力电子系统。课程内容设计和目前电源技术的发展紧密联系，同时也注重与后续实践环节衔接。项目式教学的过程中，充分利用线上+线下的混合模式，通过MOOC，学习通平台，B站等网络资源，拓宽学生的知识面，拓展实践项目的指导以及自主学习的能力。本课程在学习通上建立了作业库和试卷库，线下建立了仿真资料库，充分检验学生的学习情况，学生也可以利用课后时间学习和讨论。

2.3 课程思政设计

在完成课程的理论教学同时，课程思政也要做到自然融入，将思政元素和理论知识有机结合。以升压变换器为例，在讲解升压电路拓扑结构时，低幅值电压变换为高幅值电压，需借助电感元器件先储能，再释放能量，起到电压泵送的作用，叠加输入电源，实现升压功能。有电感元器件作用为切入点，引导学生在实现目标的路上，要沉淀知识，积蓄力量，敢于拼搏，通过努力不断向上攀登，实现心中的理想。

4 OBE-CDIO理念的课堂教学及管理实施

4.1 三段式项目化教学

（1）课前任务发布，学生预习

借助于学习通的课程网络资源，改变了传统学习只在课堂的现状，将学习从课堂延展到课堂外，鼓励和发动学生自主学习，自主探究。基础知识由课前在线学习完成，课堂中着重解决章节重难点问题以及习题解答等。

（2）课中营造互动、高效学习环境，师生互动、生生互动，提升学生自主学习能力，适应学生的个性化学习需求。通过原理分析和仿真波形吸引学生的兴趣，鼓励其探索和实践。

（3）课后各小组进行讨论。要借助信息化技术平台，形成逐步迭代提升的课程资源，同时通过CDIO反馈机制让教学设计进一步优化，为每一个学生提供适合的教育。

4.2 线上线下相结合

线下采用五步教学法，包括课程导入、复习旧课、引入新知、讲授新知、巩固新知。前两步为课头，明确教学目标，组织教学，检查复习，利用学习通发布任务和讨论，随机选人作答或到讲台实现翻转课堂教学；三四步为课中，讲解巩固新知识，期间可结合网络资源，展示动画视频，发布随堂练习，提出问题，展开小组讨论。充分发挥教师的主導作用，使用最恰当的教学手段，表达出课程的内容及重难点，并有机融合课程思政，有效引导学生思考。第五步为课尾，及时进行课堂小结，让学生通过本堂课的学习达到会分析解题、能归纳记忆、善拓展应用的目的。

有效利用学习通线上平台，灵活教学。线上发布任务，线下讨论指导改善传统线下课堂教师满堂灌的教学氛围。学习通二维码签到，简单高效；随机选人，课堂表现TOP10，发布讨论等功能可活跃课堂气氛，增加趣味性和互动性，充分调动学生的学习积极性和自主性。同时，学习通线上平台能够提供课堂报告、学情统计、成绩统计等信息，并以可视化图表的形式反馈给老师。师对班级整体情况，甚至每一个学生的详细学习情况一目了然，老师可以根据学生的学情及时调整教学内容及进度安排。教师也可以根据反馈情况进一步完善教学设计和考核评价。在开课前，教师在学习通建好课，准备好课程资源，同时创建好钉钉群，在教学过程中，随时答疑解惑，分享拓展的前沿知识和资源。

4.3 以学生为中心，师生角色的转变

本课程内容电路拓扑结构繁多，波形分析复杂，传统的填鸭式教学抽象枯燥。教师应转变角色，引导学生由被动接受转变为主动学习，将要求教师由传统的知识传播者转变为课堂实践的组织者，选择教学策略，确保学习有效性，开发知识资源，实现学习高效性；同时，教师是实践体验的参与者，教师在倾听和交流中成为学习互动的参与者，在探寻知识的过程中让学生的智慧发挥到最大值；在实践过程中客观、公正的评价，时常肯定、鼓励和表扬学生，教师是学生的赏识者。

另外，教学模式的转变要求教师转变教学风格，全方位提高自身的专业技能，实践教学中应变沟通能力、解决问题的能力，做好倾听者和沟通者的角色，教师严格要求，以身作则，学生将看到榜样的力量，引导学生养成良好的学习习惯和思考分析能力。电力电子技术在开课前，均会建立钉钉群等与学生展开讨论，老师答疑，分享网络优质资源，鼓励学生即时反馈学习体验，帮助学生解答问题。

4.4 考核评价设计

本课程考核采用形成性评价与结果性评价相结合，实现课程考核多元化、全面化，注重形成性评价。平时成绩包括出勤（学习通签到率）、翻转课堂表现、学习通活跃度（主要有问题讨论参与度，小组任务贡献度，互评）、各章节作业完成度、仿真大作业项目五部分。大作业项目包括软件仿真、报告、成果展示等环节，通过线上提交、线下汇报展示，组内自评与组间互评的方式进行评分考核并汇总。

5 实施效果和推广价值

通过课程项目实践，电力电子技术逐渐形成了独具特色的教学模式。依托丰富虚实结合的项目教学设计和小组项目讨论教学，通过项目进行了较好的师生互动和生生互动，实现了课内和课外理论和实践的自然融合，并将反馈不断的用于课程教学和项目的实践教学中。实践项目式教学以来，学生学习积极性有所提高，近两年成绩对比有所进步，2022年获得校优秀课程设计和教学质量奖，学生的教学评教为优秀。

项目式教学强化了学生将理论与实践相结合解决实际问题的能力培养，通过项目和学科竞赛，打通第一课堂和第二课堂，使学生在综合性、设计性、创造性比较强的实践环境下获得知识和体验。近年来积极鼓励学生参加挑战杯、蓝桥杯、工训赛等，能够将电力变换、控制驱动等知识应用于实践中。

6 结束语

本教学改革积极探索了适合应用型人才培养目标的OBE-CDIO项目式混合教学模式，将课程教学与项目、竞赛相结合，理论与实践相融。通过小组学习，让个体学习和团队学习相互融合，解决了学生学习主动性不强和团队学习能力不够的问题，取得了一定的实践效果。

基金项目：文华学院电气教研室课题（项目编号：J09006603）。

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