曹建平

摘 要 以OBE教育理念為指導，從制定實驗目標、調整實驗內容、改進實驗教學方法、改善實驗考核方式和持續(xù)改進五個方面，對電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗進行改革，著重培養(yǎng)學生自主學習能力、分析問題與解決問題能力、創(chuàng)新和工程實踐能力。改革效果較顯著，學生在競賽、畢業(yè)設計、考研和就業(yè)等方面取得一定的成績。

關鍵詞 OBE教育理念；電力拖動自動控制系統(tǒng)；實驗教學；虛擬實驗；MATLAB

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）06-0113-03

Reform and Exploration of Experimental Teaching of Automatic Control System based on OBE Concept//CAO Jianping

Abstract With the instruction of OBE's education concept， this arti-

cle takes reforms to the experimental electrical drive and automatic

control system in five aspects that includes setting experimental tar-gets， adjusting experimental contents， improving teaching methods， coordinating experimental examination modes and continuing fur-ther improvement. This reform focuses on cultivating students' abi-

lity of autonomous learning， analyzing and solving problems， inno-

vation and practice in engineering. The effect of reform is much sig-nificant， and students have achieved certain success in competitions， graduation design， employment and further education.

Key words OBE's education concept； electrical drive and automatic control system； experimental teaching； virtual laboratory； MATLAB

1 前言

電力拖動自動控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動化專業(yè)一門非常重要的專業(yè)核心課程，綜合了“電機”“電力電子技術”“自動控制原理”等課程的相關知識[1]，綜合性高、應用性強，學生學習起來難度比較大。因此，電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗作為該課程的一部分，顯得尤為重要，一方面可以幫助學生理解和鞏固理論知識，另一方面可以鍛煉學生的動手能力及分析問題、解決問題的能力。

但是，目前這門課的實驗教學存在一些問題，例如：教學中強調“教”而非“學”，學生對教師的依賴性很強，缺乏獨立性；實驗教學缺乏目標，學生即使完成實驗項目，對系統(tǒng)的接線和其中的原理也一知半解，分析問題和解決問題能力不足；部分學生對實驗的積極性不高，在實驗過程中較懶散，模仿接線與抄襲實驗數據；等等。這些問題使實驗效果大打折扣，對學生鞏固理論知識和鍛煉實踐能力的作用不明顯。

在工程教育認證的大環(huán)境下，武昌首義學院將OBE理念引入教學中，在電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗教學中也采用OBE模式教學，以該教學模式來改善實驗效果。在教學中從以教師為中心轉變?yōu)橐詫W生為中心，在該思想的指導下安排實驗內容，強調學生的實驗成效，并以該導向確定實驗教學目標和實驗考核方式，采用課堂教學、虛擬實驗、傳統(tǒng)物理實驗和課后開放實驗相結合的形式[2]，對學生的實驗成績進行分析評價，持續(xù)改進教學，提高學生自主學習能力、分析問題與解決問題能力及工程實踐能力。

2 OBE教學理念

OBE（Outcomes-Based Education）是一種基于學習產出的教學模式，它的核心理念是“以學生為中心”“以成果為導向”“持續(xù)改進”[3-4]。20世紀八九十年代，OBE教育模式在美國、澳大利亞等國家的基礎教育中得到廣泛應用。這種教育模式注重學生學習的產出分析，反向設計學生的教育結構評價體系，從而快速提高教學質量[5]。

在OBE教育理念中，教育者需要對學生畢業(yè)時具備什么能力有清晰的構想，然后設計合適的教育結構以保證學生達到這些能力。OBE模式關注的是學生學習的產出，與傳統(tǒng)的注重教學內容與投入的教學方式有著本質的區(qū)別，它是教學模式的一種革新，對工程應用型人才的培養(yǎng)有著十分重大的意義[6]。

3 基于OBE理念的實驗教學改革措施

OBE核心教育理念是“以學生為中心”“以成果為導向”“持續(xù)改進”，在該核心理念的指導下，將電力拖動自動控制實驗從實驗教學目標、實驗內容、實驗教學方法、考核方式、評價反饋等方面進行改革。

制定實驗教學目標 根據電氣工程及其自動化專業(yè)學生培養(yǎng)目標和畢業(yè)時要達到的能力，并依照電力拖動自動控制系統(tǒng)的教學大綱，經過相關理論課程和實驗課程教師的多次討論，制定電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗的教學目標：一是掌握直、交流調速系統(tǒng)的結構、工作原理及接線方法；二是具有系統(tǒng)檢查與排除實驗故障、分析實驗數據的能力；三是具有系統(tǒng)建模仿真、設計的能力。

調整教學內容 在改革前，學校電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗項目有三個，分別為不可逆單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)、雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)、交流變頻調速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)教學目標，培養(yǎng)學生工程應用能力，做到以學生為中心，調整實驗教學內容的具體實施過程。

首先向電氣高一級的學生收集與該實驗相關的建議，從建議中分析學生的意見，主要包括三方面：第一、二次實驗都采用四節(jié)課的學時，時間過于充裕，實驗教學不飽滿；在第二次實驗中，調節(jié)PID的參數需要用螺絲刀調相關的儀器，對參數進行調節(jié)，調節(jié)的過程比較盲目，波形很難達到穩(wěn)定，即使最后系統(tǒng)調整到穩(wěn)定了，具體參數為多少，學生也不知曉；實驗項目比較少，只有三個，對學生能力的提升很有限。同時從已畢業(yè)的學生那里收集企業(yè)需求的反饋，較多學生認為熟練掌握變頻技術和PLC控制，對電氣專業(yè)學生就業(yè)非常有利。

因此，結合電氣高年級學生的實驗建議和已畢業(yè)學生對企業(yè)需求的反饋，對實驗教學內容進行調整，具體為：將第一次和第二次實驗項目合并為一次，增加雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)項目，增加PLC變頻調速系統(tǒng)實驗作為課后開放實驗。通過調整，豐富了實驗教學內容，學生的參與度高，為調動學生的實驗積極性做了一定的準備。

改進實驗教學方法 為了確保達到預期的實驗教學目標，基于OBE教育理念，將實驗教學模式改為課堂教學、虛擬實驗教學、傳統(tǒng)物理實驗教學、課后開放實驗教學相結合的形式。在課堂教學中，涉及與實驗相關的理論知識著重提出，布置與實驗相關的思考題，為學生做實驗打下基礎，同時引導學生理論結合實際。

將MATLAB仿真軟件引入虛擬實驗教學中，特別是針對雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)實驗，學生可以先計算出系統(tǒng)穩(wěn)定時的PID數值，通過調節(jié)相關模塊的參數，系統(tǒng)的波形可以快速穩(wěn)定，且參數具體直觀，同時可以方便地仿真實驗中的多種情況。傳統(tǒng)的實驗教學以學生動手操作為主，學生根據系統(tǒng)的結構，利用實驗臺進行導線搭建。在實驗過程中，實驗教師僅僅起引導作用，學生自主接線，分析故障、解決故障，提高動手能力、分析問題及解決問題能力，樹立工程應用意識。

課后開放性實驗主要是將PLC和變頻調速技術綜合在一起，讓學生通過圖書館和網絡自主查資料，確定設計方案，對系統(tǒng)進行接線調試，培養(yǎng)學生自主獨立性，提高創(chuàng)新和設計能力。

改善實驗考核方式 以學生學習成果為導向的考核方式，將從原來單一的實驗報告定成績，改變?yōu)閺膶嶒炃皽蕚?、實驗過程、實驗報告及課后開放實驗四部分對學生進行評價并給出成績。實驗前準備主要考核學生是否認真預習實驗，有沒有帶著問題進實驗室，對實驗是否搭建仿真模型，仿真波形是否正確等，占實驗總成績的10%；實驗過程考核學生學習態(tài)度是否端正認真，能否正確使用實驗儀器，能否正確接線及排除故障，能否正確回答教師提出的問題，能否按要求完成實驗，占實驗總成績的50%；實驗報告考核學生實驗報告是否撰寫規(guī)范，繪制的電路是否正確，實驗數據處理是否合理，實驗結果分析是否正確，占實驗總成績的30%；課后開放實驗的考核，包括學生設計方案是否合理，實驗接線和調試是否正確，實驗數據和結果是否合理，占實驗總成績的10%。

持續(xù)教學改進 OBE教育理念注重的是學生的學習效果，為了驗證實驗目標是否完成，對學生的實驗成績進行評價分析，設定各個目標合格達成度標準值為0.65（學校統(tǒng)一規(guī)定的數值）。經過計算，實驗目標一達成度為0.81，達成度較好，反映了學生對直、交流調速系統(tǒng)的結構、工作原理及接線方式掌握較好，具備一定的實踐動手能力；目標二達成度數值為0.73，達成度一般，表明學生對檢查與排除故障及分析數據的能力一般，在這方面有待提高；而目標三的達成度值為0.66，雖然達到合格標準，但學生設計和系統(tǒng)仿真能力仍有所欠缺，需要花大力氣改進這方面。

通過對目標達成度的分析，教師可以很直觀清楚地看出學生哪些能力是已經達到的，哪些能力有待提高，哪些能力是欠缺的，使教師對學生的能力有比較清晰的把握。

通過目標達成度分析，出現(xiàn)以上問題的主要原因在于：學生對實驗中存在的故障不可預知，并且分析時間有限；學生對MATLAB仿真軟件不太熟悉，自學有一定的難度；設計性的內容討論較少。

針對這些問題，電力拖動自動控制系統(tǒng)理論教師和實驗教師經過多次討論，最后決定從以下三個方面進行改進。

1）在理論教學中增加兩個學時的MATLAB仿真教學，讓學生對MATLAB仿真軟件有初步的了解并具備一定的使用能力，為虛擬實驗教學打下基礎。

2）在實驗前布置相關故障的思考，為實驗過程中檢查和排除故障做好準備。

3）對于開放實驗，在實驗前至少進行兩次討論和答疑，提升學生的設計能力，確保設計方案的正確及可實施性；在實驗過程中，學生通過多討論、多嘗試，同組的學生共同完成系統(tǒng)的接線和調試，調動學生的學習積極性，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題及創(chuàng)新的能力。

改進措施在下一屆學生中實施，根據評價結果，動態(tài)調整教學實驗目標、實驗內容、實驗方法及實驗考核方式，做到持續(xù)改進。

4 結束語

基于OBE教育理念對電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗教學進行改革，在改革中始終堅持以學生為中心，以學生學習效果為導向，以持續(xù)教學改進為動力，使學生對該課程理論知識的理解更透徹，提高了學生的學習興趣與自學能力，培養(yǎng)了學生分析與解決問題能力、創(chuàng)新能力及工程實踐能力。改革效果較顯著，學生屢次在全國大學生電子設計競賽中獲獎，畢業(yè)設計論文省優(yōu)秀、校優(yōu)秀的數量增加，考研和就業(yè)競爭力也有提升。今后將繼續(xù)總結經驗，將OBE教學理念更好地運用在教學改革中，培養(yǎng)更契合社會需求的人才。

參考文獻

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