基于OBE理念的《電機控制》課程改革探索

摘要：傳統《電機控制》課程教學存在理論抽象、課時較短、互動不足等方面的問題，難以培養學生獨立解決復雜電機控制問題的能力。與此同時，昂貴的實驗設備也限制了學生的實踐活動。文章將基于學習產出的教育（OBE）理念引入《電機控制》課程教學中，提出一種強調學生能力培養和能力訓練的、面向市場需求的教學方法，改變原有授課過程只以理論為主的授課內容，將案例和電機控制實驗結合起來，著重訓練學生對電機控制原理的理解和MATLAB軟件的工程應用，以滿足工程界和科學界對學生解決行業實際問題的綜合素質的要求。相較于傳統教學方法，該方法使得學生能夠擺脫對實驗設備的依賴和繁雜理論知識的困擾，體現了以學生為中心、以能力為導向的新工科教學改革思路。

關鍵詞：OBE理念;電機控制;課程改革

引言

《電機控制》課程是自動化、電氣工程及其自動化、機械電子工程、機器人工程等工科專業的主干課程，也是這些專業師生普遍認為難教難學的一門專業基礎課[1]。一方面，本課程學習的始末都充斥著大量的理論公式，傳統的教學方式是教師對電機及控制原理相關的知識點進行講解，這種充斥大量理論知識的教學方式使學生提不起學習興趣;另一方面，隨著專業教學改革的深入，包含電機原理、電力拖動、運動控制等教學內容的本課程，授課學時大幅壓縮，快速的授課進度給學生帶來了較大的心理壓力，難以跟上教師的授課節奏;第三，目前的授課思路仍然是理論基礎、公式提出、例題（公式應用）為主，學生學習過程缺乏動手機會，與教師的互動較少;第四，三相交流電、電磁耦合等抽象復雜的概念，越來越難以在規定課時內達到期望的教學效果。因此，非常有必要對《電機控制》課程進行教學改革研究。

1 ?課程改革思路

1.1前期的教改方式

作者所屬的《電機控制》課程教學團隊，在本課程多年的授課中積累了較為豐富的教學經驗，對學生在學習本課程過程中遇到的困難比較了解，也曾經對本課程講授中的教學資源和教學方法做了一定的探索和改善。雖然通過引入大量動畫演示和教學短片，在一定程度上提高了學生的學習興趣，但是培養出的學生遇到實際的工程問題時會出現無從下手的現象，難以滿足企業界對學生綜合素質的要求。因此，有必要在本課程教學團隊多年教學經驗的基礎上，做進一步的課程改革研究與實踐。

1.2提出的教改方式

基于學習產出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE），是一種面向市場需求的、重點強調學生能力培養和能力訓練的教育模式[2]。OBE帶來的教育理念摒棄了以往“堆砌式”的課程體系構建方法，更加強調面向行業需求來培養學生，使學生能更好的滿足人才培養目標。因此，很有必要開展基于OBE理念的《電機控制技術》課程教學改革研究，以滿足工程界和科學界對學生解決行業實際問題的綜合素質的要求。

2 ?教改內容

所提出的教改方式的實現路徑遵循從第一層次的教學內容框架設置，到中間層的每一章節的具體內容模塊組織，到第三層次的綜合實驗與三級項目設置。

2.1教學內容框架設置

將基于OBE教學理念，在清晰電機原理、電力拖動、運動控制等教學模塊的各章節知識對能力培養的方向的基礎上，首先提出案例與案例問題;然后闡述理論內容，說明原理、方法和應用條件，利用MATLAB軟件的電力系統工具箱SimPowerSystems予以仿真實現的過程;最后再結合案例內容與學生互動，讓學生提出解決方案并利用SimPowerSystems解決案例問題。另外，在案例問題解決的基礎上，組織學生討論電機運動控制領域中的相關參數設置與優化問題。

2.2教學內容模塊組織

改變原有授課過程只以理論為主的授課內容，在內容模塊上包括各章節及對應小節的能力培養提示、案例與案例問題、案例思考與運動控制實踐、習題等，同時在每章中緊密結合MATLAB軟件應用，設置多個典型實驗及代表性三級項目內容。

2.3交互式內容設計

將案例和電機控制實驗結合起來，提供案例分析情景，給學生提供電機運動控制方法的應用素材，增加控制方法的方案設計的相關內容。實驗內容的安排是基于對電機控制原理的理解和MATLAB軟件的工程應用，而三級項目的設置是為了指導學生開展運動控制方法和控制規律的綜合應用與實踐。通過多種形式，讓學生在電機運動控制原理的基礎上，增加學生與教師的互動案例，實現利用理論知識解決工程實踐中的多類運動控制問題。

3 ?課程特色

將以專業共性課程《電機控制》的學習為切入點，以工程知識、問題分析、工程能力（如使用現代工具）、通用能力等培養為引導，在知識體系結構上進行了調整和創新，體現課程目標對畢業要求的支撐和教學內容對課程目標的支撐，增強學習內容的針對性、實用性。其特點與創新點如下：

（1）以OBE理念組織該課程的教學內容，知識點介紹中有意識地強化目標導向的教育理念。

（2）將現代工具—MATLAB科學軟件與直流電機原理、直流電機工作特性與控制、異步電機原理、異步電機運行與控制等知識點相融合。以此提升學生綜合利用理論知識以及現代工具來解決工程實際問題的能力，更利于學生畢業后快速融入企業研發團隊。

（3）注重深究問題本質的能力的培養。在傳統授課中，三相對稱電路一般是通過大量理論推導，將其簡化為單相電路，學生常常浮于公式的推導[3]。與此不同的是，本教改內容將從數學建模出發，通過電磁暫態方程，來學習和研究電機，展現電磁暫態過程，通過MATLAB編程演示時間相量和空間矢量的動態變化過程，使學生在學習MATLAB電力系統工具箱SimPowerSystems的同時，也能夠通過跟蹤程序源代碼的實現來深化電機及運動控制原理的理解。

4 ?結語

擬基于OBE理念實現對《電機控制》課程的教學內容、教學方法等方面的改革和探索，通過對學生實施該改良型授課方法，一方面，使學生將案例和電機控制實驗結合起來，加深對電機控制原理的理解和MATLAB軟件的工程應用，以滿足工程界和科學界對學生解決行業實際問題的綜合素質的要求;另一方面，使學生對《電機控制技術》的學習興趣大幅增加，與授課教師的互動明顯增加，主動融入課堂學習，緊跟授課教師的授課節奏進行相關理論知識的學習，解決實際工程問題的能力顯著提升。所提出的教學改革內容的實踐和實施，符合以學生為中心、以能力為導向的新工科教學改革思路。

參考文獻：

[1] 年珩，王垚鑫，趙建勇等.基于自動代碼生成的電力電子及電機控制教學實驗平臺設計[J].實驗技術與管理，2021，38（10）：220-226.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2021.10.040.

[2] 姚靜，王佩.基于OBE教學理念的項目驅動式專業課程教學設計——以《液壓與氣壓傳動》為例[J].教學研究，2017，40（03）：87-91.

[3] 陳眾.電機模型分析及拖動仿真——基于MATLAB的現代方法[M].北京：清華大學出版社，2017：9-10.

作者簡介：刁世普（1988—），男，漢族，河南鄧州人，講師，博士，主要從事機器視覺、機器人控制及機器人運動規劃方面的教學和科研工作。

基金項目：教育部產學合作協同育人項目（編號：201902163003）