CDIO理念在電力電子技術課程中應用

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摘要：“電力電子技術”是一門理論實踐性較強的課程，其電路拓撲結構繁多，波形分析復雜，傳統(tǒng)的教學形式抽象枯燥，學生投入度和互動性普遍不高。為進一步改善教學形式和教學思路，本文引入cdio工程教育理念，結合實際工程案例的項目式驅動法，以及學習通平臺的混合式教學設計，構建“以學生為主體，以培養(yǎng)工程應用能力為核心”的課程體系。

關鍵詞：CDIO理念；電力電子技術；教學改革

1引言

“電力電子技術”是電氣工程及其自動化、智能電網(wǎng)信息工程等電氣類專業(yè)非常重要的專業(yè)核心課程，主要教授電力電子器件、四大變流技術、PWM控制技術、軟開關技術等內容[1]。電力電子技術應用廣泛，幾乎涵蓋民生經(jīng)濟等各個領域，是一門理論性、工程性與實踐性非常強的交叉學科。正因如此，如何加強學生綜合素質教育，提高學生實際工程應用能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力與滿足企業(yè)需求的專業(yè)技能人才，各高校已極為關注和重視。CDIO模式是一種在全球各國廣泛推行的工程教育模式[2]。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以項目驅動的方式主動學習[3]。將CDIO模式運用到《電力電子技術》的理論教學中，優(yōu)化“電力電子技術”課程教學設計，構建“以學生為主體，以培養(yǎng)工程應用能力為核心”的課程體系。推行基于項目、基于問題、基于案例的教學方法和學習方法，支持學生開展研究性學習、創(chuàng)新性實驗，實現(xiàn)課程內容與職業(yè)標準、教學過程與生產(chǎn)過程對接，培養(yǎng)學生的工程思維和創(chuàng)新精神具有重要的理論價值。引入CDIO模式，開發(fā)一系列與教學內容高度契合的教學項目成為這門課程教學改革的一大重點。文華學院作為一所應用型高校，大部分學生畢業(yè)后選擇就業(yè)，更注重應用型人才的培養(yǎng)。因此電力電子技術必須打破電路拓撲填鴨式講解的傳統(tǒng)教學模式，如何依據(jù)CDIO理念開展《電力電子技術》課程教學、改革教學內容、課程體系與教學方法都是值得我們探討的問題。

2現(xiàn)有教學中待改進的問題

2.1傳統(tǒng)填鴨式教學模式的改革

本文主要探索理論教學的變革，解決本課程內容電路拓撲結構繁多，波形分析復雜，傳統(tǒng)的填鴨式教學抽象枯燥，學生投入度和互動性普遍不高，對拓撲死記硬背，對工作原理不求甚解的“痛點”問題。引入CDIO工程教育模式，并結合項目式和學習通線上教學的混合教學設計貫徹實施，將傳統(tǒng)的“以教師為中心”轉變?yōu)椤耙詫W生為中心”，學生由被動灌輸變?yōu)樽灾鲗W習。采用CDIO工程教育模式鍛煉了學生的工程項目思維，提升了團隊合作意識，為社會培養(yǎng)應用型工程技術人才。

2.2教學設計過于死板，有待優(yōu)化改進

本教學改革的對象為我校機電學部電氣專業(yè)及智能電網(wǎng)專業(yè)20～21級學生。為學生設計《電力電子技術》的工程項目案例，使理論知識得到實際應用，進一步激發(fā)學生學習積極性與參與度，增強自主學習能力。課題成果能夠提高學生的成就感，對學生參加國內相關學科競賽也有重要支撐作用，有利于提高學生在后續(xù)的求學、求職中的核心競爭力，為社會培養(yǎng)應用型工程技術人才。以CDIO理念為理論指導，以項目式教學為導向，分模塊展開知識點講解，優(yōu)化原有教學內容和教學大綱，豐富教學設計和改進考核評價體系。從傳統(tǒng)教學轉變?yōu)轫椖渴浇虒W，打破傳統(tǒng)教學模式，將知識點模塊化，以工程教育模式為基礎，以項目方式驅動學習，巧妙融合理論課堂和工程應用項目，在實踐中充分理解和鞏固理論知識。

2.3課堂氛圍沉悶，學生學習興趣低下

學生首次接觸以波形分析為主要思路的電力工作原理過程，再加上單相三相，整流逆變等眾多類型的電路原理圖，本能上會出現(xiàn)畏難情緒。因此，傳統(tǒng)課堂講學極為出現(xiàn)教師滔滔不絕，學生安安靜靜的氛圍，為改善沉悶的課堂氣氛，可結合學習通線上平臺，靈活教學。線上發(fā)布任務，線下討論指導。利用學習通，發(fā)布討論，隨機選人，搶答等功能活躍課堂氣氛，增加趣味性和互動性。解決學生學習興趣低下的問題，往往出現(xiàn)搶答環(huán)節(jié)時，學生感覺緊張又刺激，能夠充分調動學生的學習積極性和自主性，由被動接受變?yōu)橹鲃訉W習。

3CDIO模式教學改革實施方案

3.1教學項目的選取與設計

對《電力電子技術》課程教學項目的選取，首先從整體上分析該門課程的教學任務，確定整體的任務和目標之后，再將核心知識點模塊化，并針對每一部分知識點選取合適的工程項目，或者小范圍的綜合性項目。項目選取的原則為難度適中，內容高度契合理論內容。然后對各項目進行詳細的需求設計，以及理論知識點的設計，并將項目資源運用到實際教學中，根據(jù)教學反饋調整和改進教學項目。開發(fā)一系列與教學內容高度契合的教學項目是這門課程教學改革的重點。本次教學改革將根據(jù)電力電子的四大變流技術設計4個教學項目進行試點，由淺到深，由易到難，與專業(yè)緊密結合，以項目式教學為導向結合學習通線上平臺，應用于《電力電子技術》課程教學的實施，切實提高教學效果。項目1：直流電機調速裝置的設計項目2：矩形波單相逆變器的設計項目3：便攜式開關電源的設計項目4：舞臺調光燈的設計

3.2CDIO工程教育模式的教學設計

為適應我校應用型人才培養(yǎng)目標，對原有教學內容進行調整，制定以CDIO模式為基礎，項目式教學和線上線下相結合的混合式教學設計，注重項目實踐，將理論知識與工程應用有機結合起來。同時，在學習通線上平臺發(fā)布項目任務，組織學生分組討論，構思設計，反饋交流。再通過傳統(tǒng)線下課堂圍繞案例展開知識點講解，指導項目疑難問題。實現(xiàn)以CDIO模式為基礎，項目式教學和線上線下相結合的混合式教學設計，充分調動學生的學習興趣和學習自覺性，從而提高學生的學習自主性和創(chuàng)造性。同時線上的過程統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將形成科學有效的過程性評價及反饋，幫助教師完成評價考核以及進一步改進教學設計。下面以開關電源的項目為例，如圖1所示，展示基于CDIO理念的混合式教學設計。該教學設計采取“三縱四橫”原則，主題是開關電源的項目式教學，以CDIO的工程思維為理論指導，采取傳統(tǒng)課堂和學習通平臺的線上線下混合教學方式推進實施。開關電源為本課程第五章直流直流變換內容。項目分為4個步驟：第一步，項目構思。由教師根據(jù)教學目標和教學內容發(fā)布任務，學生分組討論，根據(jù)項目所涉及的章節(jié)知識點自學查閱，并構思項目方案和項目需求。此步驟通過學習通線上發(fā)布。第二步，項目設計。教師圍繞知識點對項目做具體介紹，引導學生分組討論，并開始進行具體的方案設計。此步驟在線上課堂完成。第三步，方案實現(xiàn)。學生借助學校實驗室現(xiàn)有硬件設施進行方案驗證，或者通過仿真軟件進行仿真驗證，同時教師可以指導和答疑解惑。此為最重要的過程，由學生在線下完成。第四步，項目驗收。驗收形式可以靈活多樣，可以通過學習通線上平臺上傳驗證視頻及文檔報告，由學生相互學習評分，最后在線下課堂完成優(yōu)秀評選。

3.3學習通線上教學資源包設計

按照教學要求完成《電力電子技術》課程的學習通線上教學資源包設計。配合項目式教學，開發(fā)制作完成線上配套的相關項目視頻資料、教學資源，課后練習，包括課件制作，章節(jié)測試題庫設計、討論題庫設計、小組討論內容和形式設計，實現(xiàn)以學生為中心的“翻轉課堂”項目成果展示及交流平臺。我?！峨娏﹄娮蛹夹g》課程位48學時，可根據(jù)課程章節(jié)安排，選取重要的知識點，學生分組PK，要求組內分工合作，每個人都要負責相應任務，可以選擇仿真，分解知識點講授，或者PPT制作，或者是現(xiàn)場板書等，確保全員都能參與。

3.4學情反饋，評價考核的制定

學習通線上平臺是一個很好的教學輔助工具，能夠提供課堂報告、學情統(tǒng)計、成績統(tǒng)計等信息，并以可視化圖表的形式反饋給老師，如簽到率，課堂表現(xiàn)TOP10，課堂選人回顧，章節(jié)學習次數(shù)，綜合成績分布等內容。通過學習通統(tǒng)計數(shù)據(jù)，老師對班級整體情況，甚至每位學生的詳細學習情況一目了然，老師可以根據(jù)學生的學情及時調整項目內容及進度安排，還可以針對不同掌握層次的學生發(fā)布不同的項目學習任務，進行分層教學和個性化的一對一輔導，教師也可以根據(jù)反饋情況進一步完善教學設計和考核評價。分組討論PK后，最后全員一起投票推優(yōu)，提高學生參與感和成就感。引入線上學情反饋后，對綜合評價比例做出一定修訂，并進一步細化過程評價內容。

4教學改革目標

4.1完善以培養(yǎng)應用型人才為目標的教學大綱

《電力電子技術》現(xiàn)有教學大綱包含課程教學目標，且已融入課程思政元素，但在教學內容和學時安排上，仍然以理論知識為主，輔以實驗教學部分，學生接觸到的還停留在考試層面，死記硬背層面，對知識的融匯貫通和實際應用缺乏認識?，F(xiàn)有教學大綱總體來說可以滿足理論教學，在此基礎之上引入CDIO工程教育模式，在每個章節(jié)增加項目應用，改革專業(yè)課教學模式，優(yōu)化教學內容，提供以培養(yǎng)專業(yè)技能人才為目標的教學大綱。

4.2混合式教學設計的改革創(chuàng)新

（1）從傳統(tǒng)教學到項目式教學。打破傳統(tǒng)教學模式，將知識點模塊化，以工程教育模式為基礎，以項目方式驅動學習，巧妙融合理論課堂和工程應用，在實踐中充分理解和鞏固理論知識。（2）從線下課堂到學習通線上平臺。除了傳統(tǒng)的線下課堂，還可以有機結合線上平臺，通過學習通線上發(fā)布項目任務，組織分組實踐，線上討論交流，同時還可以利用學習通發(fā)布課件，微課，視頻，動畫，課件預習，章節(jié)測試等內容，進一步豐富和拓展線下教學，增加線下互動性及趣味性。把知識內容多層次多角度展現(xiàn)給學生，學生可以充分利用碎片時間自主自學。

4.3教學案例的設計與拓展

如項目預期效益較好，可進一步豐富項目案例，如：三相橋式整流器的設計、SPWM逆變器的設計、變頻器的設計、UPS電源、光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器、車載220V逆變器設計、車載USB充電器設計等項目，以預防下屆學生重復利用上屆學生的成果及報告，同時由于電力電子技術的飛速發(fā)展，新項目教學案例需要做到每屆更新和改進。

4.4課題應用價值的思考

隨著社會分工的細化以及對工科畢業(yè)生專業(yè)技能要求的提高，基于CDIO工程教育模式的教學設計將會得到越來越廣泛的認可和應用。結合項目式驅動和學習通線上教學的混合式教學設計，可以思考推廣到較多工程應用型較強的課程。該工程教育模式的教學設計可拓展應用到電氣專業(yè)及機電學部其他實踐性較強課程的學習，如《電氣控制與PLC技術》、《單片機原理與接口技術》等專業(yè)課，有利于學科交叉，資源共享。

5結語

目前“電力電子技術”課程還停留在理論教學的層面，工程實際應用涉獵較少，學生的工程思維能力和實踐應用能力稍有欠缺，與企業(yè)實際工程應用能力的需求有較大差距。因此，本課程教學改革采用CDIO工程教育模式鍛煉了學生的工程項目思維，提升了團隊合作意識，為社會培養(yǎng)應用型工程技術人才[4]。相信隨著社會分工的細化以及對工科畢業(yè)生專業(yè)技能要求的提高，基于CDIO工程教育模式的教學設計將會得到越來越廣泛的認可和應用。

參考文獻:

[1]鄒密.“電力電子技術”線上線下協(xié)同教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2021.7，93-96.

[2]孫筠.CDIO模式下電力電子技術課程教學改革的思考[J].大學教育，2017.3，77-78.

[3]郭金梅.CDIO模式下應用型本科電力電子技術教學改革與實踐[J].中國多媒體與網(wǎng)絡教學學報，2019，168-169.

[4]胡靜波.“電力電子技術”課程的CDIO教學改革[J].高教學刊.2015.6：34-35.

作者:劉婷婷 聶菁 張新建 范娟 單位:文華學院機械與電氣工程學部