Application of Project-Based Learning (PBL) to the Teaching of Electrical Power Systems Engineering

Citation:Hosseinzadeh N, Hesamzadeh M R. Application of project-based learning (PBL) to the teaching of electrical power systems engineering[J]. Education, IEEE Transactions on, 2012, 55(4): 495-501.

在之前的研究中,PBL方法已经成功的应用于不同学科的教学计划中的多种课程中。然而,相关人士提出了涵盖内容广度的问题,特别是,PBL是否可以应用到专业课的教学中而不影响所需专业知识的覆盖面。该文章所探讨的是将PBL应用到电力系统工程的专业课教学中来,所以接下来会基于学生的反馈以及教师的回应来分析应用该方法的利弊。作为案例介绍,该文设计并且交付了一门基于PBL的课程——电力系统的建模和分析。通过最后的介绍分析可以知道合理的使用PBL既能够传授专业内容还能够传授通用型的专业技巧。

该文章主要包括五大部分,依次是背景介绍、电力工程中新的PBL课程的发展、如何定义项目、评估PBL课程有效性方法的组成、介绍学生的反馈(上完该课的以及毕业后的学生)、授课者用该PBL方法教授电力系统建模和分析后的反应,最后就是总结。下面针对各部分分别介绍主要内容:

一.背景介绍

将PBL应用到教学中来不是作者最先想到的,在先前就已经有大量的文献有所记载,但是总结前人工作的大致不足之处如下:①将PBL应用于教学计划中的某一门课,但是教学计划本身是采用传统教学方式的。②PBL方法常被用于课程的实验部分,未用于理论知识的传授。③对于教学效果的评估还是采用无异于传统的评估方法。

该文章主要贡献就是使用完整的PBL方法去教授电力工程专业的一门专业课,这是区别于前人的一种创新方法。区别于前人优点是:①将PBL应用与整个教学计划。②对于一门课的理论和实验部分都使用PBL的方法。③使用基于档案的评估方法。④该文中采用反馈的方法,学生们的反馈来自于两方面,一是课程结束后学生的反馈,二是上过该课毕业后的学生,反馈的内容主要考察的是学生们对于该课的效果评价。

文中最后通过分析后,作者可以断言,如果各方面条件都满足的话,PBL可以成功的应用于高级技术课程的教学,不需要牺牲所谓的宽度来达到所谓的深度。重要的是,作者认为将传统教学方法的部分与PBL相结合的方式要比纯粹使用PBL的方法要好。

二.电力工程中新的PBL课程的发展

对于中央昆士兰大学工程学士项目的课程设计为每学期开设两种类型的课程。分别是PBL和传统式的。每一个PBL的课程等于12单元的学分,而每个传统方式的课程则等于6单元的学分。每个学生每学期必须要获得24学分。在该教学计划中,电力工程的主要课程是“电力工程”、“电力系统建模和分析”、“电机,驱动器和控制器”。其中电力工程在第二年开设,主要讲述电力工程的基本知识,在此之前需要学习电路分析。“电力系统建模和分析”、“电机,驱动器和控制器”分别在第三年和第四年开设,这些新的PBL课程的发展也涉及到两大实验室的建设,分别是:“电力系统实验室”和“机械和驱动实验室”,与现实世界的项目相适应。

关于课程交付的主要组成部分是讲演和工作组。相对于纯粹的PBL授课,完全无讲演环节,在该文章中,作者强调要将传统的讲演与PBL结合起来,通过传统的讲演方式给学生们提供该门课的基础概念知识,然后再通过PBL的方式让学生们掌握处理该项目需要的知识。这样,就使得项目成为学习的工具。

在工作组中,通过做符合现实社会的实践工程,学生们可以意识到怎么样使用专业的软件包去指导工程,以及获取相关的知识,同时还可以学到该门课其他方面的相关知识。学生们被要求分组合作完成该项目。

三.有关项目的定义

在PBL方式中的项目可以按照如下原则进行设计:为了顺利的完成这些项目,学生们必须去学习相关的技术知识以及老师们提前设计好的教授给他们的知识,这样才能达到所期望的学习效果。

在该文中,澳大利亚中央昆士兰州的电力系统被选为该研究案例。如图的图一所展示的是该州的系统。基于此,相对应的四个项目在表一中展示出来。

四.评估PBL课程有效性方法的组成

要评估学生们在PBL课程中的表现需要认真考虑适用于PBL的不同评估技巧,它要求课程的内容以及该评估都是真实的。该评估与传统的考试有着本质上的区别,文中的评估侧重于学生们学习过程的评估,而传统的测试则给予课程结束后进行评估。文中的评估通常可以被归类为:表现评估、档案评估、回应以及自我评估,同伴间的评估也可以加进来。

表现评估是测试学生们将所学知识应用到团队中去解决实际问题的能力。所谓“回应”表示学生们回应他们在做这个项目以及学习过程中所做的努力。自我评估就是学生们对他们自己的表现进行评估基于一些可靠地标准。同伴评估代表团队中的同伴互相进行评估,具体的内容在表2中展示出来。

每个学生的档案都包括表二中的前四项,并且有老师们进行整体的评估。基于这些档案、表现、测试卷、以及实验中的表现,每一个学生都会得到一个得分等级,分别是Fail、Pass、Credit、Distinction、High Distinction.自我的评估以及同伴之间的评估会被用于调整得分等级。老师们会与学生们进行简短的对话,去讨论他们对于学生得分的评估与学生们的自我评估和同伴评估进行对比。该简短的采访对于学生们最后的得分是很有用的。

最后的评估结果是基本符合均匀分布的。19个学生,4个High Distinction,4个Distinction,5个Credit,5个Pass,1个Fail。

五.学生的反馈

在该部分主要描述两种反馈,分别是:

1.课程结束时的反馈

该部分的反馈是在学期结束后学生们给出的反馈,该反馈通过两种方式获得:①通过对全体学生进行反馈调查得到②作为学生档案的一部分,该档案会上交给老师的。一般,学生们给出的反馈都是积极的一面。文中展现了2个学生的反馈,大致意思都是通过该PBL方式课程的学习,让他们获得了一些很有用的经验,从而为他们以后的工作做了铺垫。

2. 学生毕业后的反馈

作者为了认为观察PBL形式的课程对于学生们毕业后的影响是有意义的。整个反馈调查采用的是网上调查的方式,在斯威本工业大学和中央昆士兰大学的共同合作和支持下,使用“OPINIO”工具去进行这次的反馈调查。对调查收集回来的数据进行分析,概括。结果显示基本上毕业生们都同意该PBL课程对于交付期望的学习效果方面是有效的,但是一些人认为它在传达专业技术方面,例如项目管理、时间管理、团队工作、交流技巧、以及报告写作方面都比传递知识更有效果。毕业生们对于该开放式问题的评价记录在表3中,同时,将学生们的反馈心急总结,列于表4.

六.授课者用该PBL方法教授电力系统建模和分析后的反应

在该部分作者主要阐述该文中PBL方式教学的优缺点:

作者认为那些提前接触过PBL形式的学生比没有接触过的学生要更好一些,此外,作者还建议使用混合形式的PBL,既基本的概念使用传统的授课形式,然后再以PBL形式来指导项目,这样的效果比纯粹的使用PBL课程效果更好。在前面提到过在工作组中加入了传统形式的讲座,在此,作者认为还可以加入相应的任务。这样,对于加入的任务也要进行响应的评估,作者认为,评估的比重中,对于任务和笔试部分的评估只占到总分的30%-40%,而基于档案的表现评估则可以占到60%-70%。

上面提到了有关PBL的种种优点,在此,作者也阐述一下该方法的不足之处,那就是他对于资源的要求很高。这一原因决定了每个PBL课程等于12个学分,而传统形式的只有6学分。

作者表示该班级19人的规模是中等的,因为这样可以更好地满足学生们对于实验室的需要。规模越大的课程对于资源的要求更高,当达到60人的时候就需要额外的努力和资源。

最后一点但是并不是不重要的,在该实验中学生人口统计学也是很重要的。在该试验中,学生们具有相似的背景和文化知识。几乎所有的学生都有强烈的欲望想要获得在以后的专业工作中有用的技巧。授课者还没有实践在一个混合背景的班级里去讲授相同的PBL课程。

 

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