面向工程教育專業(yè)認證背景下的《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)模式改革與思考

李然 于樂 楊光儀 周永勤

摘 ?要：在工程教育專業(yè)認證背景下，以哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院本科的專業(yè)基礎(chǔ)課《電力電子技術(shù)》為例，分析了教學(xué)及實踐中存在的主要問題，提出了面向工程教育專業(yè)認證背景下的《電力電子技術(shù)》課程改革目標和主要措施，更好的啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，提高應(yīng)用能力。這些措施對培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才起到了教學(xué)改善。

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）12-0135-03

Abstract： In the background of engineering education professional certification， we take "Power Electronics Technology" as an example. The main problems in teaching and practice are analyzed. This paper puts forward the goal and main measures of the curriculum reform of the course under the background of engineering education professional certification to inspire thinking， stimulate interests， improve application capabilities of the students. These measures are beneficial to the cultivation of high quality and the innovative talents.

Keywords： Engineering education; power electronics technology; professional certification; teaching model reform

2016年6月，我國成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式簽約成員，這是我國教育業(yè)正式啟動工程教育專業(yè)認證的重要里程碑[1]。工程教育專業(yè)認證的三個核心理念是：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進[2]。如何合理有效的開展專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革，保障和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，引導(dǎo)和促進學(xué)科專業(yè)建設(shè)，是工程教育專業(yè)認證的主要目標和考核指標。在部分高校， 工程教育專業(yè)認證成為本科教質(zhì)量的一種體現(xiàn)[3，4]。哈爾濱理工大學(xué)是在黑龍江省高等教育強省建設(shè)規(guī)劃中被確定為重點建設(shè)的十所高水平大學(xué)之一，是黑龍江省人民政府與國家國防科技工業(yè)局共建高校，2018年入選黑龍江省國內(nèi)“雙一流”大學(xué)建設(shè)高校。電力電子技術(shù)課程的知識容量多，層次跨度很大，課程中的理論抽象，且課程研究對象的應(yīng)用具有很高的實用性和創(chuàng)新性。因此， 本門課程教學(xué)改革和實踐的研究重點應(yīng)該著重在高效、合理、正確地適應(yīng)我國工程教育專業(yè)認證目標點上，同時著重提高大學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和學(xué)習能力[5]。

一、《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的主要問題

（一）教學(xué)方法單一、聽課效果差

電力電子技術(shù)課程需要電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、自動控制原理等前期課程為基礎(chǔ)，課程新概念多、涉及知識面廣，教學(xué)內(nèi)容中還包含大量的公式推導(dǎo)，波形分析等，造成了教師的教學(xué)難度大，學(xué)生掌握效果差的狀況[6]。學(xué)生在聽課的時候疲于記筆記，并以考試成績?yōu)槟繕耍瑓⑴c交流、討論的機會較少， 抑制了其自主學(xué)習能力的培養(yǎng)。教師授課時也均以完成教學(xué)內(nèi)容為目標，重點不夠突出，教學(xué)環(huán)節(jié)較單一。這種教學(xué)方法體現(xiàn)不出以學(xué)生為中心的工程教育專業(yè)認證的教學(xué)指導(dǎo)思想。尤其是對于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生更難以跟上教學(xué)節(jié)奏， 課堂也成為了“填鴨式”的灌輸知識、復(fù)制知識的過程，使其失去對該門課程的學(xué)習興趣。因此教學(xué)方法的改革勢在必行。

（二）教材內(nèi)容老化，與實際脫節(jié)嚴重

目前電力電子技術(shù)課程的教材內(nèi)容主要以電力電子器件介紹、電能變流技術(shù)、PWM技術(shù)和軟開關(guān)控制技術(shù)為學(xué)習主線。晶閘管技術(shù)是目前電力電子器件章節(jié)中的重點，而現(xiàn)在以IGBT和MOSFET等為代表的全控型器件也均介紹了簡單的原理知識[7]，對于目前主流的電力電子變頻技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)、電力電子器件應(yīng)用及仿真技術(shù)涉及很少。另外，課程中對于變流電路和功率集成電路的知識點涉及較少[8]，當前的教材內(nèi)容無法反映電力電子行業(yè)最新的學(xué)術(shù)動態(tài)、新成就、新經(jīng)驗、新問題，甚至教材中還存在著少數(shù)錯誤。這對學(xué)生更好的理解教學(xué)內(nèi)容， 提高實踐能力造成了困擾。以成果為導(dǎo)向的教輔材料改革勢在必行。

（三）實驗及實踐環(huán)節(jié)薄弱，教學(xué)內(nèi)容過少

電力電子技術(shù)課中的實踐環(huán)節(jié)是學(xué)習本門課程知識的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際，消化理解教學(xué)知識的重要手段，也是對課堂教學(xué)的一種補充。當前，電力電子技術(shù)課程的實驗及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)投入不足。實驗設(shè)備陳舊，設(shè)備數(shù)量不足，只能5名同學(xué)一個小組，共同操作一臺實驗設(shè)備，沒有起到實踐教學(xué)的目的，更談不上活學(xué)活用和充分消化理解書本知識。由于電力電子技術(shù)常用于大功率場合，考慮到安全性的因素，在實驗和實踐的過程中往往讓學(xué)生原理高、強電壓信號，多以驗證性實驗和演示性實驗為主，由老師操作，學(xué)生自行觀察記錄和學(xué)習，自主進行設(shè)計、實驗、調(diào)試電路的機會不多。實踐環(huán)節(jié)缺少理論與實際相結(jié)合的實用性訓(xùn)練，在掌握書本知識的基礎(chǔ)上，實際動手設(shè)計和應(yīng)用電力電子技術(shù)、理解工程應(yīng)用概念等方面的教學(xué)環(huán)節(jié)非常欠缺。因此， 學(xué)生操作能力、創(chuàng)新能力得不到鍛煉，更談不上高度調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性。教學(xué)中的實驗和實訓(xùn)環(huán)節(jié)亟待改革與創(chuàng)新。

二、電力電子技術(shù)的課程改革目標

立足于工程教育專業(yè)認證的成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進的基本理念， 應(yīng)該推動電力電子技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課的主要教學(xué)內(nèi)容，并開展教學(xué)方式和教學(xué)模式的創(chuàng)新改革，同時，通過教學(xué)內(nèi)容和課程體系的不斷優(yōu)化和改進，突出教育工程認證對人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)要求[9]。通過對教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變，重點強調(diào)課堂上的理論知識和技能的培養(yǎng)為輔，培養(yǎng)主動積極地學(xué)習態(tài)度和培養(yǎng)解決實際工程問題的能力為主，加強實訓(xùn)環(huán)節(jié)，增加理論與實際相結(jié)合的實用性訓(xùn)練的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生們獲取知識從被動到主動，深刻理解到“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”，形成正確的學(xué)習價值觀，從而提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)習興趣[10]，與工程教育認證的目標相吻合。

三、電力電子技術(shù)的課程改革主要措施

（一）教學(xué)思路改革

在工程教育專業(yè)認證的背景下，要深化開展教學(xué)思路的改革，本著以學(xué)生為中心的指導(dǎo)思想，從教學(xué)手段、教學(xué)觀念、信息化教學(xué)平臺等幾方面做起。

正確的處理和理解好教師和學(xué)生之間在教學(xué)中的主次關(guān)系。傳統(tǒng)的教學(xué)理念都是以教師為中心，采用“灌輸”的方式，學(xué)生被動地處于接收知識的地位。以學(xué)生為中心，就要將教學(xué)過程中學(xué)生作為主體，教師起到引導(dǎo)作用。教師將書本的知識加以歸納和篩選，重點講主要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習電力電子技術(shù)的能力，而不是關(guān)注于某一個知識點，讓學(xué)生積極主動的參與到教學(xué)中來，并得到創(chuàng)造性、理解性的學(xué)習知識途徑。

同時，教師要正確理解傳授知識和培養(yǎng)能力的關(guān)系，平衡知識和動手能力的權(quán)重，要讓學(xué)生明白書本上的重點知識是基礎(chǔ)，掌握了基本知識和基本理論，才獲具有深入學(xué)習的能力，實踐的手段是強化和加深理解書本知識的一種手段，也是理論聯(lián)系實際和步入社會后綜合素養(yǎng)的基礎(chǔ)。

鼓勵并帶領(lǐng)學(xué)生們參加電力電子設(shè)計競賽、大學(xué)生電子設(shè)計大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等，為學(xué)生打造好科研創(chuàng)新平臺建設(shè)，真正給學(xué)生一個能動手、能發(fā)揮、能創(chuàng)新的科研實踐平臺，讓書本上所學(xué)的理論知識得到充分理解和吸收，在畢業(yè)時能夠達成個人理想造福社會。這樣的成果導(dǎo)向才是工程教育認證的理想目標。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

我們培養(yǎng)的學(xué)生是要直接面向社會的， 教育要和時代接軌， 從教室的角度來說，自然也要不斷深造，與時俱進。高校教師要從自身做起， 不斷學(xué)習， 通過開展科研項目、深入開展科研研究、撰寫科研論文、開展企業(yè)調(diào)研、學(xué)術(shù)交流等途徑不斷更新知識儲備。并將這些理念、知識、理解在授課的過程中傳輸給學(xué)生，讓學(xué)生們最快速的獲取知識和吸收理解知識。工程教育認證的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，并以教材為參考，以任課教師為主體來制定，并且在教學(xué)的過程中，結(jié)合學(xué)生的實際情況不斷改進。

信息化時代的飛速發(fā)展導(dǎo)致大學(xué)生課程科目、數(shù)量和內(nèi)容急劇增加。但是課時數(shù)有限，要想把大量的課程知識均傳送給學(xué)生，必須認真規(guī)劃改進教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)大綱，改進課程體系。任課教師的教案內(nèi)容的難易程度應(yīng)該適中，力求鍛煉學(xué)生們的學(xué)習能力。比如，在講解PWM控制技術(shù)中的單極性和雙極性調(diào)制法時可以引入電動汽車電機控制器或者雷達天線控制的案例，再對比相控整流和不可控整流電路，討論如何有效減少無功和諧波對電網(wǎng)的污染等實際工程問題。要避免學(xué)生在上課的時候一味地被“灌輸”知識，老師說什么筆記上就記錄什么，要調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，從教學(xué)課堂上的客人變成主人。比如說，采用小組間討論或辯論，設(shè)定小團隊協(xié)作的小課題等等方法，教師盡可能的扮演組織者，讓學(xué)生們獨立思考問題、陳述觀點。教師可以采用PPT和板書相結(jié)合的教學(xué)方法，彌補單獨使用板書或者多媒體帶來的不足之處，還能吸引學(xué)生們的學(xué)習積極性，提高授課質(zhì)量和教學(xué)效果。

（三）實驗及實踐環(huán)節(jié)改革

實踐環(huán)節(jié)是電力電子技術(shù)課中的重要環(huán)節(jié)，針對當前電力電子技術(shù)實驗實踐課的現(xiàn)狀，提出了幾種改革辦法：

1. 設(shè)計換位式實驗教學(xué)方法

采用換位式實驗教學(xué)方法，在課下針對特別感興趣的同學(xué)進行重點培訓(xùn)。讓這些入手快基礎(chǔ)牢的同學(xué)現(xiàn)行學(xué)習和操作，等到上實驗課的時候，就可以由任課教師做總指導(dǎo)、這幾位同學(xué)做輔助指導(dǎo)的方式開展實驗教學(xué)的方法。這樣在鍛煉學(xué)生的語言表達能力的同時又培養(yǎng)了獨立思考、主動學(xué)習主動探索知識的目的，調(diào)動學(xué)習積極性的同時又提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量。

2. 增加電力電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)

從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合教學(xué)大綱，開展理論與實際相結(jié)合的實用性訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，由任課老師擬定幾個電力電子工程訓(xùn)練實際工程項目，每4-5人組成一個小組，并任命一名組長。每個小組選定一個實訓(xùn)題目，開展為期兩周時間的電力電子實訓(xùn)環(huán)節(jié)。實訓(xùn)內(nèi)容涉及電力電子器件、變流技術(shù)、PWM控制技術(shù)等電力電子技術(shù)典型應(yīng)用，例如：PWM直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、直流降壓斬波電路設(shè)計、智能風扇溫度控制系統(tǒng)設(shè)計等。學(xué)生在兩周內(nèi)開展電路設(shè)計與仿真、線路板繪制與焊接調(diào)試，單片機C語言編寫等工作來完成所選課題的要求。在實訓(xùn)結(jié)束時采取答辯的形式例如硬件演示、仿真演示、軟件程序講解等進行實訓(xùn)環(huán)節(jié)考核。

3. 設(shè)計信息化多媒體教學(xué)方法

使用Protel、Proteus、Matlab-Simulink等電路仿真軟件，通過在仿真系統(tǒng)上開展簡單的電路模型設(shè)計，然后調(diào)整器件及信號的輸入與輸出參數(shù)。這些工作作為開展實際硬件電路的先驗條件。例如在直流斬波電路的主電路中，計算好電容、電感、Mosfet和負載的參數(shù)之后，利用Proteus仿真軟件進行波形仿真，根據(jù)輸入與輸出參數(shù)和波形改善元器件參數(shù)和控制信號。這種改革方式有助于學(xué)習理解書本知識，還能減少因設(shè)計考慮不周帶來的器件損壞、人為操作故障等現(xiàn)象的發(fā)生。

4. 開展線下課堂和線上網(wǎng)課教學(xué)改革

電力電子技術(shù)課程新概念很多、涉及知識廣，教學(xué)內(nèi)容中還包含大量的公式推導(dǎo)，波形分析等，往往很多學(xué)生僅僅在課堂（線下）上無法完全消化理解，等課后復(fù)習時又忘記了老師是如何講的。鑒于此，電力電子教研組錄制了每節(jié)課的線上視頻，上傳到學(xué)校專用網(wǎng)站中。學(xué)生們可以通過個人賬戶和授權(quán)密碼在網(wǎng)絡(luò)上再次收看（線上）。這種通過線下和線上的O2O教學(xué)改革方法有助于同學(xué)們深入理解課堂重點內(nèi)容和電力電子的各個知識點。在某種程度上來說，也減輕了老師為同學(xué)們答疑時的大量重復(fù)性工作量。

通過對近兩屆本科生電力電子技術(shù)的教學(xué)改革，獲得了很不錯的教學(xué)效果。從課程達成度指標角度來說，未開展教學(xué)改革的2015級、2016級本科生電力電子技術(shù)課程達成度為0.738、0.722，而開展了教學(xué)改革的2017級和2018級的達成度提高到了0.792、0.809。此外學(xué)生的學(xué)習積極性更高、學(xué)習興趣更濃厚，參加大學(xué)生電子設(shè)計大賽、電力電子設(shè)計競賽、大創(chuàng)競賽等各種科研項目的人數(shù)顯著增多。說明工程教育專業(yè)認證背景下《電力電子技術(shù)》課程的教學(xué)模式改革取得了顯著成果。

四、結(jié)束語

通過在工程教育專業(yè)認證背景下的《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)模式改革，促進教師對本門課程的教學(xué)理念，提高本門課的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，更好的啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，將“成果為導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進”的教學(xué)理念深入到教學(xué)和實踐中去。始終秉著工程教育專業(yè)認證的核心理念，以電力電子技術(shù)課程的考核成果和教學(xué)目標為導(dǎo)向，教學(xué)方法和手段都以學(xué)生為中心，注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神、工作能力和學(xué)習能力，并根據(jù)實際需求不斷改進，使電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革沿著正確的方向不斷向前推進。

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