以應用型本科人才培養(yǎng)為目標的電力電子技術教學改革與實踐

陳國平 秦彥軍 張艷 鄧小軍 王劍強 祁正棟 周小鴻 楊維滿

摘? 要：在應用型本科電力電子技術課程教學中存在教學內(nèi)容與實際應用結合度低等問題，針對這些問題提出了以學生應用、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心、以工程技術為導向的教學模式，創(chuàng)新教學方法和手段，建立先進教學考評制度，加強實驗教學，開發(fā)虛擬實驗平臺，以科研促教學等針對課程教學模式、方法的改革。使教學內(nèi)容與工程應用緊密結合，提高學生綜合應用學科知識的能力和實踐動手能力，取得了較好的教學實踐效果。

關鍵詞：應用型本科;電力電子技術;教學研究;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）26-0114-04

Abstract： In the teaching of Power Electronics Technology of applied undergraduate， there are problems such as low degree of combination of teaching content and practical application. Aiming at these problems， a teaching model based on student application and innovation ability training and engineering technology-oriented teaching is proposed. Teaching Methods and means are created; an advanced teaching evaluation system is established; experimental teaching is strengthened; a virtual experimental platform is developed; scientific research is used to promote teaching and other reforms aiming at curriculum teaching models and methods are carried out. The teaching content is closely combined with the engineering application， and the students' comprehensive application of subject knowledge and practical skills are improved， and good teaching practice results have been achieved.

Keywords： application-oriented undergraduate; modern power electronics technology; teaching research; talent training

一、概述

電氣工程及其自動化是工程學科中的重要學科，在高素質應用型工科人才方面發(fā)揮著重要作用[1]。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展以及社會生產(chǎn)環(huán)境的快速革新，無論是傳統(tǒng)電工制造業(yè)，亦或是新興產(chǎn)業(yè)，都需要大量技術過硬、實踐能力強、素質高的電氣工程類應用型人才，以適應工業(yè)戰(zhàn)略轉型和實際生產(chǎn)的需求。不僅如此，近年來，隨著新能源、電力系統(tǒng)等行業(yè)的快速興起，電力電子技術的應用也日益廣泛。這些使得社會迫切地需要這類綜合能力強的優(yōu)秀應用型人才，電力電子技術課程在電氣工程類應用型人才培養(yǎng)方面的作用日益突出[2]。

電力電子技術課程核心知識是電能的變換與控制，涉及到電子、控制等多領域知識，而與之相關的課程如電力系統(tǒng)拖動、交直流電機調(diào)速、電力系統(tǒng)分析等課程都是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程[3]。電力電子技術課程既有顯著的基礎性和理論性特征，也具有較強的實踐性，是電氣工程領域人才必須要掌握的一門基礎課程，學好該課程會很大程度上增強電氣專業(yè)應用型人才的動手能力[4-6]。

電力電子技術課程旨在培養(yǎng)一批符合時代發(fā)展的，擁有強大動手實踐能力和創(chuàng)造性的綜合型應用人才?？v觀各大高校，在全國教育深化改革的背景下，電力電子技術課程也邁向了教育教學改革階段，提出了如下要求：全方位培養(yǎng)學生動手能力、工程應用能力和創(chuàng)新能力;優(yōu)化調(diào)整電氣工程類課程體系，適當?shù)卦黾訉嵺`課程占比;靈活運用信息化手段和多媒體教學方式，提高教學效率，強化教學效果。

總而言之，電力電子技術課程作為電氣工程類學科教學科目中的一門必修課程，在提升應用型人才綜合素質，豐富人才認知體系，鍛煉與培育人才動手實踐能力等方面發(fā)揮著重要作用。

二、教學中目前存在的問題

就目前的現(xiàn)狀而言，我國高校大部分電力電子技術課程仍然采取傳統(tǒng)“你講我聽”的滿堂灌的單向授課模式，這極大程度上抑制了學生學習的主動性，也不利于應用型人才實踐動手能力的培養(yǎng);除此之外，教學模式僵化，實物演示教學環(huán)節(jié)匱乏，未能突出學生學習的主體地位，而這也造成電力電子技術課程教學效果欠佳，難以達到教學改革目的，也難以滿足社會發(fā)展對應用型人才培養(yǎng)的需要。同時，從實踐來看，在我國電子電力技術課程體系中，理論教學占比較高，而動手實踐操作教學比重較小，這也使得學生無法將所學知識靈活應用于實踐中去;此外，還缺乏科學思維方式的引導與訓練，而這也極大地抑制學生主觀能動性，不利于學生創(chuàng)新能力的鍛煉。整體而言，現(xiàn)有的教學模式與電氣工程類教學改革要求不相適應，與社會應用型人才培養(yǎng)訴求不相適應。

正是如此，對電力電子技術課程教學過程，非常必要創(chuàng)新與優(yōu)化現(xiàn)有的教學模式，貫徹落實電氣工程類專業(yè)教學改革要求，培育出工程素養(yǎng)高、動手能力強、理論知識扎實的優(yōu)質應用型人才。具體而言，電力電氣技術課程在教學方面主要存在如下五個方面的問題。

（一）教學內(nèi)容與實際應用結合度低

伴隨著新能源、電力控制等行業(yè)迅猛發(fā)展，電力電子技術的應用范圍不斷擴大，電力電子技術課程的重要性也日益凸顯，然而大多數(shù)電氣工程專業(yè)畢業(yè)的學生在踏入社會后，對該電力電子相關知識了解不透徹，同時也未能意識到其廣泛適用性。之所以會造成該現(xiàn)象，主要是因為教學內(nèi)容與實際應用結合度低。在傳統(tǒng)教學模式下，課程主要是圍繞“電力電子器件”“變流電路”等展開，以理論知識與課堂教學為主，這一方面造成了學習方式單一枯燥，難以激發(fā)學生學習興趣，另一方面也造成了電力電子技術理論學習與實踐應用的脫節(jié)。

（二）實驗實踐平臺教學效果有待提升

電力電子技術課程教學改革要求學生應具備較強的電力電子實踐動手能力，然而從現(xiàn)有的實踐教學來看，大多數(shù)高校都未能重視實驗實踐平臺的建設;不僅如此，在實際教學過程中，教師也僅僅只是引導學生按照書本上的步驟，開展簡單的實驗驗證環(huán)節(jié)，這并沒有真正意義培養(yǎng)學生的動手能力;此外，在課程設計方面，也主要是圍繞計算機仿真，對學生的實踐能力要求不高。

（三）教育教學手段單一

由于電力電子技術課程比較抽象，理論知識較為枯燥，對學生的吸引力不強。傳統(tǒng)教學方式又是一味地以課堂講授為主，這種教學方法生硬僵化，教學效果不佳。在實際課堂教學時，老師“重課堂紀律，輕教學質量”的做法也使得整個課程冗長無味，難以調(diào)動學生學習積極性，甚至有些學生產(chǎn)生了厭學情緒。

（四）教學考核評價存在的問題

考前突擊復習是很多應用型高校學生中普遍存在的現(xiàn)象，也反映了部分學生以應付考試為目的突擊學習的心態(tài)，這種以應付考試為目的的學習，顯然不利于學生真正學到知識、學會知識。以往電力電子技術課程以期末考試決定課程成績的考核模式，嚴重制約了該課程教育教學水平和學習效果的提高，也不利于素質教育開展。

（五）教學中課程思政的缺失

思想政治教育是高等教育的基石，育人先育德，要始終將思想政治教育放在高等教育的最重要位置，并融入到各專業(yè)學科的日常教學當中。目前大部分高校在專業(yè)課教學中只是注重于專業(yè)知識的講授，而在教學中對學生價值觀、世界觀、人生觀的塑造與引領卻很是不足。因此將思想政治教育融入和貫穿到專業(yè)課程的講授中不僅非常必要，而且刻不容緩。

三、針對課程教學模式、方法的改革

（一）改革目標

1. 建立多層次人才培養(yǎng)模式，增強學生的動手實踐能力、創(chuàng)新能力;

2. 加強師資隊伍建設，打造一支專業(yè)能力強、教學經(jīng)驗豐富、深諳講課之道的精英教師隊伍;

3. 創(chuàng)新教學模式，深化教學內(nèi)容，完善教學基礎設施建設，滿足高素質應用型人才培養(yǎng)需求;

4. 建立健全教學實踐課程體系，打造虛擬實驗平臺;

5. 建立思想政治、道德素質與專業(yè)技能相互融合的電力電子技術教育體系。

（二）改革內(nèi)容

1. 教學內(nèi)容以工程技術為導向

目前大部分學生都有動手實踐能力不足，缺乏工程意識和實踐經(jīng)驗的問題，因此教學內(nèi)容以工程技術為導向非常有必要，教學中要注重課程的銜接性，突出電力電子技術課程的基礎性和實踐性，及其強大工程應用背景的特征，要以工程技術為導向，以工程課程內(nèi)容為載體，逐步地強化與培育學生工程意識，一方面為學生后續(xù)專業(yè)課學習奠定夯實的基礎，另一方面則為學生掌握工程技術提供支持;要注重理論與工程實際的有機結合，要靈活應用電路結構的變換，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

2. 教學方法與手段改革

要打破傳統(tǒng)單一的教學格局，建立以漸進式講授+啟發(fā)式教學雙線并行的多元化教學模式，同時還要貫徹落實實踐和理論相結合的原則，適當?shù)卦黾訉嵺`教學課程;在教學手段上，要實現(xiàn)多媒體教學與展示教學相結合，虛擬實驗與實際動手實驗相結合。

3. 建立新的教學考評制度重視過程考核

電力電子技術課程的考核應側重于考察學生的分析與解決問題能力，考察學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。因此建立標準化的試題庫和全新的教學考評機制，客觀評價教學效果，要轉變以知識為主的評價觀念，重新建立知識觀、能力觀和素質觀相互之間和諧統(tǒng)一的綜合型評價體系。其次要加強過程監(jiān)督和考核，以評督學、以考促學，讓學生把功夫下在平時，是更好掌握知識、學會知識的必要前提。

4. 實訓平臺建設

實踐教學在應用型本科院校的專業(yè)教學體系中極其重要，而實訓平臺是實踐教學重要渠道，能夠培養(yǎng)學生實踐動手能力、分析與解決實際問題能力。電力電子技術課程實踐教學環(huán)節(jié)至關重要，它在培養(yǎng)電氣工程專業(yè)學生工程實踐能力方面有重要作用。

建立集理論教學、虛擬實驗、實驗操作等于一體的綜合實訓平臺，夯實學生的理論基礎，提高學生的專業(yè)素養(yǎng)，鍛煉學生的動手實踐能力，依托該實訓平臺，切實改善電力電子技術課程教學效果。具體來說，實訓平臺應當涉及實物講解、基礎軟硬件設施工作原理及其操作流程、常見電力電子器件的安裝方法等理論與實踐相結合的教學板塊，除此之外還需要包括繪制電路原理圖、設計實用電路等創(chuàng)新實踐培訓板塊，以確保學生更加深刻地認識到電力電子器件、電路圖等基礎知識。

5. 虛擬實驗平臺開發(fā)

為加強教學效果，開發(fā)一套能夠直觀展示電路結構、控制算法、相位、電路等參數(shù)的虛擬實驗平臺。虛擬實驗平臺應能方便的改變電路拓撲結構和電路參數(shù)，以方便各種輸出波形的分析。Simulink/GUI提供的系統(tǒng)建模、分析和仿真功能進行電路仿真設計、人機界面封裝、電力電子電路拓撲、電路參數(shù)、控制算法、相位等參數(shù)設置。學生也可通過該平臺對電力電子各種變流電路進行設計，提升學生理論分析與創(chuàng)新實踐能力。

6. 以科研促教學

在電力電子技術應用型人才培養(yǎng)過程中，產(chǎn)學研結合是有效路徑。對此，高?？蓪⑾到y(tǒng)設計與科研項目密切聯(lián)系起來，一方面加快科研成果轉化，另一方面讓學生在參與科研項目中獲得能力的提升。如可將電氣工程熱門研究課題作為學生畢業(yè)設計的選題;引導學生積極參與科技創(chuàng)新活動;對部分能力突出的學生提供控制技術等方面的培訓，破格允許其參與教師關于電氣工程類科研項目等。

高校教師通過對本學科的科學研究工作，可以加深對本專業(yè)、本學科的理解和認識，改善知識結構、完善知識體系、提高學術水平和專業(yè)技術能力。高校教師應將學科前沿動態(tài)、自身的學術思想和科研成果融入到教學之中，將其在長期艱苦科研工作過程中形成的感悟傳達給學生，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新精神。

7. 教學內(nèi)容要和實際工程應用相結合

為了使電氣工程專業(yè)的學生在畢業(yè)后能更好地從事本專業(yè)工作，應用電氣工程理論與技術解決工程實際問題，具有良好的專業(yè)素養(yǎng)和適應能力，既滿足社會對大學畢業(yè)生能力的要求，又能擴大學生就業(yè)面。通過加強電力電子技術教學改革與工程應用緊密結合的研究，使課程教學面向工程實際需要，并使生產(chǎn)實踐促進教學質量的提高，培養(yǎng)學生應用電力電子技術解決工程問題的綜合能力和創(chuàng)新思維，為社會主義現(xiàn)代化建設服務。在教學實際中應將近年應用電力電子技術的國家重大工程，如高壓直流輸電，然后再到交流系統(tǒng)的大功率遠距離電能輸送過程。在課程中設計了整流電路原理及應用知識點結合我國能源優(yōu)化配置，基于高壓直流輸電遠距離電能傳輸?shù)膰夷茉磻?zhàn)略，以及“一帶一路”與能源合作。

8. 專業(yè)課教學與課程思政結合

在專業(yè)課程教育教學中，深入發(fā)現(xiàn)和挖掘思想政治教育元素，對于在電力電子技術專業(yè)課程如何與思想政治教育相結合具有極為重要的意義。在挖掘思想政治教育元素的過程中要始終把握好思想政治教育的大方向，將習近平新時代中國特色社會主義理論作為思政教育的核心，深入研究理論中能夠與專業(yè)內(nèi)容相結合的內(nèi)容，并搜集專業(yè)課中蘊含的思政素材，開展好專業(yè)課思政教育工作。

（三）具體實施舉措

1. 工程技術導向的具體實施

要以課程教學為根本，以工程技術為導向，在夯實學生理論知識的基礎上，適當?shù)匾M工程技術項目，以實現(xiàn)理論教學和能力培養(yǎng)相結合。利用項目導向教學是工程技術導向的具體措施，是一個比較系統(tǒng)的教學過程，在熟練掌握了課程教學內(nèi)容的基礎上，按圖1所示流程進行具體實施。

2. 教學考評體系量化與過程考核改革

要運用有效的評價方法，制定相應的科學標準賦予新評價體系各項指標的權重，以確保評價結果的客觀性。同時根據(jù)電力電子技術課程的自身特點，開展基于教學全過程的課程考核方式改革，實現(xiàn)從注重知識傳授向重視能力和素質培養(yǎng)的轉變。通過設計過程考核的具體方式，引導學生掌握正確、有效的學習方法，教學生“如何學”，也是培養(yǎng)學生自主學習能力，促進學生自我管理、主動學習的主要途徑。

電力電子技術課程進行過程考核改革，注重學習方式引導，加強過程考核細節(jié)與課程教學內(nèi)容的緊密融合。實踐表明，學生學習興趣提高，自主學習能力增強，學習效果好。

3. 可靠的實驗平臺

經(jīng)常處于高頻狀態(tài)的電力電子裝置開關應力和電磁干擾較大，這也導致其寄生參數(shù)對電路產(chǎn)生了一定的負面影響，降低了電路性能，甚至會造成元器件損壞。因此，教學實驗裝置要滿足安全性、開放性、普遍適用性等要求。

4. 虛擬仿真教學

虛擬仿真教學在電力電子技術課程理論教學和虛擬實驗教學中都是課程教學的重要手段，尤其是利用虛擬實驗平臺對各種變流電路仿真，對電路輸出波形分析，相關數(shù)值計算等學生難以理解掌握的內(nèi)容。虛擬仿真具有圖形顯示的直觀性、交互性等特點，虛擬仿真教學能夠激發(fā)學生學習興趣，可有效滿足學生的好奇心和探索欲望，可以取得較好的教學效果。

5. 課程思政實施舉措

為此要做好專業(yè)課師資隊伍建設，充分挖掘蘊含在教材中的課程思政元素，使電力電子技術專業(yè)課教學與思政教育有機結合;提出了應用型本科電力電子技術課程思政教育教學方法，為應用型本科電氣信息類專業(yè)在人才培養(yǎng)中專業(yè)課思政教育提供了有效的借鑒與實踐。

四、結束語

在電力電子技術課程教學改革中建立以培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力為目的，以工程技術為導向的教學模式，創(chuàng)新教學方法和手段;建立先進教學考評制度;加強實驗教學，開發(fā)虛擬實驗平臺，以科研促教學;做到理論與實踐相結合，激發(fā)學生學習興趣。大大提高了學生綜合應用學科知識的能力和實踐動手能力，為培養(yǎng)出社會需要的、動手能力強、綜合素質高的電氣工程應用型人才打下堅實基礎。

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