融合工程教育認(rèn)證理念的電力電子技術(shù)理實(shí)一體化教學(xué)模式的研究

杭阿芳，李國(guó)利

（金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇南京，211169)

0 前言

教育部目前正在大力推進(jìn)工程教育認(rèn)證工作，該項(xiàng)工作的推進(jìn)是高等教育進(jìn)行育人大業(yè)的一項(xiàng)重要舉措，具有里程碑的意義。工程教育認(rèn)證的三大理念為學(xué)生中心理念、產(chǎn)出導(dǎo)向理念、持續(xù)改進(jìn)理念[1]。學(xué)生中心理念的核心意義在于教育服務(wù)于學(xué)生；產(chǎn)出導(dǎo)向理念的思想在于教育培養(yǎng)學(xué)生的能力和素質(zhì)；持續(xù)改進(jìn)理念在于建立各種溝通途徑和畢業(yè)生反饋機(jī)制，從而對(duì)教學(xué)進(jìn)行高質(zhì)量的改進(jìn)。學(xué)校如果能把工程教育認(rèn)證的各項(xiàng)指標(biāo)做有效的落實(shí)，把工程理念融入到教學(xué)實(shí)踐中，形成良性的教學(xué)改革和評(píng)價(jià)體系，畢業(yè)生的質(zhì)量將不斷提高。

電力電子技術(shù)是一門新型工程技術(shù)交叉學(xué)科，有廣泛的應(yīng)用面。涉及到鐵路電力機(jī)車或動(dòng)車牽引變流器、鐵路輔助逆變電源、新能源汽車、航空電源、船舶推動(dòng)器、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、石油、煤炭等開采行業(yè)電控設(shè)備、電力電動(dòng)汽車等各種領(lǐng)域。它是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課程。金陵科技學(xué)院自從升本以來(lái)，一直致力于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，積極響應(yīng)教育部推進(jìn)的工程教育認(rèn)證工作，立德樹人、協(xié)作融合、傳承創(chuàng)新，培養(yǎng)多元化畢業(yè)生。

筆者從事電力電子技術(shù)教學(xué)十幾年，一直在尋找合理、高質(zhì)量的教學(xué)模式，近幾年通過(guò)研究與實(shí)踐[2-4]，將該課程改革為混合式理實(shí)一體化教學(xué)，充分融合學(xué)習(xí)通APP、網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)、仿真技術(shù)、實(shí)物制作等元素，將復(fù)雜的電路分析、工程計(jì)算等盡量用生動(dòng)形象、淺顯的方式教授學(xué)生。多元素的融合不僅讓學(xué)生對(duì)枯燥理論知識(shí)有了充分的理解，也達(dá)到了多動(dòng)手的目的。復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題的有效融入，保證教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求指標(biāo)的靈活實(shí)現(xiàn)。

1 基于工程教育認(rèn)證的教學(xué)目標(biāo)修訂

根據(jù)我校學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求，在表達(dá)簡(jiǎn)潔明了及完整的基礎(chǔ)上，筆者將原有的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了必要的拆分和重整，制定了符合電力電子技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)：

目標(biāo)1：掌握幾種常用電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的工作原理、特點(diǎn)、特性、電氣參數(shù)及應(yīng)用。掌握幾種基本電力電子變換電路的工作原理、波形分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、控制方法。能夠培養(yǎng)對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行建模求解的能力。

目標(biāo)2：掌握幾種控制技術(shù)及典型電力電子應(yīng)用電路。具備對(duì)典型電路進(jìn)行分析的能力。了解電力電子行業(yè)在新能源汽車、開關(guān)電源、不間斷電源等領(lǐng)域的發(fā)展，明白電源的安全重要性，具備嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和生命至上的理念。

目標(biāo)3：掌握該領(lǐng)域最基本的實(shí)驗(yàn)技能及測(cè)試方法，有一定的軟件仿真熟練操作度以及實(shí)物操作度，能夠具備對(duì)結(jié)果進(jìn)行有效分析，并得出有效結(jié)論的能力。同時(shí)在實(shí)踐過(guò)程中能以小組為單位完成實(shí)踐任務(wù)。在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的研究性思維能力，并著重鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2 教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)

電力電子技術(shù)能支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)見表1。

表1 電力電子技術(shù)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)關(guān)系

3 基于工程教育認(rèn)證的理實(shí)一體化教學(xué)模式研究

工程教育認(rèn)證對(duì)畢業(yè)生的畢業(yè)要求和人才培養(yǎng)目標(biāo)提出了基本要求[5]。傳統(tǒng)的重理論重推導(dǎo)輕實(shí)操的教學(xué)理念限制了學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。為了讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，通過(guò)探索和嘗試，設(shè)計(jì)一種基于電氣工程及其自動(dòng)化應(yīng)用背景，符合工程教育認(rèn)證體系的教學(xué)方法和考核體系，采用理實(shí)一體化教學(xué)模式和重平時(shí)重實(shí)操的考核模式，發(fā)掘?qū)W生潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新力、實(shí)操力、具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和職業(yè)操守的人才。

3.1 教學(xué)方法及內(nèi)容改革

筆者所在學(xué)校電力電子課程56學(xué)時(shí)，采用4節(jié)連上的方式，總共14次課，每次課一個(gè)小主題。每個(gè)小主題均為理論教學(xué)+實(shí)操教學(xué)。理實(shí)一體化的課程希望通過(guò)在課堂上采用邊理論邊實(shí)踐，結(jié)合授課互動(dòng)、學(xué)生討論、動(dòng)手操作等多種形式，在授課中盡量體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。值得一提的是，對(duì)于實(shí)操教學(xué)，實(shí)操講解部分采用視頻教學(xué)，方便學(xué)生邊做實(shí)操邊觀看視頻，防止誤操作。

為了避免滿堂灌式的單一枯燥理論講授，理論授課部分保留一部分的傳統(tǒng)授課，另外一部分采用多元化的學(xué)習(xí)方式，該方式不僅以學(xué)生為中心，并融入工程教育理念：（1）討論課。一個(gè)主題的內(nèi)容，教師切分成幾個(gè)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)言表達(dá)，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。由于知識(shí)點(diǎn)做了切分，教師在組織整個(gè)教學(xué)中需要做穿針引線的工作，將主題系統(tǒng)化。（2）視頻課。教師提前在學(xué)習(xí)通APP中上傳下次課所學(xué)主題的知識(shí)點(diǎn)視頻，在課堂上的規(guī)定時(shí)間段內(nèi)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)視頻，教師可通過(guò)檢查學(xué)生筆記的方式，或者通過(guò)運(yùn)用學(xué)習(xí)通APP定時(shí)發(fā)送測(cè)試題的方式，檢驗(yàn)學(xué)生的自學(xué)成果，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候做歸納總結(jié)。（3）工程案例課。將實(shí)際案例引入到課程中，教師介紹案例的前提背景，所需的主題知識(shí)點(diǎn)，解決途徑，具體參數(shù)計(jì)算等。目前已引入的案例有小型氮肥廠合成塔電爐用調(diào)壓器的改造，小型開關(guān)電源，車載逆變器等。

實(shí)操教學(xué)部分同樣保留一部分的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作，另外還圍繞每次課的主題安排了焊接操作、Simulink仿真操作，大大增加學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦機(jī)會(huì)。學(xué)生通過(guò)Simulink仿真，幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解和鞏固，該環(huán)節(jié)是理論知識(shí)消化補(bǔ)充的重要環(huán)節(jié)；通過(guò)焊接一些小實(shí)物如小型開關(guān)電源式充電器、小型逆變器等，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、排錯(cuò)糾錯(cuò)的能力，加深理解，提高學(xué)習(xí)動(dòng)力。在電力電子技術(shù)實(shí)習(xí)部分，安排學(xué)生學(xué)習(xí)開關(guān)電源的生產(chǎn)流水線，了解現(xiàn)場(chǎng)操作和工藝流程，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識(shí)，是校內(nèi)教學(xué)的延續(xù)和總結(jié)，也是培養(yǎng)技能型人才的必備途徑，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和就業(yè)打下基礎(chǔ)。

3.2 教學(xué)平臺(tái)改革

筆者利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)課堂的搭建和維護(hù)，進(jìn)行視頻、備課筆記、指導(dǎo)書等材料的上傳，并制作了大量試題庫(kù)，方便隨堂使用。通過(guò)該平臺(tái)及學(xué)習(xí)通APP，讓學(xué)生進(jìn)行課前的預(yù)習(xí)、課中的點(diǎn)名與測(cè)試、課后的復(fù)習(xí)等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)作為教學(xué)的輔助，已成為筆者組織教學(xué)不可或缺的教學(xué)工具。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及學(xué)習(xí)通APP的教學(xué)組織過(guò)程見圖1[6]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及學(xué)習(xí)通APP的教學(xué)組織過(guò)程示意圖

3.3 作業(yè)改革

課后作業(yè)是加強(qiáng)知識(shí)鞏固、檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效途徑。筆者在布置作業(yè)時(shí)保留了一些傳統(tǒng)作業(yè)模式，學(xué)生需要學(xué)會(huì)參數(shù)計(jì)算，進(jìn)行波形分析。另外為了鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力，還布置了視頻講解作業(yè)，比如在學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)電路部分，要求學(xué)生自學(xué)驅(qū)動(dòng)部分原理，然后自己講解電路原理并錄視頻上交。這種作業(yè)可以讓學(xué)生在大腦中留下深刻的學(xué)習(xí)映射。當(dāng)然，針對(duì)工程教育認(rèn)證中復(fù)雜工程問(wèn)題的建模與求解這一指標(biāo)點(diǎn)，筆者布置了學(xué)生以小組為單位的綜合作業(yè)，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，查找期刊資料，進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈喿x、分析、整理、總結(jié)，形成綜合作業(yè)報(bào)告。教師根據(jù)學(xué)生的報(bào)告成文情況、答辯情況、參與度等進(jìn)行合理打分。學(xué)生所選綜合作業(yè)課題方向大致有正弦逆變器、不間斷電源設(shè)計(jì)思路綜述、電動(dòng)汽車智能充電技術(shù)、全橋LLC串聯(lián)諧振開關(guān)電源分析等。

3.4 工程案例示例

課堂上工程案例的引入可以是教學(xué)周期比較長(zhǎng)、知識(shí)點(diǎn)比較多的案例，比如開關(guān)電源涉及到EMI電路、整流電路、隔離式DC-DC變換器、PWM控制原理、閉環(huán)控制原理等，教師需要在教學(xué)的后期才能對(duì)學(xué)生進(jìn)行剖析和介紹。教師也可以針對(duì)某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行工程案例的部分引入，比如學(xué)生在學(xué)習(xí)完單相可控整流電路時(shí)，接下來(lái)需要學(xué)習(xí)三相可控整流，這時(shí)可以引入小型氮肥廠合成塔電爐用調(diào)壓器的改造。示例如下：

某小型氮肥廠合成塔電爐使用的調(diào)壓器?，F(xiàn)采用單相220V可控硅調(diào)壓器。該調(diào)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)試容易。但最多只能對(duì)15米電爐絲供電。隨著該廠生產(chǎn)力的提高，需要增加電爐功率，既對(duì)15～18米長(zhǎng)度之間的電爐絲供電，他們是怎樣改造調(diào)壓器的呢？

案例解決思路如下：

對(duì)于單相220V可控硅調(diào)壓器，考慮輸出電壓最大時(shí)的情況：

由此可知，198V輸出電壓，可對(duì)15 米電爐絲供電。當(dāng)使用三相半波可控硅調(diào)壓器時(shí)，可求得輸出電壓最大時(shí)的情況：

所以，三相半波可控硅調(diào)壓器可對(duì)最長(zhǎng)19.5米的電阻絲供電，因此對(duì)15～18 米長(zhǎng)度之間的電爐絲供電應(yīng)該是沒有問(wèn)題的。進(jìn)一步的可以考慮控制范圍。

再對(duì)18米電阻絲的供電電壓進(jìn)行粗估：198× 18÷ 15=237.6V 。

運(yùn) 用 波 形 連 續(xù) 公 式237.6 =1.17 × 220 × cosα2，求 得α2=22oV。

4 基于工程教育認(rèn)證的考核評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

學(xué)生的考核評(píng)價(jià)體系中總成績(jī)由過(guò)程性考核（30%）、實(shí)踐項(xiàng)目考核（30%）、結(jié)果性考核（40%）組成，以百分制登記。過(guò)程性考核成績(jī)由作業(yè)、隨堂測(cè)試、自主學(xué)習(xí)、綜合作業(yè)構(gòu)成；實(shí)踐項(xiàng)目考核成績(jī)由實(shí)踐操作考核、實(shí)踐報(bào)告考核構(gòu)成；結(jié)果性考核采用理論+實(shí)踐開卷考試?？己讼嚓P(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)?？己俗⒅貙W(xué)生理論知識(shí)的掌握，波形分析方法的掌握，參數(shù)選擇的掌握，以及學(xué)生分析問(wèn)題能力、解決問(wèn)題能力、動(dòng)手能力的掌握。試卷增加工程應(yīng)用類題型，對(duì)在學(xué)習(xí)和應(yīng)用上有創(chuàng)新、能自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的學(xué)生給予較好評(píng)價(jià)。基于工程教育認(rèn)證的考核評(píng)價(jià)體系，需要各項(xiàng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對(duì)考核方式做對(duì)應(yīng)及分配權(quán)重，并最終算出每個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度，筆者對(duì)18級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)進(jìn)行分析計(jì)算，具體如表2、表3所示。

表2 畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)考核方式關(guān)系

表3 電力電子技術(shù)課程達(dá)成度

5 基于工程教育認(rèn)證的持續(xù)改進(jìn)

筆者就目前電力電子技術(shù)課程的改革后效果來(lái)看，達(dá)到了一定的督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果，學(xué)生主觀能動(dòng)性和規(guī)則意識(shí)有較大改善、動(dòng)手能力有較大的提高。就課改內(nèi)容來(lái)看，后期還需要更多的融入科研新方向、行業(yè)新熱點(diǎn)，帶領(lǐng)學(xué)生打開視野、拓寬思維。課程教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容若能和企業(yè)加大力度、高度融合，讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)在現(xiàn)今行業(yè)的工程實(shí)際應(yīng)用，提高理論和實(shí)踐知識(shí)，將會(huì)為畢業(yè)生就業(yè)提供更多的可能。

6 結(jié)束語(yǔ)

用工程教育認(rèn)證的理念組織教學(xué)，在重視基本理論、基本技能的培養(yǎng)時(shí)，也要重視工程理念的培養(yǎng)。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教學(xué)需要幫助學(xué)生樹立正確的學(xué)生觀；擺脫“學(xué)困”煩惱，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和自主學(xué)習(xí)意識(shí)。本文從教學(xué)目標(biāo)的優(yōu)化，到教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)平臺(tái)的改革以及考核評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建等方面對(duì)電力電子技術(shù)課程進(jìn)行改進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量，以期提高用人單位對(duì)畢業(yè)生的滿意度，完成高質(zhì)量育人的目標(biāo)。