新工科背景下電力電子技術(shù)課程建設(shè)研究

燕潔 張照芳 商姣

摘?要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足信息化教學(xué)的新要求。以東南大學(xué)成賢學(xué)院“電力電子課程”為例，針對課程現(xiàn)狀，結(jié)合新工科對人才培養(yǎng)的要求，從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評價四方面進行改革研究。構(gòu)建了項目化在線教學(xué)內(nèi)容，采用線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式，利用過程化評價手段進行課程評價。通過改革，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改善教學(xué)效果，大大提高學(xué)生利用知識解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：新工科；電力電子技術(shù)；課程建設(shè)

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.13.088

0?引言

2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，明確我國工科教育需要持續(xù)培養(yǎng)“新工科”人才，全力探索工程教育的中國模式，以此助力高等教育強國建設(shè)。目前“新工科”的建設(shè)要求、現(xiàn)代信息化手段的應(yīng)用、疫情的常態(tài)化給教育教學(xué)帶來了新的轉(zhuǎn)變，教師需要及時更新教育理念、整合教育資源、改變教育模式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，建立工程及系統(tǒng)概念，培養(yǎng)出基礎(chǔ)理論扎實、具有實踐經(jīng)驗的與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合的新型應(yīng)用型人才。

1?課程簡介

電力電子技術(shù)是由電力學(xué)、電子學(xué)、控制理論三大學(xué)科復(fù)合交叉而成，是采用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛，如可再生能源發(fā)電、高壓直流輸電、柔性交流輸電等。在本校的電氣工程及其自動化專業(yè)中，電力電子技術(shù)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論和實踐緊密結(jié)合的課程，其中理論部分占32課時，實驗部分占8課時。在以往的教學(xué)過程中這門課存在的主要問題有：

（1）傳統(tǒng)教學(xué)選用教材老舊、知識更新不及時。紙質(zhì)教材更新周期較長，經(jīng)常更換會給教學(xué)帶來不便?，F(xiàn)代科技發(fā)展迅速，有些教學(xué)內(nèi)容跟不上時代發(fā)展，不利于學(xué)生掌握學(xué)科最新知識，經(jīng)常出現(xiàn)與企業(yè)要求脫鉤、遠遠滯后新技術(shù)發(fā)展等問題。例如，目前電力電子技術(shù)教材中，半控型器件——晶閘管占全書篇幅的1/3，但在20世紀90年代以后，很多應(yīng)用場合該器件已被全控型器件取代；然而，全控型器件相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)，如脈沖寬度調(diào)制技術(shù)、變頻技術(shù)等介紹很少。此外，很少有電力電子技術(shù)教材會對可再生能源、高壓直流輸電等新興應(yīng)用進行詳細介紹。

（2）工科實驗室建設(shè)費用龐大，實驗設(shè)備陳舊落后，設(shè)備更新無法跟上技術(shù)發(fā)展腳步，以驗證性經(jīng)典實驗為主要教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生無法將新技術(shù)與課程理論內(nèi)容進行關(guān)聯(lián)。另一方面，實驗設(shè)備故障率高、維護周期長，實驗工位不足，組內(nèi)成員過多導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生依賴心理，動手實踐能力嚴重缺乏。目前，電力電子技術(shù)實驗教學(xué)平臺大多僅能完成晶閘管觸發(fā)、三相橋式全控整流電路、斬波電路等少數(shù)幾個驗證性實驗，而在實際使用較多的PWM整流等內(nèi)容并無相關(guān)實驗。

（3）傳統(tǒng)課程以教師為主體，學(xué)生被動學(xué)習(xí)。這種教學(xué)模式主要強調(diào)理論知識的分析和推導(dǎo)，忽略了課程的工程性和實踐性，學(xué)生無法將所學(xué)理論聯(lián)系實際應(yīng)用，缺乏對知識應(yīng)用、工程意識和實踐能力的培養(yǎng)。同時傳統(tǒng)教學(xué)受到地點和時間的限制，信息流動單向。課堂上，教師進行知識灌輸，學(xué)生難以跟上教學(xué)節(jié)奏、掌握知識重點；在課后，學(xué)生僅能通過教材和課件進行復(fù)習(xí)，遇到問題也不能及時有效解決，導(dǎo)致學(xué)生理論基礎(chǔ)不扎實，甚至喪失學(xué)習(xí)興趣。例如，電力電子技術(shù)課程電路類型多、工作狀態(tài)多、波形多，難度較大，傳統(tǒng)課堂中大部分學(xué)生都處于云里霧里的狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不佳。

（4）傳統(tǒng)課程評價主要綜合平時課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、期末考試成績，評價方式單一，無法準確體現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)；同時，不能進行全過程評估，不利于對學(xué)生開展針對性的教學(xué)干預(yù)，無法提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

因此利用現(xiàn)代化教學(xué)手段——網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及計算機仿真軟件，構(gòu)建了基于新工科培養(yǎng)目標的電力電子技術(shù)課程體系，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，進一步將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合。

2?電力電子技術(shù)課程建設(shè)基本情況

根據(jù)新工科人才培養(yǎng)的要求細化教學(xué)目標，將課程思政目標融入教學(xué)，構(gòu)建項目化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式，改進成績評價體系。

2.1?教學(xué)目標

課程專業(yè)教學(xué)目標：使學(xué)生了解電力電子半導(dǎo)體器件的使用方法，掌握常用電能變換電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法和實驗技能，使學(xué)生對電力電子技術(shù)有較為系統(tǒng)的認識。

思政教育目標：引入與專業(yè)課程相關(guān)的實際案例，提煉專業(yè)課程中蘊含的科學(xué)哲理、人生態(tài)度，讓學(xué)生感悟?qū)W科交叉的相互作用規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生樹立遠大理想信念，培養(yǎng)工程實踐能力，形成終身學(xué)習(xí)習(xí)慣，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而不斷奮斗。

2.2?教學(xué)內(nèi)容

圖1?網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容截圖

采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺——超星“一平三端”智慧教育系統(tǒng)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，如圖1所示。構(gòu)建“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，建立了網(wǎng)絡(luò)課程的資源管理、使用和更新機制，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)意識，提高學(xué)生理論和實踐結(jié)合的能力。

教學(xué)內(nèi)容以實際項目作為載體，一共引入七個項目，分屬AC-DC、DC-DC、DC-AC和AC-AC四個具體的知識模塊，再將每個模塊拆分為若干子任務(wù)，建設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)課程，網(wǎng)絡(luò)課程結(jié)構(gòu)如表1所示。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容具體包括應(yīng)用案例視頻、文獻資料、課程微視頻、教學(xué)課件、課后習(xí)題等，保證了教學(xué)資源的豐富性、時效性。其中的案例均源自工程實踐，與教學(xué)目標相符，覆蓋理論知識點，關(guān)注理論知識的系統(tǒng)性。例如項目一以學(xué)生熟悉的調(diào)光燈入手，首先提出兩個問題進行項目探究，問題一調(diào)光燈亮度的改變是如何實現(xiàn)的？問題二控制調(diào)光燈點亮的電力電子器件是什么？學(xué)生帶著問題進入學(xué)習(xí)，能夠極大的提高學(xué)習(xí)的積極性。下一步通過講解內(nèi)部電路圖，引入電力電子器件的介紹以及整流電路的基本內(nèi)容。在講解整流電路時從易到難，先是單相橋式不可控整流電路，然后是單相半波可控整流電路，再是單相橋式整流電路最后是三相整流電路。在教學(xué)內(nèi)容安排上，從易到難，遵循認知規(guī)律，利用實際項目帶領(lǐng)學(xué)生一步步學(xué)習(xí)整流電路的內(nèi)容。在每一個任務(wù)點后面配有測試題目，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完視頻內(nèi)容后自行獨立完成，達到即時檢測學(xué)習(xí)成果的目的。在每一個項目的后面都安排了電路仿真環(huán)節(jié)，通過仿真能讓學(xué)生直觀看到輸出波形，更好地理解電路工作原理。

在進行上述教學(xué)內(nèi)容的同時，還穿插了大量的課程思政元素，以達到教書與育人融合的目的。例如在講解AC-DC變換電路時，介紹我國的高壓直流輸電工程，為了解決我國能源資源與電力負荷分布不均衡的問題，采取了西電東送的解決方案。在如此遠距離、大容量的電能傳送過程中，高壓直流輸電的作用功不可沒。目前，我國已經(jīng)全面掌握了特高壓直流規(guī)劃設(shè)計、試驗研究、設(shè)備研制、工程建設(shè)和運行管理等關(guān)鍵技術(shù)，并在國內(nèi)國際上全面推廣應(yīng)用，輸送容量和輸送距離不斷提升，先進性、可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)境友好性得到了全面驗證，真正實現(xiàn)了“中國創(chuàng)造”和“中國引領(lǐng)”。

學(xué)生在觀看相關(guān)內(nèi)容的過程中，除了學(xué)習(xí)專業(yè)知識，還能增加民族自信心和自豪感，在特高壓領(lǐng)域，中國標準就是世界標準，激勵學(xué)生現(xiàn)在好好學(xué)習(xí)，以后為制定更多的中國標準貢獻自己的一份力量。

2.3?教學(xué)模式

為提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，采用將網(wǎng)絡(luò)課程和傳統(tǒng)課堂相整合的混合教學(xué)模式。教師利用網(wǎng)絡(luò)課程以項目案例作為驅(qū)動，啟發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生參與交流討論；同時利用傳統(tǒng)課堂進行案例分析、重難點講解，幫助學(xué)生鞏固知識點、解答疑問；學(xué)生在資源模塊觀看應(yīng)用案例視頻，閱讀文獻資料，學(xué)習(xí)在線課程微視頻，在交流模塊參與討論，根據(jù)任務(wù)要求借助計算機仿真軟件Matlab完成仿真。具體教學(xué)模式框架見表2。

2.4?教學(xué)評價

以往的課程評價主要包括平時成績和期末成績，其中平時成績占30%，期末占70%，由于期末成績占主要部分，很多同學(xué)為了取得好成績會考前突擊，不注重平時的積累，導(dǎo)致知識掌握不牢固，不能更好的應(yīng)用。平時成績主要考察出勤、作業(yè)和實驗，由于存在“人在心不在”的情況，單純從出勤情況，無法對學(xué)生的課上學(xué)習(xí)情況進行正確的考核。平時的作業(yè)和實驗也很難保證是獨立完成的，所以平時成績里面水分還是很大的。

為培養(yǎng)創(chuàng)新性復(fù)合型人才，需要鍛煉學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的能力，要求教師樹立過程化考核的思想，設(shè)立合理的考核機制，力求成績真正能夠反映學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程。過程性的分析、評價，可以及時幫助學(xué)生進行反思和調(diào)整，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)能力。

在開課之初，教師向?qū)W生公布整體的課程評價體系，具體如圖2所示：總評成績由三部分組成：線上綜合評價成績、線下課堂表現(xiàn)成績和期末考試成績。

其中線上綜合評價成績占20%，具體考察點有觀看微視頻（10%）、課后習(xí)題（5%）和在線互動談?wù)摚?%）。

線下課堂表現(xiàn)成績占30%，具體考察點有出勤（10%）、模塊測試（10%）和實驗（10%）。期末考試成績占50%，采用閉卷形式，考試時間為120分鐘，滿分100分。

3?總結(jié)

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的發(fā)展以及疫情常態(tài)化的影響，借助網(wǎng)絡(luò)教育資源進行混合教學(xué)將成為一種趨勢。教師要合理利用線上資源，優(yōu)化教學(xué)模式，細分教學(xué)評價標準。強化學(xué)生學(xué)習(xí)主體性地位，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，才能滿足學(xué)生的多樣化、個性化學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)符合新工科要求的合格專業(yè)人才。

參考文獻

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