新工科背景下電力電子技術(shù)課程建設(shè)研究

［摘 要］電力電子技術(shù)課程是南京郵電大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的核心專業(yè)課程，其存在課程內(nèi)容多、與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不夠緊密、學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)不多及思政教育融入不系統(tǒng)等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容的改革，專題講座和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的增加，以及思政教育的系統(tǒng)化建設(shè)，可使課程大綱與技術(shù)發(fā)展更加貼合，使學(xué)生更加了解課程的社會(huì)作用，增加學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神與思想政治覺(jué)悟，有助于為國(guó)家培養(yǎng)更多高水平和高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。

［關(guān)鍵詞］電力電子技術(shù)；課程建設(shè)；課程設(shè)計(jì)；思政教育

［中圖分類號(hào)］TM921；G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2025）02-0027-06

電力電子技術(shù)課程是南京郵電大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的核心專業(yè)課程，涉及電力、電子以及控制等學(xué)科內(nèi)容[1-3]。課程內(nèi)容主要包括基本電力電子器件、基本電力變換電路和一些輔助技術(shù)[4]。本課程的教學(xué)目標(biāo)主要是：使學(xué)生掌握各種電力電子器件的特性和使用方法，掌握各種電力電子電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法和參數(shù)設(shè)計(jì)方法，掌握各種電力電子裝置的應(yīng)用技術(shù)；培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、新能源發(fā)電控制系統(tǒng)的能力。通過(guò)多年的課程建設(shè)，課程體系已較為完善，學(xué)生普遍接受度較高，教學(xué)效果較好。但同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，課程也需要進(jìn)一步改革與建設(shè)，與時(shí)代發(fā)展同步。近兩個(gè)學(xué)年對(duì)學(xué)生關(guān)于進(jìn)一步課程建設(shè)的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，雖然傳統(tǒng)教學(xué)方法能滿足基本學(xué)習(xí)需求，但大部分學(xué)生對(duì)進(jìn)一步的課程建設(shè)抱有期待，對(duì)更新教學(xué)大綱、引入前沿技術(shù)、增加實(shí)踐環(huán)節(jié)等三個(gè)方面的需求較高。此外，培養(yǎng)的部分本科生和碩士生，存在責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)、職業(yè)素養(yǎng)不高和家國(guó)情懷缺失的問(wèn)題，這幾個(gè)方面成為課程亟須解決的問(wèn)題。

一、存在的問(wèn)題

（一）課程內(nèi)容繁多且部分內(nèi)容陳舊

電力電子技術(shù)課程以器件、電路和控制為主線，主要給學(xué)生講解基本電力電子器件，AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC四種基本變換電路，一些驅(qū)動(dòng)、軟開關(guān)及相應(yīng)的控制技術(shù)等內(nèi)容[5-7]。但是，當(dāng)前電力電子技術(shù)課程內(nèi)容繁多且部分內(nèi)容陳舊，如基于晶閘管器件的低頻整流電路在整個(gè)課程中占了16課時(shí)，而現(xiàn)實(shí)情況是其應(yīng)用日漸減少，高頻電路才是電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)所在[8-10]。再如，基本直流變換器Buck和Boost是其他直流變換器、逆變器、整流器等變換器的基礎(chǔ)，是整個(gè)變換器體系的基石，但在教學(xué)大綱中只安排了2課時(shí)，教師只能對(duì)變換器的工作原理作簡(jiǎn)單介紹，完全沒(méi)有時(shí)間對(duì)變換器中的器件和性能等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解和深入分析，導(dǎo)致學(xué)生只能感性地認(rèn)識(shí)到變換器能實(shí)現(xiàn)升降壓功能，而與深層次的認(rèn)知和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)需求相差甚遠(yuǎn)。

（二）缺乏前沿技術(shù)研討

當(dāng)前，課程主要專注于理論知識(shí)的講解，而缺乏對(duì)前沿技術(shù)的研討。電力電子技術(shù)這門學(xué)科雖然早在1957年就以美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志而誕生，但其作為應(yīng)用驅(qū)動(dòng)型學(xué)科，與諸多現(xiàn)代技術(shù)和工程應(yīng)用結(jié)合非常緊密，并在近幾十年得到飛速發(fā)展，如近年來(lái)以井噴之勢(shì)發(fā)展的新能源發(fā)電[11]、通信技術(shù)[12]、電動(dòng)汽車[13]，以及全球矚目的人工智能技術(shù)等都與電力電子技術(shù)的關(guān)系非常密切[14]。此外，國(guó)防安全關(guān)乎國(guó)家命脈，而電源作為大多數(shù)武器和裝備的能源系統(tǒng)，其可靠性和先進(jìn)性是武器和裝備穩(wěn)定可靠工作的基本保障?？偠灾?，只要涉及能源、電力的地方就少不了電力電子技術(shù)的身影。然而，電力電子技術(shù)課程現(xiàn)階段的授課通常僅在某一知識(shí)的講解之前，作少量的背景介紹。學(xué)生對(duì)于電力電子課程及其技術(shù)所涉及的社會(huì)作用了解甚少，這也在一定程度上導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、探索熱情下降、對(duì)所學(xué)知識(shí)的未來(lái)應(yīng)用前景及社會(huì)作用認(rèn)知不夠清晰等問(wèn)題。

（三）實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練環(huán)節(jié)薄弱

電力電子技術(shù)是一門工程的科學(xué)，工程離不開實(shí)踐，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練環(huán)節(jié)以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，僅包含4個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，分別為MOSFET特性與驅(qū)動(dòng)電路研究、三相橋式相控整流電路實(shí)驗(yàn)、直流斬波電路的性能研究，以及單相交直交SPWM變頻電路的實(shí)驗(yàn)研究。這些驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)往往以實(shí)驗(yàn)箱為載體，容易導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平停留于在集成實(shí)驗(yàn)設(shè)備箱上接線，既難以激發(fā)學(xué)生的求知渴望和探索熱情，又不能充分培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立研究、動(dòng)手實(shí)踐和自主創(chuàng)新能力。

（四）缺乏思政元素融入

2016 年 12 月，習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程”[15-16]。這對(duì)于加強(qiáng)黨對(duì)高校的領(lǐng)導(dǎo)、辦好中國(guó)特色社會(huì)主義大學(xué)和世界一流大學(xué)，對(duì)于加強(qiáng)黨的建設(shè)和意識(shí)形態(tài)工作、推動(dòng)黨和國(guó)家事業(yè)發(fā)展，起到了巨大推動(dòng)作用，具有重大而深遠(yuǎn)的意義。而傳統(tǒng)教學(xué)中，思政元素的建設(shè)和融入主要依賴教師個(gè)人發(fā)掘和發(fā)揮，沒(méi)有系統(tǒng)地體現(xiàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)中。因此，在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，如何系統(tǒng)地融入思政教育，使前輩們的工匠精神、愛(ài)國(guó)精神、艱苦奮斗精神等在新時(shí)代得以傳承和發(fā)揚(yáng)光大，也是本課程亟須解決的問(wèn)題。

綜上所述，電力電子技術(shù)課程以上問(wèn)題的存在，要求對(duì)課程的教學(xué)大綱和相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革與建設(shè)，以更好地培育學(xué)生、服務(wù)社會(huì)。

二、建設(shè)措施

為解決電力電子技術(shù)課程存在的以上問(wèn)題，具體實(shí)施時(shí)首先要提綱挈領(lǐng)，制定大綱；其次，要分別對(duì)前沿技術(shù)專題、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和思政教育體系進(jìn)行研究和建設(shè)，全面提升電力電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量及其在專業(yè)課程體系中的作用，為國(guó)家培養(yǎng)高水平專業(yè)技術(shù)人才。電力電子技術(shù)課程建設(shè)實(shí)施方案如圖1所示。

（一）調(diào)整和完善教學(xué)大綱

教學(xué)大綱是規(guī)定一門課程教學(xué)內(nèi)容的文件，包括課程的教學(xué)目的、任務(wù)，教學(xué)內(nèi)容的范圍、深度和結(jié)構(gòu)，教學(xué)進(jìn)度以及教學(xué)方法上的基本要求等。為了科學(xué)、合理地更新現(xiàn)有大綱，首先走訪多家代表性企業(yè)，了解用人單位的需求，以需求為導(dǎo)向；其次，與南京航空航天大學(xué)等多所電力電子技術(shù)課程教學(xué)成果豐碩的高校進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，吸收先進(jìn)理念；最后，經(jīng)過(guò)綜合研討，結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，修訂完善教學(xué)大綱。經(jīng)企業(yè)調(diào)研、高校交流和綜合研討后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有教學(xué)大綱中的內(nèi)容繁多且部分內(nèi)容陳舊。為此，對(duì)課程大綱中的內(nèi)容進(jìn)行了精選、削減及重構(gòu)，簡(jiǎn)化和去除了一些陳舊的、應(yīng)用范圍局限且與專業(yè)相關(guān)度不高的內(nèi)容。例如低頻相控整流章節(jié)中的單相半波整流電路輸出脈動(dòng)大、電壓利用率低、變壓器二次側(cè)電流含有直流分量，導(dǎo)致磁芯直流磁化等問(wèn)題應(yīng)用受限[17]，故刪除了該部分內(nèi)容，僅講解單相橋式整流電路，整個(gè)低頻相控整流章節(jié)的課時(shí)由原先的16課時(shí)縮減為12課時(shí)。同時(shí)，增加基礎(chǔ)知識(shí)、重要知識(shí)所占比例，如在基本直流變換器教學(xué)中，降壓變換器Buck和升壓變換器Boost的相關(guān)內(nèi)容由2學(xué)時(shí)調(diào)整為6學(xué)時(shí)；增加新型電力電子器件和技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，如第三代電力電子半導(dǎo)體器件——碳化硅、氮化鎵等的相關(guān)知識(shí)和新能源發(fā)電、新一代通信電源的相關(guān)技術(shù)。調(diào)整后的課時(shí)分配如表1所示。

（二）開設(shè)前沿技術(shù)專題講座

緊密貼合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和工業(yè)應(yīng)用需求，開展前沿技術(shù)專題講座。電力電子技術(shù)在新一代信息與通信電源系統(tǒng)、大算力電力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器電源、電氣化交通、新能源、人工智能等領(lǐng)域都得到了蓬勃的發(fā)展。因此，優(yōu)選部分專題，每學(xué)期邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專家到?；蚓€上舉行2～4次前 沿技術(shù)專題講座。課題組優(yōu)選的部分專題講座包括：契合學(xué)校郵電通信特色，匯總新一代信息通信電源系統(tǒng)、大算力電力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器電源等內(nèi)容的通信電源專題；以井噴之勢(shì)發(fā)展的電氣化交通、新能源發(fā)電和電力電子化電力系統(tǒng)等前沿專題；多電飛機(jī)（如空客A380、波音B787及國(guó)產(chǎn)ARJ21）投入商用背景下的飛機(jī)電源系統(tǒng)、飛機(jī)電驅(qū)動(dòng)與電作動(dòng)、先進(jìn)飛機(jī)電力變換技術(shù)等專題（見表2）。前沿技術(shù)講座的開設(shè)，可使學(xué)生更好地了解所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，對(duì)所學(xué)知識(shí)的未來(lái)應(yīng)用前景及社會(huì)作用認(rèn)知更加清晰，有助于提升學(xué)生的求知渴望和探索熱情。

（三）增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

電力電子技術(shù)課程現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)僅包含4個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，且主要是在集成實(shí)驗(yàn)設(shè)備箱上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，更像是培養(yǎng)“接線工”，而難以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立研究、動(dòng)手實(shí)踐和自主創(chuàng)新能力。為此，應(yīng)該引入更加全面系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)[18]。課程設(shè)計(jì)以解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”為導(dǎo)向，以“工程應(yīng)用項(xiàng)目”為載體，以解決實(shí)際工程任務(wù)中的具體工程問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與工程實(shí)踐的統(tǒng)一。課程設(shè)計(jì)的主題應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，可以是僅包含一個(gè)開關(guān)管的降壓變換器Buck或者升壓變換器Boost等，但課程設(shè)計(jì)的流程應(yīng)盡可能全面，包含主電路元件的參數(shù)計(jì)算和元件設(shè)計(jì)及選型、電路的小信號(hào)模型建立、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn)、仿真軟件的使用和仿真結(jié)果分析、原理圖和印刷電路板圖紙的讀圖、元器件的焊接、實(shí)驗(yàn)調(diào)試流程的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中各個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用、具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題的分析和解決思路，以及整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的安全問(wèn)題，將書本的理論知識(shí)應(yīng)用于全方面、全流程的實(shí)踐。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮成本、體積重量、可靠性、效率等指標(biāo)對(duì)方案進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的閉環(huán)和工程化。圖2為細(xì)化的課程設(shè)計(jì)流程圖。由于實(shí)驗(yàn)建設(shè)的難度大、周期長(zhǎng)，本期課程建設(shè)先完成了包含計(jì)算—設(shè)計(jì)—仿真—優(yōu)化環(huán)節(jié)的課程設(shè)計(jì)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)相關(guān)環(huán)節(jié)將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建設(shè)。這樣簡(jiǎn)單但流程完善的整個(gè)課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，為學(xué)生提供了獨(dú)立研究與思考的途徑，為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性探索與實(shí)踐搭建了良好的平臺(tái)，也契合教育部提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”理念[19]。

（四）開展思政教學(xué)

針對(duì)課程現(xiàn)有內(nèi)容思政教育不系統(tǒng)的問(wèn)題，研討挖掘與電力電子課程內(nèi)容相契合的思政元素并將其落實(shí)體現(xiàn)在系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)中，在傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力的同時(shí)塑造學(xué)生的品格，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。例如，在緒論部分講述電力電子技術(shù)發(fā)展史的過(guò)程中，要讓學(xué)生透過(guò)學(xué)科發(fā)展看到改革開放后我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，但同時(shí)也要讓學(xué)生看到我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，意識(shí)到自己肩上的歷史責(zé)任與重?fù)?dān)。又如，在講述電力電子器件內(nèi)容時(shí)，可以結(jié)合美國(guó)斷供華為芯片的例子，引出電力電子行業(yè)在高性能器件、高端仿真軟件和測(cè)量設(shè)備等方面的“卡脖子”問(wèn)題，讓學(xué)生意識(shí)到關(guān)鍵領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)的重要性，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和科研動(dòng)力。再如，效率是所有電力電子變換器永恒的追求，高效率、低損耗的電力電子器件有助于提升能源利用率，減少污染排放量，由此引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，深化對(duì)習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”科學(xué)論斷的理解。

三、實(shí)施方案與保障措施

為了保證電力電子技術(shù)課程改革與建設(shè)的效果，特制定如下保障措施。一是成立“課程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組”，由專業(yè)骨干教師擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)小組成員。領(lǐng)導(dǎo)小組根據(jù)課程建設(shè)需要定期召開研討會(huì)議，周密科學(xué)部署課程建設(shè)工作，從硬件建設(shè)到軟件建設(shè)，都要明確具體目標(biāo)，確保課程建設(shè)工作在強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)下順利推行。二是成立專門的工作班子。每個(gè)子項(xiàng)目都要明確一名課程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)成員和一名負(fù)責(zé)人為具體的責(zé)任人，明確項(xiàng)目建設(shè)組成人員，并對(duì)具體建設(shè)任務(wù)作詳細(xì)的分工，落實(shí)具體責(zé)任，做到任務(wù)到人、責(zé)任到人。

四、實(shí)施效果

課程改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提升，學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系能力增強(qiáng)，動(dòng)手能力和科研熱情得到激發(fā)。在課程平均成績(jī)普遍提高的同時(shí)，報(bào)名參加各種競(jìng)賽的人數(shù)也不斷增加，且學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽等競(jìng)賽中獲得多項(xiàng)一、二等獎(jiǎng)。此外，在思政素養(yǎng)方面，許多學(xué)生的入黨積極性和職業(yè)素養(yǎng)都有明顯提升。表3為對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)感想的調(diào)研數(shù)據(jù)，從學(xué)生主觀層面證明了課程教學(xué)改革的有效性。

表3 學(xué)生學(xué)習(xí)感想總結(jié)

[編號(hào) 感想 人數(shù)占比 1 學(xué)習(xí)內(nèi)容更加有趣，學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確 83% 2 加深了解知識(shí)與行業(yè)發(fā)展的聯(lián)系、課程的社會(huì)作用 78% 3 動(dòng)手能力得到鍛煉、科研熱情被激發(fā) 81% 4 有助于提高職業(yè)素養(yǎng)和愛(ài)國(guó)愛(ài)崗敬業(yè)精神 90% ]

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)完善和調(diào)整教學(xué)大綱、開設(shè)前沿技術(shù)專題講座、增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和開展思政教學(xué)建設(shè)四項(xiàng)措施，解決了電力電子技術(shù)課程存在的課程內(nèi)容繁多陳舊、缺乏對(duì)前沿技術(shù)的研討、實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練環(huán)節(jié)薄弱及思政教育融入不系統(tǒng)的問(wèn)題。這些措施使得教學(xué)內(nèi)容更加科學(xué)、更加契合時(shí)代發(fā)展，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和探索熱情，加強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立研究、動(dòng)手實(shí)踐和自主創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)愛(ài)崗敬業(yè)精神，以使他們更好地為國(guó)家和社會(huì)服務(wù)。課程改革后的調(diào)研結(jié)果顯示，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提升，理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系能力增強(qiáng)，動(dòng)手能力和科研熱情被激發(fā)，愛(ài)國(guó)愛(ài)崗敬業(yè)精神得到培養(yǎng)。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 劉慧賢， 李爭(zhēng)， 趙宇洋. 一種基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法的混合式MOOC教學(xué)模式研究：以應(yīng)用型高校電力電子技術(shù)課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2019（48）：188-189.

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［責(zé)任編輯：雷 艷］