電力電子技術多元化創新型教學模式探索

王 凱,周圣哲,李玉浩,齊元豪,夏國廷

(青島大學 電氣工程學院，山東 青島 266071)

0 引 言

“電力電子技術課程是電氣工程及其自動化專業、自動化專業的專業基礎課，在交通運輸、電力、通信、計算機和新能源等行業有著廣泛的應用[1-3]。學科特點決定了電氣工程人才的培養需要兼顧系統的理論知識掌握和綜合的工程實踐鍛煉[4]，特別是我校在電氣工程及其自動化專業大力開展“卓越工程師教育培養計劃”的形勢下，對電氣工程人才的專業基礎、創新能力和實踐能力提出了更高的要求[5]。

本教學團隊近兩年對青島各大高校調研，發現部分學生專業基礎知識掌握不牢、基本理論不能靈活應用，部分學生對課程的應用方向、課程之間橫向和縱向的聯系理解有偏差。因而本團隊立足于基礎系統教學和培養實踐能力[6]，結合卓越工程師教育培養計劃，提出“教與學、理論與實踐、學校與企業緊密結合”的多元化創新教學模式，創新性地進行了課內外教學探索，把課程的“學”與“用”有機地結合起來，培養在科學素養、人文精神、專業能力等方面具備優良素質的電氣工程人才。

1 多元化創新型教學模式建設與內容

近年來，在卓越工程師教育培養計劃的支持下，我校電氣工程及其自動化專業大力推進“教與學、理論與實踐、學校與企業緊密結合”的多元化創新教學模式。傳統的教學體系以教師為中心[7]、課程為層次傳授知識[8]；而多元化創新教育則是以學生為中心、實驗和大賽為驅動、能力為目標，構建框架式知識體系。通過對國內外電氣工程行業協會和知名院校調查，決定以課堂教學和實驗室教學為切入點，進一步強化專業理論與實踐融合，輔助課程設計和課外實踐改革，立體地展現專業知識系統框架，使學生主動、有目的地結合實際工程項目進行學習[9]。同時加強校企合作，定期邀請企業工程師參與課堂教學，將企業最新工程實例編入教材。學生能夠接受早期工程教育與4年不斷線的工程訓練，提高融會貫通理論知識和實踐應用能力。多元化教學模式示意圖如圖1所示。

圖1 多元化教學模式示意圖

2 面向多元化培養的課內創新改革

不同于許多傳統學科，電氣工程及其自動化的知識體系是在經典工程實踐基礎上不斷總結提煉而來[10]。按照卓越工程師人才培養標準，設立以工程實踐能力、創新意識培養為核心的教學目標。強調學生具備主動學習、協作學習、系統思維、過程控制、表達展示等綜合素質。因此，采用多元化培養的思想對課內教學進行全新改革。在課堂教學方面，突出電氣工程及其自動化專業的特色，結合電力電子在電力系統中的應用，在現有課程內容中補充柔性交流輸電、高壓直流輸電、智能電網、微電網等相關知識，使電力電子技術教學更符合電力系統及其自動化方向的教學要求。同時注重各課程間交叉學習[11]，豐富課堂教學中理論知識，拓展課堂教學的深度和廣度。鑒于電力電子技術發展的快速性，將當下先進的技術和電路拓撲引入課堂教學，及時傳授前沿知識，并采取討論、講座、專題報告等各種形式[12]，提高學生的綜合能力。新型課程設計能力培養示意圖如圖2所示。

圖2 新型課程設計能力培養示意圖

在實驗教學方面，針對部分學生預習效果不佳[13]，部分學生在實驗課程中完全按照教材，缺乏主動性思考[14]，缺乏實用性的認識等問題[15-16]，提出如圖3所示的新型實驗教學機制。

圖3 新型實驗教學機制

在調整實驗教學內容方面，使實踐訓練內容涵蓋地方特色產業項目，并鼓勵學生根據自身專業自創實驗內容，從而改變實驗教案缺乏專業針對性的問題。除了保留經典實驗內容外，加大設計型、研究型和實踐型實驗的比重，并根據不同專業的特點和應用需求，設計具有較強專業背景的實驗教學方案，以此加強學生對課程重要性和實用性的認識；在預習方面，可以在學生網站或者課題交流群里定期發布預習視頻，視頻內容為近距離視角的實驗老師操作步驟，此視頻大多針對驗證性實驗，可以幫助動手能力差或基礎不扎實的同學做好預習工作；在實驗考核機制方面，適當降低實驗數據和實驗報告評分比重，將學生參加全國性或者校級實驗創新比賽情況也納入考核，并提高實驗現場考核分數占比，不以實驗結果正確與否作為唯一的評分標準。在實踐過程中實現理論課程教學內容的理解和掌握，增強工程實踐能力和創新意識，使學生實驗水平和能力得到全面客觀地考查。

3 基于多元化協作式的培養建設

多元化和協作式是指引入新的培養元素，如比賽培養、企業培養和學生自主課后培養等，全方位多角度地培養符合卓越工程師計劃和擁有較高就業競爭力的電氣工程人才。由于電子設計競賽要求參賽學生在較短時間內高質量地完成設計任務，熟練掌握電力電子技術的基本知識、基本電路、基本分析和設計方法，能夠熟練使用儀器、迅速判斷故障和調試電路，全面了解指標、誤差、系統等工程概念。因此鼓勵學生積極參與全國大學生電子設計競賽、機器人大賽等賽事，引導學生進行創新能力、協作精神、動手能力和工程素質的培養。圖4為能力訓練遞進示意圖。

圖4 能力訓練遞進示意圖

同時，由于課堂時間有限、偏重理論教學，而技術企業更歡迎擁有一定經驗的工程技術人員。因此，提出“教與學、理論與實踐、學校與企業緊密結合”的多元化創新教育模式，其中，“學校與企業緊密結合”是指部分學生可自愿選擇在校學習3年，在企業學習1年，接洽的合作企業多為電氣專業對口企業，學院會撥出一定的經費支持學生到企業實習，使學生不僅能將理論與實際聯系起來，又能提前掌握實用性強的專業技能。而合作企業則給學生提供各崗位經驗豐富的技術人員，實地教學，通過觀察學生1年時間的實習，在最后的面試考核中選取有意向就業的學生。學校與企業緊密結合既可以省去以往應屆畢業生培訓的時間和經費，又可以幫助學生早日步入社會，改善就業問題，實現雙贏。圖5所示為新時代復合型人才培養示意圖。

圖5 復合型人才培養示意圖

4 方案實踐成果

通過將當下先進的技術引入課堂教學，及時傳授前沿知識，使學生對學科的認識更加清晰，學習電力電子技術的熱情顯著提高。從學生的意見反饋可以看出：學生對綜合型、創新型實驗興趣濃厚，參加課后實驗的熱情非常高。自推廣以來，學生工程實踐能力和創新能力有了顯著提升，受益學生1 000余人。依托開發的系列實訓軟件和仿真裝備，本院全部大三年級學生參加仿真實訓，并在實習基地接受實習訓練。近4年，我院學生在數學建模、電子設計、“挑戰杯”等競賽中表現突出，參加省級以上學科競賽并獲獎的人數逐年提高，2017年獲獎26項，同比增長近25%；學生發表論文以及申請專利較往年有很大進步。學生初次就業率和就業層次實現持續增長，2014～2016年分別為：86.67%，90.78%，95.12%。用人單位評價畢業生“專業技術能力優秀、實踐創新能力強”，對畢業生滿意率高。

5 結 語

電力電子技術是一門內容豐富，服務專業面廣的專業基礎課程。隨著高校人才素質教育和培養改革的深入推進，同時也為了達到“卓越工程師教育培養計劃”對電氣人才培養的較高要求，改進和創新電力電子技術課程的教學勢在必行。本文提出的多元化新型教學模式是為改進課堂、實驗教學方法以及課外實踐培養所做的有益探索。通過創新性地課內外教學探索，并為學生從實踐過程中通過項目學習來獲取工程能力創造條件，把課程的“學”與“用”有機地結合起來，培養學生的創新意識和創新能力。同時，通過與社會企業的聯合培養，可進一步提高學生就業競爭力。