面向工程教育專業認證背景下的《電力電子技術》課程教學模式改革與思考

李然 于樂 楊光儀 周永勤

摘 ?要：在工程教育專業認證背景下，以哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院本科的專業基礎課《電力電子技術》為例，分析了教學及實踐中存在的主要問題，提出了面向工程教育專業認證背景下的《電力電子技術》課程改革目標和主要措施，更好的啟發學生思維，激發學生學習興趣，提高應用能力。這些措施對培養高素質、創新型人才起到了教學改善。

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）12-0135-03

Abstract： In the background of engineering education professional certification， we take "Power Electronics Technology" as an example. The main problems in teaching and practice are analyzed. This paper puts forward the goal and main measures of the curriculum reform of the course under the background of engineering education professional certification to inspire thinking， stimulate interests， improve application capabilities of the students. These measures are beneficial to the cultivation of high quality and the innovative talents.

Keywords： Engineering education; power electronics technology; professional certification; teaching model reform

2016年6月，我國成為《華盛頓協議》第18個正式簽約成員，這是我國教育業正式啟動工程教育專業認證的重要里程碑[1]。工程教育專業認證的三個核心理念是：成果導向、以學生為中心、持續改進[2]。如何合理有效的開展專業建設與教學改革，保障和提高人才培養質量，引導和促進學科專業建設，是工程教育專業認證的主要目標和考核指標。在部分高校， 工程教育專業認證成為本科教質量的一種體現[3，4]。哈爾濱理工大學是在黑龍江省高等教育強省建設規劃中被確定為重點建設的十所高水平大學之一，是黑龍江省人民政府與國家國防科技工業局共建高校，2018年入選黑龍江省國內“雙一流”大學建設高校。電力電子技術課程的知識容量多，層次跨度很大，課程中的理論抽象，且課程研究對象的應用具有很高的實用性和創新性。因此， 本門課程教學改革和實踐的研究重點應該著重在高效、合理、正確地適應我國工程教育專業認證目標點上，同時著重提高大學生的實踐能力、創新能力和學習能力[5]。

一、《電力電子技術》課程教學現狀及存在的主要問題

（一）教學方法單一、聽課效果差

電力電子技術課程需要電路、模擬電子技術、數字電子技術、自動控制原理等前期課程為基礎，課程新概念多、涉及知識面廣，教學內容中還包含大量的公式推導，波形分析等，造成了教師的教學難度大，學生掌握效果差的狀況[6]。學生在聽課的時候疲于記筆記，并以考試成績為目標，參與交流、討論的機會較少， 抑制了其自主學習能力的培養。教師授課時也均以完成教學內容為目標，重點不夠突出，教學環節較單一。這種教學方法體現不出以學生為中心的工程教育專業認證的教學指導思想。尤其是對于基礎薄弱的學生更難以跟上教學節奏， 課堂也成為了“填鴨式”的灌輸知識、復制知識的過程，使其失去對該門課程的學習興趣。因此教學方法的改革勢在必行。

（二）教材內容老化，與實際脫節嚴重

目前電力電子技術課程的教材內容主要以電力電子器件介紹、電能變流技術、PWM技術和軟開關控制技術為學習主線。晶閘管技術是目前電力電子器件章節中的重點，而現在以IGBT和MOSFET等為代表的全控型器件也均介紹了簡單的原理知識[7]，對于目前主流的電力電子變頻技術、開關電源技術、電力電子器件應用及仿真技術涉及很少。另外，課程中對于變流電路和功率集成電路的知識點涉及較少[8]，當前的教材內容無法反映電力電子行業最新的學術動態、新成就、新經驗、新問題，甚至教材中還存在著少數錯誤。這對學生更好的理解教學內容， 提高實踐能力造成了困擾。以成果為導向的教輔材料改革勢在必行。

（三）實驗及實踐環節薄弱，教學內容過少

電力電子技術課中的實踐環節是學習本門課程知識的重要環節，是理論聯系實際，消化理解教學知識的重要手段，也是對課堂教學的一種補充。當前，電力電子技術課程的實驗及實踐教學環節投入不足。實驗設備陳舊，設備數量不足，只能5名同學一個小組，共同操作一臺實驗設備，沒有起到實踐教學的目的，更談不上活學活用和充分消化理解書本知識。由于電力電子技術常用于大功率場合，考慮到安全性的因素，在實驗和實踐的過程中往往讓學生原理高、強電壓信號，多以驗證性實驗和演示性實驗為主，由老師操作，學生自行觀察記錄和學習，自主進行設計、實驗、調試電路的機會不多。實踐環節缺少理論與實際相結合的實用性訓練，在掌握書本知識的基礎上，實際動手設計和應用電力電子技術、理解工程應用概念等方面的教學環節非常欠缺。因此， 學生操作能力、創新能力得不到鍛煉，更談不上高度調動學生的學習積極性。教學中的實驗和實訓環節亟待改革與創新。

二、電力電子技術的課程改革目標

立足于工程教育專業認證的成果導向、以學生為中心、持續改進的基本理念， 應該推動電力電子技術專業基礎課的主要教學內容，并開展教學方式和教學模式的創新改革，同時，通過教學內容和課程體系的不斷優化和改進，突出教育工程認證對人才培養目標和培養要求[9]。通過對教學方式和學生學習方式的轉變，重點強調課堂上的理論知識和技能的培養為輔，培養主動積極地學習態度和培養解決實際工程問題的能力為主，加強實訓環節，增加理論與實際相結合的實用性訓練的教學環節。通過實訓教學環節，讓學生們獲取知識從被動到主動，深刻理解到“學而不思則罔，思而不學則殆”，形成正確的學習價值觀，從而提高教學質量及學習興趣[10]，與工程教育認證的目標相吻合。

三、電力電子技術的課程改革主要措施

（一）教學思路改革

在工程教育專業認證的背景下，要深化開展教學思路的改革，本著以學生為中心的指導思想，從教學手段、教學觀念、信息化教學平臺等幾方面做起。

正確的處理和理解好教師和學生之間在教學中的主次關系。傳統的教學理念都是以教師為中心，采用“灌輸”的方式，學生被動地處于接收知識的地位。以學生為中心，就要將教學過程中學生作為主體，教師起到引導作用。教師將書本的知識加以歸納和篩選，重點講主要內容，培養學生學習電力電子技術的能力，而不是關注于某一個知識點，讓學生積極主動的參與到教學中來，并得到創造性、理解性的學習知識途徑。

同時，教師要正確理解傳授知識和培養能力的關系，平衡知識和動手能力的權重，要讓學生明白書本上的重點知識是基礎，掌握了基本知識和基本理論，才獲具有深入學習的能力，實踐的手段是強化和加深理解書本知識的一種手段，也是理論聯系實際和步入社會后綜合素養的基礎。

鼓勵并帶領學生們參加電力電子設計競賽、大學生電子設計大賽、大學生創新創業項目等，為學生打造好科研創新平臺建設，真正給學生一個能動手、能發揮、能創新的科研實踐平臺，讓書本上所學的理論知識得到充分理解和吸收，在畢業時能夠達成個人理想造福社會。這樣的成果導向才是工程教育認證的理想目標。

（二）教學內容改革

我們培養的學生是要直接面向社會的， 教育要和時代接軌， 從教室的角度來說，自然也要不斷深造，與時俱進。高校教師要從自身做起， 不斷學習， 通過開展科研項目、深入開展科研研究、撰寫科研論文、開展企業調研、學術交流等途徑不斷更新知識儲備。并將這些理念、知識、理解在授課的過程中傳輸給學生，讓學生們最快速的獲取知識和吸收理解知識。工程教育認證的教學內容應以教學大綱為基礎，并以教材為參考，以任課教師為主體來制定，并且在教學的過程中，結合學生的實際情況不斷改進。

信息化時代的飛速發展導致大學生課程科目、數量和內容急劇增加。但是課時數有限，要想把大量的課程知識均傳送給學生，必須認真規劃改進教學內容，改進教學大綱，改進課程體系。任課教師的教案內容的難易程度應該適中，力求鍛煉學生們的學習能力。比如，在講解PWM控制技術中的單極性和雙極性調制法時可以引入電動汽車電機控制器或者雷達天線控制的案例，再對比相控整流和不可控整流電路，討論如何有效減少無功和諧波對電網的污染等實際工程問題。要避免學生在上課的時候一味地被“灌輸”知識，老師說什么筆記上就記錄什么，要調動學生的學習積極性，從教學課堂上的客人變成主人。比如說，采用小組間討論或辯論，設定小團隊協作的小課題等等方法，教師盡可能的扮演組織者，讓學生們獨立思考問題、陳述觀點。教師可以采用PPT和板書相結合的教學方法，彌補單獨使用板書或者多媒體帶來的不足之處，還能吸引學生們的學習積極性，提高授課質量和教學效果。

（三）實驗及實踐環節改革

實踐環節是電力電子技術課中的重要環節，針對當前電力電子技術實驗實踐課的現狀，提出了幾種改革辦法：

1. 設計換位式實驗教學方法

采用換位式實驗教學方法，在課下針對特別感興趣的同學進行重點培訓。讓這些入手快基礎牢的同學現行學習和操作，等到上實驗課的時候，就可以由任課教師做總指導、這幾位同學做輔助指導的方式開展實驗教學的方法。這樣在鍛煉學生的語言表達能力的同時又培養了獨立思考、主動學習主動探索知識的目的，調動學習積極性的同時又提高了實驗教學的質量。

2. 增加電力電子技術實訓教學環節

從工程應用的角度出發，結合教學大綱，開展理論與實際相結合的實用性訓練教學環節。首先，由任課老師擬定幾個電力電子工程訓練實際工程項目，每4-5人組成一個小組，并任命一名組長。每個小組選定一個實訓題目，開展為期兩周時間的電力電子實訓環節。實訓內容涉及電力電子器件、變流技術、PWM控制技術等電力電子技術典型應用，例如：PWM直流電機調速系統設計、直流降壓斬波電路設計、智能風扇溫度控制系統設計等。學生在兩周內開展電路設計與仿真、線路板繪制與焊接調試，單片機C語言編寫等工作來完成所選課題的要求。在實訓結束時采取答辯的形式例如硬件演示、仿真演示、軟件程序講解等進行實訓環節考核。

3. 設計信息化多媒體教學方法

使用Protel、Proteus、Matlab-Simulink等電路仿真軟件，通過在仿真系統上開展簡單的電路模型設計，然后調整器件及信號的輸入與輸出參數。這些工作作為開展實際硬件電路的先驗條件。例如在直流斬波電路的主電路中，計算好電容、電感、Mosfet和負載的參數之后，利用Proteus仿真軟件進行波形仿真，根據輸入與輸出參數和波形改善元器件參數和控制信號。這種改革方式有助于學習理解書本知識，還能減少因設計考慮不周帶來的器件損壞、人為操作故障等現象的發生。

4. 開展線下課堂和線上網課教學改革

電力電子技術課程新概念很多、涉及知識廣，教學內容中還包含大量的公式推導，波形分析等，往往很多學生僅僅在課堂（線下）上無法完全消化理解，等課后復習時又忘記了老師是如何講的。鑒于此，電力電子教研組錄制了每節課的線上視頻，上傳到學校專用網站中。學生們可以通過個人賬戶和授權密碼在網絡上再次收看（線上）。這種通過線下和線上的O2O教學改革方法有助于同學們深入理解課堂重點內容和電力電子的各個知識點。在某種程度上來說，也減輕了老師為同學們答疑時的大量重復性工作量。

通過對近兩屆本科生電力電子技術的教學改革，獲得了很不錯的教學效果。從課程達成度指標角度來說，未開展教學改革的2015級、2016級本科生電力電子技術課程達成度為0.738、0.722，而開展了教學改革的2017級和2018級的達成度提高到了0.792、0.809。此外學生的學習積極性更高、學習興趣更濃厚，參加大學生電子設計大賽、電力電子設計競賽、大創競賽等各種科研項目的人數顯著增多。說明工程教育專業認證背景下《電力電子技術》課程的教學模式改革取得了顯著成果。

四、結束語

通過在工程教育專業認證背景下的《電力電子技術》課程教學模式改革，促進教師對本門課程的教學理念，提高本門課的教學質量和教學效果，更好的啟發學生思維，激發學生學習興趣，將“成果為導向、學生為中心、持續改進”的教學理念深入到教學和實踐中去。始終秉著工程教育專業認證的核心理念，以電力電子技術課程的考核成果和教學目標為導向，教學方法和手段都以學生為中心，注重培養創新精神、工作能力和學習能力，并根據實際需求不斷改進，使電力電子技術課程教學改革沿著正確的方向不斷向前推進。

參考文獻：

[1]郭攀鋒，粟世瑋，趙勝會.工程教育專業認證背景下電子技術基礎課程教學改革[J].新課程研究（中旬刊），2017（10）：93-95.

[2]秦懷宇，陳歡.工程教育認證背景下數字電子技術教學模式改革[J].電子測試，2013（18）：210-211.

[3]吳昌東，陳永強，江樺.基于工程教育專業認證的電子技術實驗教學改革實踐[J].實驗技術與管理，2018，35（02）：169-173.

[4]吳麗珍，楊新華，李曉英.以工程教育認證為導向的電子技術基礎課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2018（08）：170-171.

[5]王倩.基于IEET工程認證的《電力電子技術》教學改革的研究與探索[J].科技資訊，2016，14（12）：91-92.

[6]黃信兵.“項目驅動教學法”在電力電子技術課程改革中的應用與探索[J].大學教育，2013（22）：87-88.

[7]王兆安.電力電子技術（第五版）[M].北京：機械工業出版社， 2009.

[8]王春鳳，李旭春，薛文軒.電力電子技術實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：127-129.

[9]孔祥新，閆紹敏.“電力電子技術”課程教學改革探討[J].中國電力教育，2011（21）：180-181.

[10]陳佩軍.電力電子技術課程的應用型教學改革探索[J].大學教育，2015（2）：161-162.