“電力電子技術”線上線下協同教學改革與實踐

鄒密 趙巖 段盼

[摘 要] 以工程教育專業認證對創新型人才和復合型人才培養的要求為目標，基于工程教育專業認證的“成果導向”“以學生為中心”“持續改進”三大理念，對“電力電子技術”教學過程中復合型人才培養模式進行了改革和探索，從“電力電子技術”課程知識點的更新，講課方式的多樣性，線上探討的組織以及科研項目、競賽的補充等方面探討了學生分析問題能力與解決復雜工程問題能力全面提升的具體措施。實踐表明，電力電子技術線上線下協同教學的改革與實踐對于當前該課程教學質量與效果的提高具有顯著促進作用。

[關鍵詞] 電力電子;工程認證;教學改革

[基金項目] 2019年度重慶市教委科學技術研究項目“基于電磁對偶的變壓器寬頻電磁暫態建模研究”（KJQN201900627）;2020年度重慶郵電大學教育教學改革項目“工程認證背景下的電力電子技術教學改革與實踐”（XJG20205）;2020年度重慶郵電大學本科“金課”建設項目“復雜電氣工程系統設計”（XJKXX20201-10）

[作者簡介] 鄒 密（1989—），男，重慶長壽人，博士，重慶郵電大學自動化學院講師，主要從事電氣工程及其自動化研究。

[中圖分類號] TM561? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）24-0093-04? ?[收稿日期] 2021-03-26

一、引言

電子信息與電氣工程類專業工程教育認證補充標準指出“電氣工程及其自動化專業的專業基礎知識領域：包括電機學、電力電子技術、電力系統基礎等知識領域的核心內容”。可以看出，電力電子技術在電氣工程及其自動化專業人才培養中十分重要，其理論性和實踐性強，廣泛應用于電力系統直流輸電、新能源發電等領域[1]。

重慶郵電大學“電力電子技術”課程是電氣工程及其自動化專業（重慶市一流專業）、自動化專業（國家級特色專業、國家一流專業）、智能電網信息工程專業的一門重要專業核心課程。該課程于2009年建設成為校級重點課程，當時即建立了“電力電子技術課程網站”，2018年立項為學校“翻轉課堂教學模式試點課程”，2019年建設成為重慶市高校精品在線開放課程，該在線平臺提供了豐富的課程教學資源，包括45個知識點教學視頻、授課教師簡介、課程介紹、教學大綱、電子課件、習題庫、作業以及答疑討論等，方便學生課外進行擴展性學習和互相交流，學生可在線觀看視頻進行課程學習，在線提交作業，教師可在線批改作業，在線進行課程測試，在線進行答疑討論。

二、存在的主要問題

（一）教學形式單一，缺乏互動性

“電力電子技術”課程內容涉及電路原理、模電、數電、自動控制原理等理論基礎，生僻概念多、原理深奧，教學內容中還包含大量的公式推導，波形特征分析等，導致教師的教學激增，學生上課疲于記筆記，只能被動接受知識點，參與互動交流的機會少[2]。在教學形式上，教師依舊是課程的主導者，以完成教學內容為目標，講授知識點過多過細，重點不夠突出，無法體現以學生為中心的工程教育專業認證的教學指導思想，課堂成了“填鴨式”的灌輸知識、復制知識的過程，課堂沉悶，缺乏互動[3]。

（二）教學內容陳舊，缺乏前沿性

目前“電力電子技術”教學內容主要包含：電力電子器件、四種變流技術、PWM技術和軟開關技術。教材仍以晶閘管為主線講述上述內容，約占總體教學任務的1/3～1/2，然而晶閘管屬于半控型器件，以該器件為核心的電力電子裝置具有功率因數低、諧波成分大的缺點[4]，主要應用于20世紀90年代之前，隨著具有開關頻率高、驅動簡單等優點的IGBT和MOSFET等全控型器件的產生，晶閘管的應用呈下降甚至淘汰的趨勢[5]。然而，教材對于目前主流的電力電子變頻技術、開關電源技術涉及很少，當前的教學內容無法反映電力電子行業最新的學術熱點、新的技術成果，不具備前沿性[5]。

（三）教學實驗固化，缺乏應用性

“電力電子技術”課程是一門理論與實驗相結合的課程，在掌握基礎理論知識后，需開展實驗教學，然而當前存在實驗教學課時少，實驗條件差，實驗教學超前于理論教學以及實驗內容與實際脫節等問題[6，7]，如：當前實驗內容常為晶閘管觸發、交流調壓等少數簡易實驗，且多為驗證性或演示性實驗，而實際中通常采用PWM整流、Cuk斬波、Sepic斬波或Zeta斬波電路、開關電源等，導致學生只能無法將理論應用于實際，學習積極性很低。

三、“電力電子技術”改革目標

基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，更新“電力電子技術”課程教學內容，改革教學方式和教學模式，實現線下講授與線上討論協同配合的教學創新，進而提高學生自主學習水平，增強其解決復雜工程問題的能力，達到學生知識、能力以及素質全面躍升的目的。如圖1所示，具體研究目標如下：（1）改革線下課程知識，豐富課堂教學資源，達到具備綜合創新能力的人才培養要求。（2）改革線下講授方式，以工程實際案例為依托，貫穿式講授電力電子變化技術。（3）開展課程知識線上探討，建立交互式學生講解與小組討論的教學機制。（4）開展科研訓練線上討論，激勵學生自主探索和創新，實現線上線下協同配合。

四、“電力電子技術”主要改革措施

在工程教育專業認證的背景下，基于CDIO（Conceive、Design、Implement和Operate）模式，構建線下講授與線上討論相結合的協同教學模式，如圖2所示，形成知識、能力以及素質全方位提升的教學體系，具體措施如下。

（一）線下講授

1.改革線下課程知識。“電力電子技術”課程的核心內容包括電力電子器件介紹、四種換流技術、兩種控制技術以及當前電力電子技術應用和發展狀況。傳統的教科書知識、內容陳舊老化，無法適應當下電力電子技術更新迭代速度，故提出對線下課程知識進行全新規劃，實現理論知識自更新教學方案。首先在課程設置上面，以學生學習為中心，以學生全面發展為目標，提出從以教科書本為主的教學方式向以時代化書本知識方式轉變。時代化書本知識區別于傳統教科書，需要任課老師實時了解專業科技動向和專業理論應用動向，結合傳統教科書中知識點準確定位書本理論知識發展時代和應用時代以及當下替換技術，使單獨的知識點不再孤立，每個知識以時代為軸呈線性展開，更利于學生接受與記憶。其次，根據課程學時安排把“電力電子技術”劃分為課堂必學、課下自學、章節選學三個有效組合部分，對于課堂必學部分任課老師應充分發揮時代化書本知識模式，緊緊圍繞現代科技環境進行時代化理論知識教學，從而解決的教科書本知識內容陳舊老化的問題，提高學生理解和接受電力電子技術理論知識體系的效率，使學生更全面地掌握相關理論知識。