基于項目與專業驅動的電力電子技術一體化教學改革研究

劉 毅，張優賢，趙 斌

(河南工學院，河南 新鄉 453003)

電力電子技術滲透在工業、交通、電力、通訊、計算機、新能源系統等眾多領域，其主要是研究利用不同的電力電子器件對電能進行變換或對電能進行控制。電力電子技術是弱電和強電之間的紐帶，是電氣工程專業、自動化專業等諸多工科專業的必要專業基底。電力電子技術對理論和技能的培養要求較高，課程內容的實踐性較強。傳統教學多以課堂講授的方式進行知識傳授，很難激發學生的學習熱情，學生處理實際問題的能力較弱。因此，關于電力電子技術課程的教學、實驗及考核方法的研究與探討受到國內外各大高校的廣泛關注。

1 國內外及校內研究現狀

1.1 國內外研究現狀

國內相關教學工作者針對電力電子技術課程教學改革開展了探索，索跡、祁春清等人提出了一種基于工作過程的電力電子技術及應用課程改革方法[1]；花有清、蘇紅富等人針對本課程的考核方式提出了形成性考核評價體系，為該課程考核方法的改革提供了強有力的支撐[2]；魯明麗、呂庭提出了項目教學法，即把以往教學中的理論知識分解成若干個教學項目，整個教學過程都圍繞著項目實施教學，讓學生全程參與項目探究[3]。通過查閱大量文獻，了解了我國電力電子技術教學改革現狀，大多聚焦于教學內容的選取、教學模式的設計與創新、評價機制的改革與創新等幾個部分[4]。

國外各類高校也對工程類課程的教學改革進行了積極探索。從2000年起，美國麻省理工學院等四所大學組成的跨國研究組獲得近2000萬美元的資助，經過4年的探索研究，創立了CDIO(構思、設計、實現、運作)工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行工程學習[5]。針對電力電子技術教學，國外主要從課程設置、教學方法和課程設計等幾個方面展開研究。在課程設置上，國外教材更注重介紹電力電子技術的實際應用，以培養學生的實際動手能力和就業能力，麻省理工學院EECS系、英國曼徹斯特大學在電力電子課程設置上都十分注重實際電力電子系統設計中的相關問題和課程設計等內容[3]。在教學形式上，明尼蘇達大學在授課和實驗中實施了一種不同于以往的教學方式——基于Building Block的教學方法。在課程設計上，丹麥Aalborg大學為應對電力電子專業新技術革新快的特點，實施了獨特的Problem-based and Project-oriented的學習方法，每位在校學生從第五學期開始，每個學期都要在導師的引導下與同學合作解決一個課題，并且部分課程是針對課題研究設置的，包含課堂教學、講座、討論等多種方法，以實現教學內容與新技術發展緊密結合的目的[6]。

1.2 校內研究現狀

縱觀目前國內各大高校電力電子技術的教學情況發現，當前的課堂教學雖然比傳統課堂教學有了很大改進，但仍舊停留在以教師為中心的傳統教學模式上。

第一，課程教學上，未突出啟發交互，知識與專業領域相融合。任課教師花費大量時間制作多媒體課件授課，并加入了許多圖片和動畫，但由于缺少與實際專業應用領域的結合，學生仍被動地接受知識，缺少真實的感性認識，導致學生學習存在被動性和無目的性。第二，實驗教學上，未構建創作型項目化實驗，體現實驗價值。實驗教學成為課堂教學的重復，教師進行示范性實驗，學生單純地、無目的地模仿，測定結果與教材上相近即可，沒有將注意力放在實驗中出現的各種現象上，不能獨立思考并解釋實驗中出現的問題，無法從實驗中獲得靈感啟發，且大多數實驗都是驗證性的，降低了學生的創作熱情，實驗目的和價值無從體現。第三，課程設計上，未突出原創與專業項目的應用。對于教師布置的課程設計作業，部分學生僅通過互聯網搜索幾篇文獻完成報告，無法體現課程設計的目的和意義。第四，考核方法上，未構建多元化考評機制。當前的考評方法仍采取傳統的教師全權評定的“平時成績+實驗成績+考試成績”的方式。但是，平時成績單純看出勤率、上課紀律、課后作業成績，實驗成績單純看實驗結果報告，考試試卷的題型較單一，未與實際工程應用相聯系且結論唯一，無法全面考察學生的學習成果，評價結果不夠客觀、全面。

應開展啟發式教育，在實驗教學中融入工程實際應用背景，以此引導學生明確學習目標，激發學生的學習興趣和動力，使學生了解該門課程知識的應用領域和應用方法，從而提升學生的自主學習能力。本校電力電子技術作為電氣學院電學各相關專業的一門必修課程，對其教學方法的研究受到了學院領導以及專業教師的高度重視，學院教師團隊多次參加國內教學實踐研討會議，并積極參與各種在線課程建設及教學比賽，已積累了一定的教學成果，形成了啟發式教學、仿真走進教學、課程設計輔助教學等教學機制和方法。經過近幾年的改革與發展，學生的學習主動性和積極性有了顯著提高。

2 基于項目與專業驅動的電力電子技術一體化教學改革策略

2.1 基于項目與專業驅動的電力電子技術課堂教學方法

第一，制訂基于項目與專業驅動的教學課程規劃。建立系統的觀念，為調動學生的學習興趣和積極性，減少學習的無目的性，在實際工程應用的依托下，制訂基于項目與專業相結合的知識體系規劃。在前期課程內容的設計過程中，與項目相結合，將與項目關聯的理論知識巧妙滲透進來，禁止將各種電力電子器件、各種結構功能的電路無目的、無聯系地放置，同時加強系統控制知識的滲透和融入。以高壓直流輸電系統為例，本項目基于其主要工作狀態及原理制訂了電力電子技術中電力電子器件、電力電子變流技術、電力電子控制技術三個主要部分的課程教學規劃。

第二，基于項目與專業驅動的課堂啟發式教學方法。基于制訂的課程教學規劃，結合高壓直流輸電系統實際工作組成和原理，通過“線上視頻→高壓直流輸電系統組成介紹→原理介紹→問題思考→課程講解→攻克難題→仿真驗證”課程講解模式實施課堂啟發式教學，引導學生帶著問題聽課，以問題驅動教學，從根本上提高學生學習的趣味性和目的性，達到事半功倍的效果。在課堂教學過程中，要注重電力電子電路的設計，培養學生的電路設計思想和能力，同時將課堂教學、仿真實驗并重，形成“學習→設計→仿真驗證”的一體化課堂教學模式。

第三，制訂基于項目與專業驅動的學生課后思考創新計劃。根據課堂學習的“提出問題→分析問題→解決問題”的思路和方法，布置課后作業，鞏固理論知識，完成對相似問題的分析，達到舉一反三的目的。同時，制訂課后不定期討論、講座、專題報告等多種形式的學習交流計劃，學生之間交流各自的學習心得，共同解決問題，共同進步成長。

2.2 基于項目與專業驅動的電力電子技術實驗教學方法

第一，制訂課堂教學基礎實驗驗證規劃。針對課堂教學內容，進行相關基礎理論和知識的簡單驗證，在掌握電力電子技術基礎理論后，分小組對本組實驗中出現的各種現象的原因進行討論，提出本組的解決方案并再次進行實驗驗證，以實現提高學生提出問題、分析問題、解決問題能力的目的，為后期的電路分析和設計打下基礎。

第二，制訂基于項目與專業驅動的實驗驗證規劃。通過了解學生對基礎理論和基本實驗方法的掌握情況，制訂基于專業驅動的實驗驗證規劃。以高壓直流輸電系統中的逆變電路為例，進行實際高壓直流輸電系統中逆變主電路和PWM控制電路的實驗驗證，建立“高壓直流輸電系統逆變電路設計→理論分析→仿真驗證→實驗驗證”的設計和分析理念。

第三，基于項目與專業驅動的綜合自主創新實驗設計。在完成本門理論教學任務后，緊跟電力電子技術快速發展的步伐，以電力電子技術前沿技術為基礎制訂綜合自主創新實驗設計，并讓學生提出相應的設計方案，通過“理論分析→電路設計→仿真驗證→實驗驗證”模式，基于“基礎→實踐→綜合→創新”主線，開展綜合自主創新實驗設計。

2.3 基于項目與專業驅動的考試及考核指標評價方法

第一，制訂基于專業驅動的考試試卷。制訂“基礎理論+實際系統設計與分析”的考核方案，取代傳統“理論+計算”的考試模式，考核學生的知識創新與應用能力。

第二，制訂基于項目與專業驅動的考核指標評價方法。打破傳統的教師一人認定結果的考核制度，構建“個人自評指標+小組互評指標+指導教師評價指標+考試評價指標”的四級評價指標。個人自評指標：由學生個人根據自己一學期的學習態度、動手能力、創新能力給出適當的評價。小組互評指標：由實驗小組其他成員對學生的學習積極性、團隊合作、動手能力、報告撰寫等方面的能力進行評價。指導教師評價指標：指導教師根據一學期每個同學在學習態度、動手能力、綜合自主創新實驗設計等方面的能力進行全面評價，促進學生職業素養、個人素質的全面提高。考試評價指標：以基于項目與專業驅動的期末考試試卷成績作為評價指標。基于以上評價指標，根據一定的權限，對學生的綜合素質作出綜合評定。

2.4 基于項目與專業驅動的相關建設

第一，師資隊伍建設。①電力電子技術是電氣學院電學相關專業等諸多工科專業的重要技術基礎，學院采用以老帶新、青年教師互幫互學并交流授課技巧的方法，以提高電力電子技術教師的總體授課能力和水平。②由學院教授牽頭講課與實驗指導，積極組織開展在線精品課程建設，通過在線課程建設不斷促進和提高團隊青年教師的授課水平。積極參與實驗教學評比活動，逐步建立一支結構合理、人員穩定、師德優良、教學水平高、教學效果好的課堂教學與實驗教學相結合的電力電子技術專業課青年骨干教師隊伍。③積極開展讀書寫作交流活動，每個青年教師每年都要閱讀相關專業的著作和書籍，撰寫讀書筆記、發表相關論文，優化教學隊伍的知識結構，全面提升青年教師的學術水平和教學水平，促進教學梯隊健康發展。

第二，實驗室建設。①加強電力電子專業實驗室建設，通過學校資助、學院自籌等方式，結合社會需求與學科發展情況，及時更新與調整電力電子實驗室設備，改善實驗教學環境，引進多功能實驗平臺，開設針對性強的綜合實驗項目。②提升電力電子技術實驗教師的教學水平，鼓勵并組織實驗教學教師去兄弟單位進行參觀和學術交流，實驗教學人員積極參與各類實驗教學比賽，提升經驗和學術水平。③加強電力電子技術實踐教學，為學生提供及時、開放性的實驗教學環境，鼓勵學生參加全國大學生電子設計競賽。

第三，教材建設規劃。①全面采用普通高等教育國家級規劃教材和普通高等教育電氣工程與自動化類規劃教材，保證教材內容與電力電子領域的科技發展水平相同步。②根據課程建設需要和專業需求，有針對性地指導學生選用學習參考書。③精心選用國外原版教材作為教學參考書，積極試行雙語閱讀教學。

第四，課堂教學研究。①針對學生基礎參差不齊的問題，實現線上、板書與PPT教學相結合的教學模式，著重基礎知識的講解。②運用“計算機仿真走進教室”的教學模式，講解完相關基礎知識后，通過實時計算機仿真，加深學生對知識的消化和理解。③教學課件年年更新，保證教學內容與電力電子領域的科技發展水平相同步，增強學生對知識的理解。

3 結語

結合河南工學院應用型本科的辦學宗旨和辦學特色，以電氣工程及其自動化專業背景為依托，以實際工程應用項目為載體設計教學、實驗和考核環節，形成以“項目與專業驅動”為主線，貫穿教學、實驗、考核三個環節的創新型教學模式。本教學改革方法的應用取得了以下成效：第一，明確了學習目的，激發了學生的學習興趣和動力。通過將“項目與專業驅動”貫穿該課程教學實施的始終，將理論知識與實際應用相結合，使學生在學習過程中能夠把握學習方向，明確知識的應用領域和應用方法。將學習內容與未來就業和職業發展相結合，從而有效提升了學生的學習主動性和積極性。第二，體現了學校的辦學宗旨和特色。河南工學院是一所以機械、電氣領域為主，多學科協調發展，行業特色鮮明的應用型本科大學。目前，相當一部分畢業學子就業于機械、電氣相關領域。在教學、實驗、考核環節中貫穿專業驅動，可以有效提高學生畢業后的社會適應能力。第三，體現了電氣學院專業特色。目前，電氣學院的大部分教師從事與電力系統、自動化等相關領域的科研項目，授課教師普遍具備扎實和深厚的專業知識，在講授知識的過程中能夠充分結合電力系統行業進行深入的、全面的、形象化的課程教學，學生的學習興趣更加濃厚，學習效果比較理想。

綜上所述，本教學改革方法具有較好的研究意義和實現價值。一方面，可以有效提高學生的學習興趣，提高教師的教學和實驗成果，從根本上降低學生學習的被動性和無目的性。另一方面，可以擴展學生畢業后的就業面并提高就業能力。基于項目與專業驅動的教學理念，能夠有效提高用人單位對畢業生的滿意度，實現“學校發展→人才培養→用人單位良好評價”的良性循環。