新工科背景下電力電子學課程改革

閻鐵生　孫章　宋瀟瀟

摘 要 新工科背景下，以培養創新能力和提高學生素養為目標，將電力電子學課程教學分為知識獲得，能力培養，素質養成三個層面。依托課內教學、課程實驗、創新中心入隊，對電力電子學課程各個環節進行探索，逐步提升學生的知識水平、能力和素養。

關鍵詞 新工科 課程改革 電力電子學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.06.058

Reform of Power Electronics Course under the

Background of New Engineering Education

YAN Tiesheng， SUN Zhang， SONG Xiaoxiao

（School of Electrical Engineering and Electronic Information， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039）

Abstract Under the background of new subject， aiming at cultivating innovative ability and improving students' quality， the teaching of power electronics course is divided into three levels： knowledge acquisition， ability cultivation and quality cultivation. Relying on in-class teaching， course experiment and innovation center， this paper explores various courses of power and electronic technology， and gradually improves students' knowledge level， ability and accomplishment.

Keywords new engineering education； curriculum reform； power electronics

0 引言

隨著 “一帶一路”等重大戰略的不斷推進和國家推動創新驅動發展戰略，新興經濟高速發展，對電氣工程技術人才提出了更高要求，新工科建設與發展迫在眉睫。[1-4]在此背景下，相對于傳統的工程技術人才，未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。同樣對電氣工程人才提出新的要求，一方面畢業生要具備一定的專業能力，同時還要具備解決復雜工程問題的能力和創新能力，因此應該以學生最終獲得的能力和具有創新精神的個人素養作為教學起始點，而課程就是學生獲取專業能力和素養的基礎。

電力電子學課程是我校電氣工程專業的重要專業課，也是培養學生專業和創新能力的重要課程，是基于電子學、電力學和控制理論三門學科的交叉，同時也是各種理論的綜合應用，其研究目標是如何高效的實現電能變換。[5-6]但目前電力電子課程實踐存在實驗學時不足，學生積極思考不足，導致創新意識不足和能力培養困難。新工科背景下，以培養創新能力和提高學生素養為目標，將課程教學分為知識獲得，能力培養，素質養成三個方面，如圖1所示。依托課內教學、課程實驗、創新中心入隊，對電力電子學課程各個部分進行探索，以學生的知識、能力、素養為目標，逐步提升學生適應社會發展的能力。

1 課程改革模式探索與實踐

依據新工科理念，結合工程意識和創新精神的培養，從教學內容、教學方法、實驗過程管理以及入隊創新中心并融入課程內容等幾方面對課程進行了建設。

1.1 梳理教學內容、更新教學方法

電力電子課程內容多，首先精心梳理教學內容，減少工程中不常見，不常用的電路，同時更新教學方法，采用信息化的教學手段，提前推送課程內容。課前預習的要求在基礎教育階段普遍采用，同學們在進入大學后反而鮮有預習的習慣了，但大學課業內容多，信息量大，特別是專業基礎課，知識點密集，課前預習后會對學生上課產生非常積極的效果。利用課程網站的資源，提前推送給學生學習，幫助學生在課前對本次學習課程內容有初步的理解，發現問題，最好能帶著問題來上課，針對不理解的地方有針對性的聽課，或是為課堂討論做好準備，培養自主學習的習慣，會收到更好的學習效果。同時電氣工程專業的學生工作后，由于工作內容專業性強，知識更新快，需要不斷更新自身的知識儲備，跟上技術的發展。善于利用各種資源進行自主學習，養成良好的主動學習習慣，能有效提升學生獲取知識的能力，更利于職業的發展。

除了信息化教學方法，另外還采用了基于項目的教學法，這是一種圍繞著項目組織和展開教學，使學生直接參與項目全過程的教學方法。學生應能根據要求，綜合考慮電氣工程設計過程中的經濟、環境等制約因素，確定設計目標。在市場調研報告、技術分析報告的基礎上，逐步學習專業基礎知識，通過與教師討論、項目組內部討論、查資料等各種方式，提出多個總體設計方案，并比較優缺點，在控制總體成本的基礎上初步選擇一個較為合適的總體設計方案。

以一個太陽能供電的逆變器設計為例，根據項目的任務，把直流電轉化為交流電。但逆變電路有很多種，學生需根據自己的負載要求選擇最合適的一種電路，合理選擇電路的前提是學生掌握電路的工作原理、定量分析和計算不同負載對電路工作的影響。在選擇電路時，不僅要考慮能滿足技術指標的要求，還要考慮噪聲，諧波等對環境有影響的因素，增強作為一名電氣工程師的社會責任感。不僅如此，在進行逆變電路選擇時，還要考慮成本等因素，讓同學明白，實際工程問題不僅僅是技術問題，還包含了經濟、社會等問題，進而培養解決工程問題的能力和創新的精神。

1.2 加強實驗過程管理、增強實驗獲得感

新工科背景對培養學生解決工程問題的能力和創新精神提出更高要求，而實驗教學正是培養這些能力的重要載體。

傳統的實驗課程中，老師在課前進行原理講解，學生根據實驗指導書接線和觀測數據。學生主動性不強，興趣不高，對知識理解不深入，不能把實驗結果和理論知識有機聯系起來，遇到實驗中的問題往往也不愿意深入思考。為了解決這些問題，要求學生課前進行實驗預習。明確實驗目的。以三相橋式全控整流電路實驗為例，觀察實驗時觸發脈沖的起始點并非電壓過零點，鞏固自然換向點的概念，分析在不同負載性質時的工作情況、輸出波形的異同及原因。注意觀察學生在實驗中遇到問題的處理方法，同時在實驗中注意實驗過程的評價。例如在實驗中有的時候會出現輸出三相波形缺相的情況，引導學生查找是否電源本身缺相，還是某一相晶閘管沒有導通，如果是晶閘管沒有導通，是什么原因造成的？是晶閘管本身損壞，還是控制信號的問題，有效避免了學生在實驗中只顧埋頭接線、記數據的問題。通過專業知識滲透到實驗操作中，培養學生實驗基本技能和在實驗中發現問題和解決問題的能力。

1.3 創新融入課程內容、提升創新能力

我校自從成立創新實驗室以來，成立專門的指導老師，對加入實驗室的同學進行指導，將實際的科研項目分割成若干小部分并結合課程內容供同學選擇。同學們以小組合作的方式共同參與一個實際的項目，組內同學共同完成資料查找，方案確定，并最終完成，培養學生的創新能力。

2 結語

電力電子學是一門理論性和實踐緊密結合的學科，通過認真梳理教學內容，更新教學方法，并加強實驗教學過程管理，從知識、能力、和素養幾個方面使學生得到提升，為培養更適應新興經濟的專業技術人才，在教學上進行了有效的探索。

基金項目：西華大學教育教學改革研究項目（xjjg2017011、xjjg2017009和xjjg2017008）資助

參考文獻

[1] 張大良.因時而動 返本開新 建設發展新工科——在工科優勢高校新工科建設研討會上的講話[J].中國大學教學，2017（4）.

[2] 教育部高等教育司.“新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017.15（1）：10-11.

[3] 教育部高等教育司.“新工科”建設行動路線[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[4] 教育部高等教育司.新工科建設指南[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[5] 王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].第5版.北京：機械工業出版社，2009.

[6] 錢照明，張軍明我國電力電子與電力傳動面臨的挑戰與機遇[J].電工技術學報，2004.19（8）：10-22.