電力電子技術(shù)多元化創(chuàng)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(shù)課程是電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在交通運輸、電力、通信、計算機和新能源等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用[1-3]。學科特點決定了電氣工程人才的培養(yǎng)需要兼顧系統(tǒng)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(yè)大力開展“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的形勢下，對電氣工程人才的專業(yè)基礎(chǔ)、創(chuàng)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(diào)研，發(fā)現(xiàn)部分學生專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握不牢、基本理論不能靈活應(yīng)用，部分學生對課程的應(yīng)用方向、課程之間橫向和縱向的聯(lián)系理解有偏差。因而本團隊立足于基礎(chǔ)系統(tǒng)教學和培養(yǎng)實踐能力[6]，結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，提出“教與學、理論與實踐、學校與企業(yè)緊密結(jié)合”的多元化創(chuàng)新教學模式，創(chuàng)新性地進行了課內(nèi)外教學探索，把課程的“學”與“用”有機地結(jié)合起來，培養(yǎng)在科學素養(yǎng)、人文精神、專業(yè)能力等方面具備優(yōu)良素質(zhì)的電氣工程人才。

1 多元化創(chuàng)新型教學模式建設(shè)與內(nèi)容

近年來，在卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的支持下，我校電氣工程及其自動化專業(yè)大力推進“教與學、理論與實踐、學校與企業(yè)緊密結(jié)合”的多元化創(chuàng)新教學模式。傳統(tǒng)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(chuàng)新教育則是以學生為中心、實驗和大賽為驅(qū)動、能力為目標，構(gòu)建框架式知識體系。通過對國內(nèi)外電氣工程行業(yè)協(xié)會和知名院校調(diào)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(yè)理論與實踐融合，輔助課程設(shè)計和課外實踐改革，立體地展現(xiàn)專業(yè)知識系統(tǒng)框架，使學生主動、有目的地結(jié)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(yè)工程師參與課堂教學，將企業(yè)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(yīng)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(yǎng)的課內(nèi)創(chuàng)新改革

不同于許多傳統(tǒng)學科，電氣工程及其自動化的知識體系是在經(jīng)典工程實踐基礎(chǔ)上不斷總結(jié)提煉而來[10]。按照卓越工程師人才培養(yǎng)標準，設(shè)立以工程實踐能力、創(chuàng)新意識培養(yǎng)為核心的教學目標。強調(diào)學生具備主動學習、協(xié)作學習、系統(tǒng)思維、過程控制、表達展示等綜合素質(zhì)。因此，采用多元化培養(yǎng)的思想對課內(nèi)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(yè)的特色，結(jié)合電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，在現(xiàn)有課程內(nèi)容中補充柔性交流輸電、高壓直流輸電、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)等相關(guān)知識，使電力電子技術(shù)教學更符合電力系統(tǒng)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(shù)發(fā)展的快速性，將當下先進的技術(shù)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(shè)計能力培養(yǎng)示意圖如圖2所示。

圖2 新型課程設(shè)計能力培養(yǎng)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(diào)整實驗教學內(nèi)容方面，使實踐訓練內(nèi)容涵蓋地方特色產(chǎn)業(yè)項目，并鼓勵學生根據(jù)自身專業(yè)自創(chuàng)實驗內(nèi)容，從而改變實驗教案缺乏專業(yè)針對性的問題。除了保留經(jīng)典實驗內(nèi)容外，加大設(shè)計型、研究型和實踐型實驗的比重，并根據(jù)不同專業(yè)的特點和應(yīng)用需求，設(shè)計具有較強專業(yè)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(wǎng)站或者課題交流群里定期發(fā)布預習視頻，視頻內(nèi)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(chǔ)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(shù)據(jù)和實驗報告評分比重，將學生參加全國性或者校級實驗創(chuàng)新比賽情況也納入考核，并提高實驗現(xiàn)場考核分數(shù)占比，不以實驗結(jié)果正確與否作為唯一的評分標準。在實踐過程中實現(xiàn)理論課程教學內(nèi)容的理解和掌握，增強工程實踐能力和創(chuàng)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(xié)作式的培養(yǎng)建設(shè)

多元化和協(xié)作式是指引入新的培養(yǎng)元素，如比賽培養(yǎng)、企業(yè)培養(yǎng)和學生自主課后培養(yǎng)等，全方位多角度地培養(yǎng)符合卓越工程師計劃和擁有較高就業(yè)競爭力的電氣工程人才。由于電子設(shè)計競賽要求參賽學生在較短時間內(nèi)高質(zhì)量地完成設(shè)計任務(wù)，熟練掌握電力電子技術(shù)的基本知識、基本電路、基本分析和設(shè)計方法，能夠熟練使用儀器、迅速判斷故障和調(diào)試電路，全面了解指標、誤差、系統(tǒng)等工程概念。因此鼓勵學生積極參與全國大學生電子設(shè)計競賽、機器人大賽等賽事，引導學生進行創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、動手能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。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(shù)企業(yè)更歡迎擁有一定經(jīng)驗的工程技術(shù)人員。因此，提出“教與學、理論與實踐、學校與企業(yè)緊密結(jié)合”的多元化創(chuàng)新教育模式，其中，“學校與企業(yè)緊密結(jié)合”是指部分學生可自愿選擇在校學習3年，在企業(yè)學習1年，接洽的合作企業(yè)多為電氣專業(yè)對口企業(yè)，學院會撥出一定的經(jīng)費支持學生到企業(yè)實習，使學生不僅能將理論與實際聯(lián)系起來，又能提前掌握實用性強的專業(yè)技能。而合作企業(yè)則給學生提供各崗位經(jīng)驗豐富的技術(shù)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(yè)的學生。學校與企業(yè)緊密結(jié)合既可以省去以往應(yīng)屆畢業(yè)生培訓的時間和經(jīng)費，又可以幫助學生早日步入社會，改善就業(yè)問題，實現(xiàn)雙贏。圖5所示為新時代復合型人才培養(yǎng)示意圖。

圖5 復合型人才培養(yǎng)示意圖

4 方案實踐成果

通過將當下先進的技術(shù)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(shù)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(chuàng)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(chuàng)新能力有了顯著提升，受益學生1 000余人。依托開發(fā)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(shù)學建模、電子設(shè)計、“挑戰(zhàn)杯”等競賽中表現(xiàn)突出，參加省級以上學科競賽并獲獎的人數(shù)逐年提高，2017年獲獎26項，同比增長近25%；學生發(fā)表論文以及申請專利較往年有很大進步。學生初次就業(yè)率和就業(yè)層次實現(xiàn)持續(xù)增長，2014～2016年分別為：86.67%，90.78%，95.12%。用人單位評價畢業(yè)生“專業(yè)技術(shù)能力優(yōu)秀、實踐創(chuàng)新能力強”，對畢業(yè)生滿意率高。

5 結(jié) 語

電力電子技術(shù)是一門內(nèi)容豐富，服務(wù)專業(yè)面廣的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著高校人才素質(zhì)教育和培養(yǎng)改革的深入推進，同時也為了達到“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”對電氣人才培養(yǎng)的較高要求，改進和創(chuàng)新電力電子技術(shù)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(yǎng)所做的有益探索。通過創(chuàng)新性地課內(nèi)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(chuàng)造條件，把課程的“學”與“用”有機地結(jié)合起來，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。同時，通過與社會企業(yè)的聯(lián)合培養(yǎng)，可進一步提高學生就業(yè)競爭力。