面向工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)模式改革與思考

李然 于樂(lè) 楊光儀 周永勤

摘 ?要：在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，以哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院本科的專業(yè)基礎(chǔ)課《電力電子技術(shù)》為例，分析了教學(xué)及實(shí)踐中存在的主要問(wèn)題，提出了面向工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的《電力電子技術(shù)》課程改革目標(biāo)和主要措施，更好的啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高應(yīng)用能力。這些措施對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才起到了教學(xué)改善。

關(guān)鍵詞：工程教育;電力電子技術(shù);專業(yè)認(rèn)證;教學(xué)模式改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(guó)成為《華盛頓協(xié)議》第18個(gè)正式簽約成員，這是我國(guó)教育業(yè)正式啟動(dòng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的重要里程碑[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的三個(gè)核心理念是：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)[2]。如何合理有效的開展專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革，保障和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)科專業(yè)建設(shè)，是工程教育專業(yè)認(rèn)證的主要目標(biāo)和考核指標(biāo)。在部分高校， 工程教育專業(yè)認(rèn)證成為本科教質(zhì)量的一種體現(xiàn)[3，4]。哈爾濱理工大學(xué)是在黑龍江省高等教育強(qiáng)省建設(shè)規(guī)劃中被確定為重點(diǎn)建設(shè)的十所高水平大學(xué)之一，是黑龍江省人民政府與國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局共建高校，2018年入選黑龍江省國(guó)內(nèi)“雙一流”大學(xué)建設(shè)高校。電力電子技術(shù)課程的知識(shí)容量多，層次跨度很大，課程中的理論抽象，且課程研究對(duì)象的應(yīng)用具有很高的實(shí)用性和創(chuàng)新性。因此， 本門課程教學(xué)改革和實(shí)踐的研究重點(diǎn)應(yīng)該著重在高效、合理、正確地適應(yīng)我國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證目標(biāo)點(diǎn)上，同時(shí)著重提高大學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力[5]。

一、《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

（一）教學(xué)方法單一、聽課效果差

電力電子技術(shù)課程需要電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理等前期課程為基礎(chǔ)，課程新概念多、涉及知識(shí)面廣，教學(xué)內(nèi)容中還包含大量的公式推導(dǎo)，波形分析等，造成了教師的教學(xué)難度大，學(xué)生掌握效果差的狀況[6]。學(xué)生在聽課的時(shí)候疲于記筆記，并以考試成績(jī)?yōu)槟繕?biāo)，參與交流、討論的機(jī)會(huì)較少， 抑制了其自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。教師授課時(shí)也均以完成教學(xué)內(nèi)容為目標(biāo)，重點(diǎn)不夠突出，教學(xué)環(huán)節(jié)較單一。這種教學(xué)方法體現(xiàn)不出以學(xué)生為中心的工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)指導(dǎo)思想。尤其是對(duì)于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生更難以跟上教學(xué)節(jié)奏， 課堂也成為了“填鴨式”的灌輸知識(shí)、復(fù)制知識(shí)的過(guò)程，使其失去對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣。因此教學(xué)方法的改革勢(shì)在必行。

（二）教材內(nèi)容老化，與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重

目前電力電子技術(shù)課程的教材內(nèi)容主要以電力電子器件介紹、電能變流技術(shù)、PWM技術(shù)和軟開關(guān)控制技術(shù)為學(xué)習(xí)主線。晶閘管技術(shù)是目前電力電子器件章節(jié)中的重點(diǎn)，而現(xiàn)在以IGBT和MOSFET等為代表的全控型器件也均介紹了簡(jiǎn)單的原理知識(shí)[7]，對(duì)于目前主流的電力電子變頻技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)、電力電子器件應(yīng)用及仿真技術(shù)涉及很少。另外，課程中對(duì)于變流電路和功率集成電路的知識(shí)點(diǎn)涉及較少[8]，當(dāng)前的教材內(nèi)容無(wú)法反映電力電子行業(yè)最新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)、新成就、新經(jīng)驗(yàn)、新問(wèn)題，甚至教材中還存在著少數(shù)錯(cuò)誤。這對(duì)學(xué)生更好的理解教學(xué)內(nèi)容， 提高實(shí)踐能力造成了困擾。以成果為導(dǎo)向的教輔材料改革勢(shì)在必行。

（三）實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，教學(xué)內(nèi)容過(guò)少

電力電子技術(shù)課中的實(shí)踐環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)本門課程知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際，消化理解教學(xué)知識(shí)的重要手段，也是對(duì)課堂教學(xué)的一種補(bǔ)充。當(dāng)前，電力電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)投入不足。實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，設(shè)備數(shù)量不足，只能5名同學(xué)一個(gè)小組，共同操作一臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，沒(méi)有起到實(shí)踐教學(xué)的目的，更談不上活學(xué)活用和充分消化理解書本知識(shí)。由于電力電子技術(shù)常用于大功率場(chǎng)合，考慮到安全性的因素，在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的過(guò)程中往往讓學(xué)生原理高、強(qiáng)電壓信號(hào)，多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)為主，由老師操作，學(xué)生自行觀察記錄和學(xué)習(xí)，自主進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)試電路的機(jī)會(huì)不多。實(shí)踐環(huán)節(jié)缺少理論與實(shí)際相結(jié)合的實(shí)用性訓(xùn)練，在掌握書本知識(shí)的基礎(chǔ)上，實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)和應(yīng)用電力電子技術(shù)、理解工程應(yīng)用概念等方面的教學(xué)環(huán)節(jié)非常欠缺。因此， 學(xué)生操作能力、創(chuàng)新能力得不到鍛煉，更談不上高度調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)亟待改革與創(chuàng)新。

二、電力電子技術(shù)的課程改革目標(biāo)

立足于工程教育專業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)的基本理念， 應(yīng)該推動(dòng)電力電子技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課的主要教學(xué)內(nèi)容，并開展教學(xué)方式和教學(xué)模式的創(chuàng)新改革，同時(shí)，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容和課程體系的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，突出教育工程認(rèn)證對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求[9]。通過(guò)對(duì)教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)課堂上的理論知識(shí)和技能的培養(yǎng)為輔，培養(yǎng)主動(dòng)積極地學(xué)習(xí)態(tài)度和培養(yǎng)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力為主，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，增加理論與實(shí)際相結(jié)合的實(shí)用性訓(xùn)練的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生們獲取知識(shí)從被動(dòng)到主動(dòng)，深刻理解到“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”，形成正確的學(xué)習(xí)價(jià)值觀，從而提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)習(xí)興趣[10]，與工程教育認(rèn)證的目標(biāo)相吻合。

三、電力電子技術(shù)的課程改革主要措施

（一）教學(xué)思路改革

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，要深化開展教學(xué)思路的改革，本著以學(xué)生為中心的指導(dǎo)思想，從教學(xué)手段、教學(xué)觀念、信息化教學(xué)平臺(tái)等幾方面做起。

正確的處理和理解好教師和學(xué)生之間在教學(xué)中的主次關(guān)系。傳統(tǒng)的教學(xué)理念都是以教師為中心，采用“灌輸”的方式，學(xué)生被動(dòng)地處于接收知識(shí)的地位。以學(xué)生為中心，就要將教學(xué)過(guò)程中學(xué)生作為主體，教師起到引導(dǎo)作用。教師將書本的知識(shí)加以歸納和篩選，重點(diǎn)講主要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)的能力，而不是關(guān)注于某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生積極主動(dòng)的參與到教學(xué)中來(lái)，并得到創(chuàng)造性、理解性的學(xué)習(xí)知識(shí)途徑。

同時(shí)，教師要正確理解傳授知識(shí)和培養(yǎng)能力的關(guān)系，平衡知識(shí)和動(dòng)手能力的權(quán)重，要讓學(xué)生明白書本上的重點(diǎn)知識(shí)是基礎(chǔ)，掌握了基本知識(shí)和基本理論，才獲具有深入學(xué)習(xí)的能力，實(shí)踐的手段是強(qiáng)化和加深理解書本知識(shí)的一種手段，也是理論聯(lián)系實(shí)際和步入社會(huì)后綜合素養(yǎng)的基礎(chǔ)。

鼓勵(lì)并帶領(lǐng)學(xué)生們參加電力電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等，為學(xué)生打造好科研創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，真正給學(xué)生一個(gè)能動(dòng)手、能發(fā)揮、能創(chuàng)新的科研實(shí)踐平臺(tái)，讓書本上所學(xué)的理論知識(shí)得到充分理解和吸收，在畢業(yè)時(shí)能夠達(dá)成個(gè)人理想造福社會(huì)。這樣的成果導(dǎo)向才是工程教育認(rèn)證的理想目標(biāo)。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

我們培養(yǎng)的學(xué)生是要直接面向社會(huì)的， 教育要和時(shí)代接軌， 從教室的角度來(lái)說(shuō)，自然也要不斷深造，與時(shí)俱進(jìn)。高校教師要從自身做起， 不斷學(xué)習(xí)， 通過(guò)開展科研項(xiàng)目、深入開展科研研究、撰寫科研論文、開展企業(yè)調(diào)研、學(xué)術(shù)交流等途徑不斷更新知識(shí)儲(chǔ)備。并將這些理念、知識(shí)、理解在授課的過(guò)程中傳輸給學(xué)生，讓學(xué)生們最快速的獲取知識(shí)和吸收理解知識(shí)。工程教育認(rèn)證的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，并以教材為參考，以任課教師為主體來(lái)制定，并且在教學(xué)的過(guò)程中，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況不斷改進(jìn)。

信息化時(shí)代的飛速發(fā)展導(dǎo)致大學(xué)生課程科目、數(shù)量和內(nèi)容急劇增加。但是課時(shí)數(shù)有限，要想把大量的課程知識(shí)均傳送給學(xué)生，必須認(rèn)真規(guī)劃改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)大綱，改進(jìn)課程體系。任課教師的教案內(nèi)容的難易程度應(yīng)該適中，力求鍛煉學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力。比如，在講解PWM控制技術(shù)中的單極性和雙極性調(diào)制法時(shí)可以引入電動(dòng)汽車電機(jī)控制器或者雷達(dá)天線控制的案例，再對(duì)比相控整流和不可控整流電路，討論如何有效減少無(wú)功和諧波對(duì)電網(wǎng)的污染等實(shí)際工程問(wèn)題。要避免學(xué)生在上課的時(shí)候一味地被“灌輸”知識(shí)，老師說(shuō)什么筆記上就記錄什么，要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從教學(xué)課堂上的客人變成主人。比如說(shuō)，采用小組間討論或辯論，設(shè)定小團(tuán)隊(duì)協(xié)作的小課題等等方法，教師盡可能的扮演組織者，讓學(xué)生們獨(dú)立思考問(wèn)題、陳述觀點(diǎn)。教師可以采用PPT和板書相結(jié)合的教學(xué)方法，彌補(bǔ)單獨(dú)使用板書或者多媒體帶來(lái)的不足之處，還能吸引學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性，提高授課質(zhì)量和教學(xué)效果。

（三）實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)改革

實(shí)踐環(huán)節(jié)是電力電子技術(shù)課中的重要環(huán)節(jié)，針對(duì)當(dāng)前電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課的現(xiàn)狀，提出了幾種改革辦法：

1. 設(shè)計(jì)換位式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

采用換位式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在課下針對(duì)特別感興趣的同學(xué)進(jìn)行重點(diǎn)培訓(xùn)。讓這些入手快基礎(chǔ)牢的同學(xué)現(xiàn)行學(xué)習(xí)和操作，等到上實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候，就可以由任課教師做總指導(dǎo)、這幾位同學(xué)做輔助指導(dǎo)的方式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法。這樣在鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力的同時(shí)又培養(yǎng)了獨(dú)立思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)探索知識(shí)的目的，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

2. 增加電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)

從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合教學(xué)大綱，開展理論與實(shí)際相結(jié)合的實(shí)用性訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，由任課老師擬定幾個(gè)電力電子工程訓(xùn)練實(shí)際工程項(xiàng)目，每4-5人組成一個(gè)小組，并任命一名組長(zhǎng)。每個(gè)小組選定一個(gè)實(shí)訓(xùn)題目，開展為期兩周時(shí)間的電力電子實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涉及電力電子器件、變流技術(shù)、PWM控制技術(shù)等電力電子技術(shù)典型應(yīng)用，例如：PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)、直流降壓斬波電路設(shè)計(jì)、智能風(fēng)扇溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。學(xué)生在兩周內(nèi)開展電路設(shè)計(jì)與仿真、線路板繪制與焊接調(diào)試，單片機(jī)C語(yǔ)言編寫等工作來(lái)完成所選課題的要求。在實(shí)訓(xùn)結(jié)束時(shí)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(jìn)行實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)考核。

3. 設(shè)計(jì)信息化多媒體教學(xué)方法

使用Protel、Proteus、Matlab-Simulink等電路仿真軟件，通過(guò)在仿真系統(tǒng)上開展簡(jiǎn)單的電路模型設(shè)計(jì)，然后調(diào)整器件及信號(hào)的輸入與輸出參數(shù)。這些工作作為開展實(shí)際硬件電路的先驗(yàn)條件。例如在直流斬波電路的主電路中，計(jì)算好電容、電感、Mosfet和負(fù)載的參數(shù)之后，利用Proteus仿真軟件進(jìn)行波形仿真，根據(jù)輸入與輸出參數(shù)和波形改善元器件參數(shù)和控制信號(hào)。這種改革方式有助于學(xué)習(xí)理解書本知識(shí)，還能減少因設(shè)計(jì)考慮不周帶來(lái)的器件損壞、人為操作故障等現(xiàn)象的發(fā)生。

4. 開展線下課堂和線上網(wǎng)課教學(xué)改革

電力電子技術(shù)課程新概念很多、涉及知識(shí)廣，教學(xué)內(nèi)容中還包含大量的公式推導(dǎo)，波形分析等，往往很多學(xué)生僅僅在課堂（線下）上無(wú)法完全消化理解，等課后復(fù)習(xí)時(shí)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(jié)課的線上視頻，上傳到學(xué)校專用網(wǎng)站中。學(xué)生們可以通過(guò)個(gè)人賬戶和授權(quán)密碼在網(wǎng)絡(luò)上再次收看（線上）。這種通過(guò)線下和線上的O2O教學(xué)改革方法有助于同學(xué)們深入理解課堂重點(diǎn)內(nèi)容和電力電子的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在某種程度上來(lái)說(shuō)，也減輕了老師為同學(xué)們答疑時(shí)的大量重復(fù)性工作量。

通過(guò)對(duì)近兩屆本科生電力電子技術(shù)的教學(xué)改革，獲得了很不錯(cuò)的教學(xué)效果。從課程達(dá)成度指標(biāo)角度來(lái)說(shuō)，未開展教學(xué)改革的2015級(jí)、2016級(jí)本科生電力電子技術(shù)課程達(dá)成度為0.738、0.722，而開展了教學(xué)改革的2017級(jí)和2018級(jí)的達(dá)成度提高到了0.792、0.809。此外學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性更高、學(xué)習(xí)興趣更濃厚，參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、電力電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大創(chuàng)競(jìng)賽等各種科研項(xiàng)目的人數(shù)顯著增多。說(shuō)明工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下《電力電子技術(shù)》課程的教學(xué)模式改革取得了顯著成果。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)模式改革，促進(jìn)教師對(duì)本門課程的教學(xué)理念，提高本門課的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，更好的啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將“成果為導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念深入到教學(xué)和實(shí)踐中去。始終秉著工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念，以電力電子技術(shù)課程的考核成果和教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，教學(xué)方法和手段都以學(xué)生為中心，注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神、工作能力和學(xué)習(xí)能力，并根據(jù)實(shí)際需求不斷改進(jìn)，使電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革沿著正確的方向不斷向前推進(jìn)。

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