專業學位研究生課程教學案例庫建設探討

陶海軍 張國澎 鄭征 朱軍

[摘 要] 為更好地推進工程類專業學位研究生教育實施混合式教學模式，以專業學位研究生專業課程現代功率變換技術為例，探討專業學位研究生課程案例庫建設現狀、意義以及建設方案，以提升案例教學水平，促進學生將專業知識與實踐知識相結合。

[關鍵詞] 案例庫;教學改革;研究生;高等教育

一、引言

為適應我國專業學位教育發展的客觀需求，進一步提高專業學位研究生教育教學質量，改革專業學位培養模式，需要建設專業學位研究生專業課程教學案例庫，對相關專業學位課程案例教學起到支撐作用，同時普及和提高專業學位案例教學，推動專業學位研究生培養模式改革創新[1，2]。現代功率變換技術是與電子、控制、電氣工程緊密相關的學科，被廣泛應用于各行各業。現代功率變換技術是我校電氣工程專業學位研究生的核心選修課程，從事與現代功率變換密切相關的研究生約占學生總人數的35%以上。進行現代功率變換技術課程教學案例庫建設，對于電氣工程專業學位學生工程實踐能力的提高，拓寬電氣工程研究生的知識面，緊跟學科前沿知識及工程技術，培養具有綜合素質的工程技能專業型研究生具有重要意義[3，4]。

二、現代功率變換技術課程案例庫建設的必要性

現代功率變換技術是一門交叉學科，涉及半導體物理、電力系統、模擬電子和數字電子技術、自動控制原理等多門學科，并與微機控制技術、微電子技術、現代控制原理、材料科學等密切相關。近年來該技術獲得了迅速發展，同時被廣泛應用到相關領域，因此現代功率變換技術早已成為電氣工程領域的重要研究課題。現代功率變換技術案例庫建設，以現實應用中的經典案例為素材，包括現代整流技術應用案例（AC-DC）、現代高頻直流變換技術應用案例（DC-DC）、現代逆變技術應用案例（DC-AC）。課題組成員在每個案例都積累了大量的理論與實際經驗，并將相關研究成果融入案例庫建設中。通過對案例庫的理論分析、系統仿真、實例分析、交流討論等手段，鍛煉研究生發現問題、分析問題、解決問題等工程實踐能力，有助于提高專業學位研究生的實踐應用能力[5，6]。

當前國內外對傳統的電力電子技術例題庫建設較為完善，既有相關的例題，也有設計與仿真。但著眼于現代功率變換技術，其例題庫分散到了以上提及的各個領域中，如林渭勛先生編寫的《現代電力電子技術》、李永東老師編寫的《現代電力電子學——原理及應用》中的相關例題，更多的側重于原理的論述，并未針對當前該學科發展的前言問題給出具體完整的解決例子。林飛、杜欣老師編寫的《電力電子應用技術的MATLAB仿真》淺顯易懂，但仿真模型搭建較為簡單，學生討論環節不足。Ned Mohan編寫的《Power Electronics--Converters，Applications，and Design》對現代功率變換技術的原理、設計方法等論述相當完善，并附有一定的課后例題，但并未配套相關的例題仿真，此外配套例題更多的側重于基本原理的設計與驗證，并未涉及到現代功率變換的復雜系統。綜上所述，目前國內外對現代功率變換技術并未形成一套系統的、綜合性的，側重行業熱點和適合研究生教學的例題庫。

三、現代功率變換技術課程案例庫建設探討

（一）課程教學案例庫建設要求

1.案例庫的案例應具有先進性、創新性、典型性和客觀性。案例庫建設應立足研究生實踐能力培養，依據專業學位特點，面向研究生課程教學，對研究生的實踐工作具有參考性和啟發性，滿足相關行業對專業學位研究生課程教學的需求。案例素材應關注社會需求，取自于研究設計、生產建設、經營管理等工作實踐，注重理論與實踐緊密結合。

2.案例庫的案例應具有一定的深度和綜合性。必須探討和研究課程所涉及的多個原理的理論架構或應用模式，通過案例的學習，能使專業學位研究生理解和掌握相關課程講述的原理，并能正確應用在實際工作中。

3.案例庫的案例數量要多且形式多樣化。在數量上案例庫應有20個以上案例。案例制作首先鼓勵教師進行原創性案例編寫，且原創性案例不得少于總量的二分之一。同時應該結合當今社會的熱點問題、實踐中的典型問題、科研領域的焦點問題，進行改編或修改，納入課程案例庫。案例教學學時應不少于該門課程總學時的二分之一。

4.每個案例格式要統一，條理清晰，原理分析正確，參數合乎工程實際。在教學過程中，通過教學試用，反饋案例庫的效果，進行不斷的改進，完善案例庫建設。

（二）課程教學案例庫建設內容

現代功率變換技術案例庫建設，以現實應用中的經典案例為素材，包括現代整流技術應用案例（AC-DC）、現代高頻直流變換技術應用案例（DC-DC）、現代逆變技術應用案例（DC-AC）。課題組成員在每個案例都積累了大量的理論與實際經驗，并將相關研究成果融入案例庫建設中。將課題組主要成員在現代功率變換方面的相關研究成果融入案例庫建設中，經過研究加工，通過理論分析、系統仿真、實例分析、交流討論等手段，鍛煉研究生發現問題、分析問題、解決問題等實際能力，有助于提高專業學位研究生的實踐應用能力。

該案例庫課程設計開發了20個教學案例（其中10個為原創），主要涵蓋PWM整流器、有源電力濾波器、靜止無功發生器、微電網、高頻開關電源、DC-DC變換器案例庫。案例庫已經在2017、2018級研究生課程教學中使用，實際應用結果表明，通過分別列舉PWM整流器、APF、SVG、微電網、高頻開關電源和電力傳動系統，學生可以深入學習現代功率變換系統知識，有利于后期進行具體的工程設計。

（三）課程教學案例庫實施方式

首先向同學們展示制作好的模型、電路、裝置或多媒體課件。根據現代功率變化技術教學目標和課堂內容，引入科研項目及工程實踐實例，并指出其應用范圍;教師講解案例內容，采用多種教學模式，提高教學效果，比如采用分組討論。在分組討論中，教師要引導學生，圍繞任務展開，逐層分析，把需要解決的問題分解成多個子問題，降低難度。針對這些子問題，同學們展開討論，各抒己見，提出分析問題和解決問題的方法，并給出最終方案。

其次總結課程案例庫教學效果。一方面教師反思整個教學流程，包括教學達到的實際效果、案例選擇的合理性、學生的參與度等方面，這些可以對學生過程考核進行強化，同時對課程評價做到盡量公平公正。另一方面，學生歸納對案例完成的思路和技術，總結所用方法和涉及的知識點，有利于進一步優化設計方案，形成立體的知識結構體系。

四、結論

目前現代功率變換技術的研究與應用較廣泛，現代功率變換的實例也較多，但是其涉及的研究方向、技術領域非常廣泛且復雜，沒有形成統一的系統，體系缺乏完整性和系統性，不適合研究生學習，缺乏教學案例。通過本文案例庫的建設和案例教學實踐的應用，可以提高課程教學效果，有利于研究生理解和處理工程實踐問題。因此，建立現代功率變換技術課程教學案例庫，專業學位研究生在掌握專業理論知識的同時，具備較強的工程實踐能力，實現對高水平、應用型人才的培養。

參考文獻

[1]沈利民，王艷飛，陳英華，李海生.專業學位研究生《有限元分析及應用》課程案例庫建設與案例教學[J].當代教育實踐與教學研究，2019，（05）：170-171.

[2]邵光輝.專業學位研究生地基處理新技術教學案例庫建設與應用[J].教育教學論壇，2019，（05）：47-49.

[3]陳建偉，王寧，王興國.專業學位研究生《抗震工程學》教學案例庫建設現狀與可行性分析[J].課程教育研究，2018，（49）：254.

[4]才亞楠，裴云紅.教育碩士專業學位研究生培養中的案例教學解析[J].繼續教育研究，2018，（11）：110-113.

[5]古巧珍，劉海斌，蘇美瓊，杜永峰，徐然，尹會鵑，程煥霞.專業學位研究生課程案例庫建設與探索——以西北農林科技大學為例[J].高教學刊，2018，（16）：61-63.

[6]王紅，歐陽宗書，袁雯，洪流，王斌偉，龔旗煌，張偉，柯炳生，呂建.深化專業學位研究生教育綜合改革提高專業學位研究生培養質量[J].學位與研究生教育，2016，（01）：7-24.