“電力電子技術(shù)”線上線下協(xié)同教學(xué)改革與實(shí)踐

鄒密 趙巖 段盼

[摘 要] 以工程教育專業(yè)認(rèn)證對創(chuàng)新型人才和復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求為目標(biāo)，基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的“成果導(dǎo)向”“以學(xué)生為中心”“持續(xù)改進(jìn)”三大理念，對“電力電子技術(shù)”教學(xué)過程中復(fù)合型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了改革和探索，從“電力電子技術(shù)”課程知識點(diǎn)的更新，講課方式的多樣性，線上探討的組織以及科研項(xiàng)目、競賽的補(bǔ)充等方面探討了學(xué)生分析問題能力與解決復(fù)雜工程問題能力全面提升的具體措施。實(shí)踐表明，電力電子技術(shù)線上線下協(xié)同教學(xué)的改革與實(shí)踐對于當(dāng)前該課程教學(xué)質(zhì)量與效果的提高具有顯著促進(jìn)作用。

[關(guān)鍵詞] 電力電子;工程認(rèn)證;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2019年度重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“基于電磁對偶的變壓器寬頻電磁暫態(tài)建模研究”（KJQN201900627）;2020年度重慶郵電大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目“工程認(rèn)證背景下的電力電子技術(shù)教學(xué)改革與實(shí)踐”（XJG20205）;2020年度重慶郵電大學(xué)本科“金課”建設(shè)項(xiàng)目“復(fù)雜電氣工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)”（XJKXX20201-10）

[作者簡介] 鄒 密（1989—），男，重慶長壽人，博士，重慶郵電大學(xué)自動化學(xué)院講師，主要從事電氣工程及其自動化研究。

[中圖分類號] TM561? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）24-0093-04? ?[收稿日期] 2021-03-26

一、引言

電子信息與電氣工程類專業(yè)工程教育認(rèn)證補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)指出“電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域：包括電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)等知識領(lǐng)域的核心內(nèi)容”。可以看出，電力電子技術(shù)在電氣工程及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)中十分重要，其理論性和實(shí)踐性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)直流輸電、新能源發(fā)電等領(lǐng)域[1]。

重慶郵電大學(xué)“電力電子技術(shù)”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)（重慶市一流專業(yè)）、自動化專業(yè)（國家級特色專業(yè)、國家一流專業(yè)）、智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程。該課程于2009年建設(shè)成為校級重點(diǎn)課程，當(dāng)時(shí)即建立了“電力電子技術(shù)課程網(wǎng)站”，2018年立項(xiàng)為學(xué)校“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式試點(diǎn)課程”，2019年建設(shè)成為重慶市高校精品在線開放課程，該在線平臺提供了豐富的課程教學(xué)資源，包括45個(gè)知識點(diǎn)教學(xué)視頻、授課教師簡介、課程介紹、教學(xué)大綱、電子課件、習(xí)題庫、作業(yè)以及答疑討論等，方便學(xué)生課外進(jìn)行擴(kuò)展性學(xué)習(xí)和互相交流，學(xué)生可在線觀看視頻進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，在線提交作業(yè)，教師可在線批改作業(yè)，在線進(jìn)行課程測試，在線進(jìn)行答疑討論。

二、存在的主要問題

（一）教學(xué)形式單一，缺乏互動性

“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容涉及電路原理、模電、數(shù)電、自動控制原理等理論基礎(chǔ)，生僻概念多、原理深奧，教學(xué)內(nèi)容中還包含大量的公式推導(dǎo)，波形特征分析等，導(dǎo)致教師的教學(xué)激增，學(xué)生上課疲于記筆記，只能被動接受知識點(diǎn)，參與互動交流的機(jī)會少[2]。在教學(xué)形式上，教師依舊是課程的主導(dǎo)者，以完成教學(xué)內(nèi)容為目標(biāo)，講授知識點(diǎn)過多過細(xì)，重點(diǎn)不夠突出，無法體現(xiàn)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，課堂成了“填鴨式”的灌輸知識、復(fù)制知識的過程，課堂沉悶，缺乏互動[3]。

（二）教學(xué)內(nèi)容陳舊，缺乏前沿性

目前“電力電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容主要包含：電力電子器件、四種變流技術(shù)、PWM技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)。教材仍以晶閘管為主線講述上述內(nèi)容，約占總體教學(xué)任務(wù)的1/3～1/2，然而晶閘管屬于半控型器件，以該器件為核心的電力電子裝置具有功率因數(shù)低、諧波成分大的缺點(diǎn)[4]，主要應(yīng)用于20世紀(jì)90年代之前，隨著具有開關(guān)頻率高、驅(qū)動簡單等優(yōu)點(diǎn)的IGBT和MOSFET等全控型器件的產(chǎn)生，晶閘管的應(yīng)用呈下降甚至淘汰的趨勢[5]。然而，教材對于目前主流的電力電子變頻技術(shù)、開關(guān)電源技術(shù)涉及很少，當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容無法反映電力電子行業(yè)最新的學(xué)術(shù)熱點(diǎn)、新的技術(shù)成果，不具備前沿性[5]。

（三）教學(xué)實(shí)驗(yàn)固化，缺乏應(yīng)用性

“電力電子技術(shù)”課程是一門理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，在掌握基礎(chǔ)理論知識后，需開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，然而當(dāng)前存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)少，實(shí)驗(yàn)條件差，實(shí)驗(yàn)教學(xué)超前于理論教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際脫節(jié)等問題[6，7]，如：當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容常為晶閘管觸發(fā)、交流調(diào)壓等少數(shù)簡易實(shí)驗(yàn)，且多為驗(yàn)證性或演示性實(shí)驗(yàn)，而實(shí)際中通常采用PWM整流、Cuk斬波、Sepic斬波或Zeta斬波電路、開關(guān)電源等，導(dǎo)致學(xué)生只能無法將理論應(yīng)用于實(shí)際，學(xué)習(xí)積極性很低。

三、“電力電子技術(shù)”改革目標(biāo)

基于工程教育專業(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，更新“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方式和教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)線下講授與線上討論協(xié)同配合的教學(xué)創(chuàng)新，進(jìn)而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)水平，增強(qiáng)其解決復(fù)雜工程問題的能力，達(dá)到學(xué)生知識、能力以及素質(zhì)全面躍升的目的。如圖1所示，具體研究目標(biāo)如下：（1）改革線下課程知識，豐富課堂教學(xué)資源，達(dá)到具備綜合創(chuàng)新能力的人才培養(yǎng)要求。（2）改革線下講授方式，以工程實(shí)際案例為依托，貫穿式講授電力電子變化技術(shù)。（3）開展課程知識線上探討，建立交互式學(xué)生講解與小組討論的教學(xué)機(jī)制。（4）開展科研訓(xùn)練線上討論，激勵學(xué)生自主探索和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)線上線下協(xié)同配合。

四、“電力電子技術(shù)”主要改革措施

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，基于CDIO（Conceive、Design、Implement和Operate）模式，構(gòu)建線下講授與線上討論相結(jié)合的協(xié)同教學(xué)模式，如圖2所示，形成知識、能力以及素質(zhì)全方位提升的教學(xué)體系，具體措施如下。

（一）線下講授

1.改革線下課程知識。“電力電子技術(shù)”課程的核心內(nèi)容包括電力電子器件介紹、四種換流技術(shù)、兩種控制技術(shù)以及當(dāng)前電力電子技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r。傳統(tǒng)的教科書知識、內(nèi)容陳舊老化，無法適應(yīng)當(dāng)下電力電子技術(shù)更新迭代速度，故提出對線下課程知識進(jìn)行全新規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)理論知識自更新教學(xué)方案。首先在課程設(shè)置上面，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，以學(xué)生全面發(fā)展為目標(biāo)，提出從以教科書本為主的教學(xué)方式向以時(shí)代化書本知識方式轉(zhuǎn)變。時(shí)代化書本知識區(qū)別于傳統(tǒng)教科書，需要任課老師實(shí)時(shí)了解專業(yè)科技動向和專業(yè)理論應(yīng)用動向，結(jié)合傳統(tǒng)教科書中知識點(diǎn)準(zhǔn)確定位書本理論知識發(fā)展時(shí)代和應(yīng)用時(shí)代以及當(dāng)下替換技術(shù)，使單獨(dú)的知識點(diǎn)不再孤立，每個(gè)知識以時(shí)代為軸呈線性展開，更利于學(xué)生接受與記憶。其次，根據(jù)課程學(xué)時(shí)安排把“電力電子技術(shù)”劃分為課堂必學(xué)、課下自學(xué)、章節(jié)選學(xué)三個(gè)有效組合部分，對于課堂必學(xué)部分任課老師應(yīng)充分發(fā)揮時(shí)代化書本知識模式，緊緊圍繞現(xiàn)代科技環(huán)境進(jìn)行時(shí)代化理論知識教學(xué)，從而解決的教科書本知識內(nèi)容陳舊老化的問題，提高學(xué)生理解和接受電力電子技術(shù)理論知識體系的效率，使學(xué)生更全面地掌握相關(guān)理論知識。