基于“理虛實一體化”的電力電子技術課程教學改革

王云

基于“理虛實一體化”的電力電子技術課程教學改革

王云

（浙江同濟科技職業學院 機電工程學院，浙江 杭州 311231）

課堂教學改革是推動高職教育高質量發展的原動力．在電力電子技術課程課堂教學改革與實踐中，基于“理虛實一體化”的課堂教學模式能夠使學生在“理論學習—虛擬仿真—實踐操作”的教學過程中激發學習熱情和興趣，深化教學內容的認識和理解，提高實踐操作技能，進而提升課堂教學質量與效果．

電力電子技術；理虛實一體化；教學改革

《職業教育提質培優行動計劃（2020—2023年）》對我國高等職業教育高質量發展提出了新的要求，強調：要推動職業學校“課堂革命”，將課程教學改革推向縱深；以實踐能力培養為重點，加強實踐性教學，培養更多的大國工匠、能工巧匠[1]．高等職業教育中的課堂教學是把“教師的教”與“學生的學”有機融合起來的有效載體，是傳遞系統知識、實現課堂教學目標、提高課堂教學質量的主要陣地．面對新時代、新階段的新任務，課堂教學改革也需要與時俱進、不斷創新，以適應專業人才培養的要求和高職教育教學發展的需要．以電力電子技術課程為載體，從課程教學現狀出發，基于信息化教學平臺，融合線上線下混合模式[2]，構建“理虛實一體化”課堂教學模式，將理論教學、虛擬仿真、實踐操作三者有機結合，實現學習內容的可視化、學習過程的主體化、學習要求的動態化、學習效果的立體化，培養高素質創新型技術技能人才．

1 課程教學現狀

電力電子技術課程是自動化類專業的一門專業核心技術課，課程橫跨電力、電子、控制三大學科[3]，具有較強的理論綜合性和工程實踐性，在專業人才培養中發揮著重要的作用．當前，在國家大力倡導要重視高職院校學生實踐能力培養的背景下，電力電子技術課程教學方法和教學組織呈現多樣化趨勢，涌現了許多具有實踐價值的教學方法和教學理念，但也存在一定的問題，主要表現為2個方面：

1.1 “一體化”教學模式的桎梏

電力電子技術課程理論性強，涉及大量的電路圖、波形圖分析[4]，還要求學生獨立完成相關電路的實物制作與功能調試，課程學習要求較高．以往的“一體化”課堂教學模式都是由教師先進行理論知識的講授和實踐操作的示范，然后由學生模仿完成實訓任務．整個學習過程中，學生是被動地接受、機械地模仿，主體地位未得到充分體現，學習積極性不高，難以形成自主的學習方法，缺乏解決實際問題的能力，更談不上創新實踐能力的培養．

1.2 理論知識理解到實踐技能操練間缺乏過渡過程

以往電力電子技術課程的教學進度安排是在完成理論課講授后就直接安排實踐操作，之間缺乏過渡過程[5]．學生往往會因為對理論知識理解不透徹、對實操準備不充分而降低了實踐效果．同時，容易因操作不當而損壞實訓室的實訓設備、器件[6]．對于學習基礎薄弱、學習能力不足的學生而言，直接從抽象性較強的理論內容進入實踐操作，容易產生畏難情緒，導致后期學習乏力．因此，無法達到理論知識理解、實踐技能培養與綜合能力提高的教學目標和教學效果．

2 “理虛實一體化”教學改革

電力電子技術課程涉及大功率器件和強電技術應用，在實踐教學中往往受到硬件設備操作存在安全隱患、器件損壞率高等因素的限制，進而導致理論學習與實踐操作脫節．因此，該課程非常適合應用“理虛實一體化”教學理念．“理虛實一體化”教學改革以理論教學、虛擬仿真學習、實踐操作為時間順序主線，以理論產品、虛擬產品、真實產品為載體[7]，以線上線下融合為途徑，實現“理虛實一體化”教學的銜接貫通．“理虛實一體化”教學模式見圖1．

圖1 “理虛實一體化”課堂教學模式

2.1 融合信息技術，以“理”優化整合教學資源

信息技術的快速發展為教學模式改革創新提供了新的思路．電力電子技術課程是銜接電工基礎、電子技術等專業基礎課與變頻器技術與應用、電器與電機控制等專業核心課的載體，課程的理論教學內容圍繞電路基本原理、模擬電子技術、數字電子技術等內容展開．因此，借助MOOC和智慧職教平臺，對電力電子技術課程及其先修課程電工基礎、電子技術的理論教學資源，如電子教材、PPT、微課、試題庫、項目案例、輔助軟件包等素材進行整合優化，打造“一站式”線上學習平臺．各類教學資源以單個獨立的知識點或任務項目為基本單元進行構建，以此形成完整的電學知識體系，以便于學生學習和教師自由、靈活、快速組合出各種針對性的教學套餐[8]．

2.2 融合虛擬軟件，以“虛”改革創新實訓模式

虛擬仿真教學是銜接理論教學和實踐教學的橋梁，為學生順利從抽象的理論知識學習過渡到實際操作搭建了平臺[9]．在電力電子技術課程教學中，以真實的任務項目為依托，借助虛擬仿真軟件Multisim或MATLAB，通過選用真實的元器件、儀器設備、工具等物理模型，搭建電路并進行分析，營造身臨其境的教學與實踐體驗，便于學生更加直觀地理解理論知識，為實踐教學做好前期準備．同時，通過虛擬仿真教學，解決部分實踐項目因實訓設備緊缺、實訓條件受限等帶來的現實問題，創新實訓模式．

2.3 融合線上線下，以“實”鞏固升華課堂實踐

基于智慧職教平臺，打破線上線下學習的界限，將理論知識講學、虛擬仿真操作、實踐項目訓練三者相結合，幫助學生更好地掌握知識和提高技能．線上的學習涵蓋理論知識的自學、測試和討論，使學生掌握基本理論原理，并對虛擬仿真軟件進行線上的自主學習和練習；線下的教學則側重實踐項目的強化訓練，在多媒體教室對理論知識與仿真軟件操作中的重難點進行講授、答疑和示范，使學生掌握未來實踐教學的基本操作步驟；最后在實訓室進行設備操作及真實產品的制作與調試．

由此，“理—虛—實”教學環節分階段、有側重、有關聯地融入線上線下課堂教學全過程，實現教學內容的認識、理解與轉化．

3 “理虛實一體化”教學實踐

以電力電子技術課程中“晶閘管可控整流電路的設計與制作”[10]的教學過程為例，應用“理虛實一體化”教學模式開展課堂教學實踐．

3.1 理論知識講學，明確任務要求

教師在課前將項目任務書、項目所涉及知識點的教學課件、自學測試等資源通過智慧職教平臺推送給學生．學生根據任務要求，首先進行晶閘管器件和單相整流電路２個章節內容的線上自學，并完成相應的自學測試，發現并記錄自身在理論學習中存在的問題和不足，在線下課堂學習中提高重視．然后，根據“晶閘管可控整流電路的設計與制作”項目任務書要求，分析電路工作原理，初步繪制電路安裝圖，并上傳平臺．教師查看學生學習情況及反饋信息，及時調整課堂教學策略．

在線下課堂教學中，教師針對學生線上學習的情況，特別是測試中答錯率較高的題目所涉及知識點，對晶閘管的結構及工作性能、整流電路在不同負載下控制角的有效相移范圍分析等重難點知識進行強化教學．學生根據教師的講授進行查漏補缺，并在教師的指導下，完成晶閘管可控整流電路安裝圖的繪制，為后期項目制作做好理論準備．線上線下融合的理論教學過程見圖2．

圖2　理論教學過程

3.2 虛擬仿真驗證，發現解決問題

MATLAB軟件因其強大的仿真分析功能，且操作簡明方便而被廣泛應用于各個領域．因此，在電力電子技術課程教學中，采用該軟件進行虛擬仿真教學．

在理解和掌握晶閘管可控整流電路的工作原理、波形分析及控制過程后，教師在課前將MATLAB軟件的學習資源包發布在智慧職教平臺上，學生按照要求進行課前線上自學和軟件基本功能的操作練習．教師查看學生操作情況，適時調整虛擬仿真操作教學進度安排．

在線下課堂教學中，教師組織學生在MATLAB軟件中的SIMULINK模塊下進行電路仿真操作[11]．學生根據電路原理圖和安裝圖，利用SIMULINK中的電力系統仿真工具箱SimPower Systems對電路進行搭建、仿真實驗、調試、故障檢測與排除等虛擬操作．教師通過機房后臺實時監控學生的操作情況，結合課堂巡查，對虛擬仿真操作中的重難點，如脈沖信號電壓、脈沖寬度、觸發角等模塊參數設置，示波器端口數設置等進行講解和示范．同時，選出虛擬操作完成得較好的學生進行演示和分享，引導學生主動發現和解決虛擬仿真操作中遇到的問題．學生反復進行虛擬操作，分析并記錄不同情況下的電路輸出波形圖，為后期實物電路調試提供理論依據．線上線下融合的虛擬仿真教學過程見圖3．

3.3 實物制作調試，拓展實踐應用

電力電子技術課程教學以“器件—電路—應用”為主線，選取最基本且具有較高實用價值的項目，強化學生實踐能力的訓練．“晶閘管可控整流電路的設計與制作”項目包含了電力電子技術中應用最廣泛的器件——晶閘管和變流技術中最基本的變換電路——整流電路，涵蓋知識點全面，難度適中，非常適合學生進行實物電路制作的操作練習．

實物制作與調試主要在線下課堂教學中進行．在完成理論學習和虛擬仿真操作后，教師組織學生進行實物電路的焊接與調試，學生先根據電路原理圖和元器件清單，測試單結晶體管、晶閘管、二極管等主要元器件功能好壞，再根據電路安裝圖，進行電路的布局和焊接，最后進行通電試驗，觀察燈泡是否發光．同時，用示波器、信號發生器對電路進行調試，記錄原始電壓數據和輸出波形．教師通過課堂巡視，了解學生的實踐操作情況并及時進行指導．課后，學生在平臺中上傳制作完成且調試成功的實物電路照片和測試數據，并梳理調試過程中出現的問題及排除方法，教師給予點評打分，進行課堂教學總結．線上線下融合的實踐教學過程見圖4．

圖3 虛擬仿真教學過程

圖4 實踐教學過程

3.4 教學實踐效果

經過幾個學期的教學實踐，相較于之前的教學模式，采用“理虛實一體化”的教學模式呈現了較好的教學效果，課程通過率達到100%．通過線上線下結合的理論知識講學，學生的自主學習能力得到了提高，學習目的更加明確，學習的專注度有了明顯地提升；通過虛擬仿真教學，原本復雜的電壓計算和波形推導通過仿真軟件直接明了地呈現出來，學生學習的興趣和自信心增強了，激發了后續課程學習的動力；通過實踐拓展，學生動手能力、分析能力、創新能力得到了鍛煉，為后期進入企業實習實踐奠定了基礎．

同時，選擇的“晶閘管可控整流電路的設計與制作”項目是自動化專業中級維修電工職業鑒定考試中“電子電路安裝與調試”部分的考試項目，通過“理虛實一體化”教學模式的強化訓練，考試通過率得到了較大的提升，增強了學生的就業競爭力．

4 結語

針對電力電子技術課程工程實踐性較強的特點，探索基于“理虛實一體化”的教學模式．教學實踐表明，理論學習—虛擬仿真—實踐操作一體化的教學模式不僅有效地提高了課堂教學效率和教學效果，還能夠進一步激發學生的學習積極性和主動性，在鍛煉實踐技能的同時提升專業素養，以符合高素質創新型技術技能人才的要求．

[1] 中華人民共和國教育部．教育部等九部門關于印發《職業教育提質培優行動計劃（2020—2023年）》的通知[EB/OL]．[2021-10-10]．http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-09/29/content_5548106.htm.

[2] 許勝．線上線下混合式教學模式探索與應用：以“電力電子技術”課程應用為例[J]．電氣電子教學學報，2021（5）： 42-46．

[3] 韓濤，肖波，詹習生，等．基于MATLAB的電力電子技術實驗教學改革[J]．湖北師范大學學報（自然科學版），2021 （4）：103-107．

[4] 李愛晶，劉書閣，趙笑笑，等．基于Matlab的高等職業院校電力電子技術課程行動式教學研究[J]．中國電力教育，2020 （7）：92-93．

[5] 曹春雷．理虛實一體化教學模式初探[J]．中國科教創新導刊，2012（14）：94-95．

[6] 張耀鋒．基于Matlab仿真技術在電力電子技術教學中的應用[J]．天津中德應用技術大學學報，2020（5）： 38-42．

[7] 陳燕．高職院校理虛實一體化教學模式實施研究[J]．西部素質教育，2018（23）：186-187．

[8] 高芳．基于信息技術的“理、虛、實一體化”教學資源建設探討[J]．中國培訓，2016（10）：155-156．

[9] 葉向群，王嬌君，單巖，等．“理虛實”一體化教學思路實踐[J]．實驗技術與管理，2017（5）：1-4．

[10] 周深淵．電力電子技術[M]．3版．北京：機械工業出版社，2017：43-46．

[11] 袁青云，劉潭，王永剛，等．Matlab/Simulink在電力電子課程實踐教學中應用[J]．電子世界，2020（1）：34-36．

Teaching reform of course of power electronic technology based on theoretical-virtual-real integration

WANG Yun

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou 311231，China）

classroom teaching reform is the driving force to promote the high quality development of higher vocational education．The classroom teaching mode based on theoretical-virtual-real integration is applied in the reform and practice of classroom teaching for the course of power electronic technology．This new teaching mode can inspire learning enthusiasm and interest，deepen the knowledge and understanding of the teaching content， improve the practical skills，and finally promote the quality and effect of the classroom teaching．

power electronic technology；theoretical-virtual-real integration；teaching reform

1007-9831（2022）03-0085-05

TM13∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.03.018

2021-11-02

浙江同濟科技職業學院2021年校級教育教學改革項目（kg202113）

王云（1987-），女，浙江杭州人，工程師，碩士，從事電氣自動化技術研究．E-mail：wy@zjtongji.edu.cn