新工科背景下電力電子技術課程建設研究

燕潔 張照芳 商姣

摘?要：隨著“互聯網+”教育的發展，傳統的教學方法已經無法滿足信息化教學的新要求。以東南大學成賢學院“電力電子課程”為例，針對課程現狀，結合新工科對人才培養的要求，從教學目標、教學內容、教學模式和教學評價四方面進行改革研究。構建了項目化在線教學內容，采用線上與線下相結合的教學模式，利用過程化評價手段進行課程評價。通過改革，能夠充分調動學生學習的積極性，改善教學效果，大大提高學生利用知識解決實際問題的能力。

關鍵詞：新工科；電力電子技術；課程建設

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.13.088

0?引言

2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，明確我國工科教育需要持續培養“新工科”人才，全力探索工程教育的中國模式，以此助力高等教育強國建設。目前“新工科”的建設要求、現代信息化手段的應用、疫情的常態化給教育教學帶來了新的轉變，教師需要及時更新教育理念、整合教育資源、改變教育模式，激發學生自主學習的積極性，建立工程及系統概念，培養出基礎理論扎實、具有實踐經驗的與產業緊密結合的新型應用型人才。

1?課程簡介

電力電子技術是由電力學、電子學、控制理論三大學科復合交叉而成，是采用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，其應用非常廣泛，如可再生能源發電、高壓直流輸電、柔性交流輸電等。在本校的電氣工程及其自動化專業中，電力電子技術是重要的專業基礎課，是一門理論和實踐緊密結合的課程，其中理論部分占32課時，實驗部分占8課時。在以往的教學過程中這門課存在的主要問題有：

（1）傳統教學選用教材老舊、知識更新不及時。紙質教材更新周期較長，經常更換會給教學帶來不便。現代科技發展迅速，有些教學內容跟不上時代發展，不利于學生掌握學科最新知識，經常出現與企業要求脫鉤、遠遠滯后新技術發展等問題。例如，目前電力電子技術教材中，半控型器件——晶閘管占全書篇幅的1/3，但在20世紀90年代以后，很多應用場合該器件已被全控型器件取代；然而，全控型器件相關的應用技術，如脈沖寬度調制技術、變頻技術等介紹很少。此外，很少有電力電子技術教材會對可再生能源、高壓直流輸電等新興應用進行詳細介紹。

（2）工科實驗室建設費用龐大，實驗設備陳舊落后，設備更新無法跟上技術發展腳步，以驗證性經典實驗為主要教學內容，導致學生無法將新技術與課程理論內容進行關聯。另一方面，實驗設備故障率高、維護周期長，實驗工位不足，組內成員過多導致學生產生依賴心理，動手實踐能力嚴重缺乏。目前，電力電子技術實驗教學平臺大多僅能完成晶閘管觸發、三相橋式全控整流電路、斬波電路等少數幾個驗證性實驗，而在實際使用較多的PWM整流等內容并無相關實驗。

（3）傳統課程以教師為主體，學生被動學習。這種教學模式主要強調理論知識的分析和推導，忽略了課程的工程性和實踐性，學生無法將所學理論聯系實際應用，缺乏對知識應用、工程意識和實踐能力的培養。同時傳統教學受到地點和時間的限制，信息流動單向。課堂上，教師進行知識灌輸，學生難以跟上教學節奏、掌握知識重點；在課后，學生僅能通過教材和課件進行復習，遇到問題也不能及時有效解決，導致學生理論基礎不扎實，甚至喪失學習興趣。例如，電力電子技術課程電路類型多、工作狀態多、波形多，難度較大，傳統課堂中大部分學生都處于云里霧里的狀態，導致學習積極性不高，學習效果不佳。

（4）傳統課程評價主要綜合平時課堂表現、作業完成情況、期末考試成績，評價方式單一，無法準確體現學生的綜合素質；同時，不能進行全過程評估，不利于對學生開展針對性的教學干預，無法提升學生的學習效果，調動學生的學習積極性。

因此利用現代化教學手段——網絡教學平臺及計算機仿真軟件，構建了基于新工科培養目標的電力電子技術課程體系，從而提高學生發現問題解決問題的能力，進一步將理論知識與實際應用相結合。

2?電力電子技術課程建設基本情況

根據新工科人才培養的要求細化教學目標，將課程思政目標融入教學，構建項目化教學內容，改革教學模式，改進成績評價體系。

2.1?教學目標

課程專業教學目標：使學生了解電力電子半導體器件的使用方法，掌握常用電能變換電路的結構、工作原理、控制方法和實驗技能，使學生對電力電子技術有較為系統的認識。

思政教育目標：引入與專業課程相關的實際案例，提煉專業課程中蘊含的科學哲理、人生態度，讓學生感悟學科交叉的相互作用規律，培養學生樹立遠大理想信念，培養工程實踐能力，形成終身學習習慣，為實現中華民族偉大復興而不斷奮斗。

2.2?教學內容

圖1?網絡課程內容截圖

采用網絡教學平臺——超星“一平三端”智慧教育系統建設網絡課程，如圖1所示。構建“教師為主導、學生為主體”的教學模式，建立了網絡課程的資源管理、使用和更新機制，培養學生的系統意識，提高學生理論和實踐結合的能力。

教學內容以實際項目作為載體，一共引入七個項目，分屬AC-DC、DC-DC、DC-AC和AC-AC四個具體的知識模塊，再將每個模塊拆分為若干子任務，建設相應的網絡課程，網絡課程結構如表1所示。網絡教學內容具體包括應用案例視頻、文獻資料、課程微視頻、教學課件、課后習題等，保證了教學資源的豐富性、時效性。其中的案例均源自工程實踐，與教學目標相符，覆蓋理論知識點，關注理論知識的系統性。例如項目一以學生熟悉的調光燈入手，首先提出兩個問題進行項目探究，問題一調光燈亮度的改變是如何實現的？問題二控制調光燈點亮的電力電子器件是什么？學生帶著問題進入學習，能夠極大的提高學習的積極性。下一步通過講解內部電路圖，引入電力電子器件的介紹以及整流電路的基本內容。在講解整流電路時從易到難，先是單相橋式不可控整流電路，然后是單相半波可控整流電路，再是單相橋式整流電路最后是三相整流電路。在教學內容安排上，從易到難，遵循認知規律，利用實際項目帶領學生一步步學習整流電路的內容。在每一個任務點后面配有測試題目，要求學生在學習完視頻內容后自行獨立完成，達到即時檢測學習成果的目的。在每一個項目的后面都安排了電路仿真環節，通過仿真能讓學生直觀看到輸出波形，更好地理解電路工作原理。

在進行上述教學內容的同時，還穿插了大量的課程思政元素，以達到教書與育人融合的目的。例如在講解AC-DC變換電路時，介紹我國的高壓直流輸電工程，為了解決我國能源資源與電力負荷分布不均衡的問題，采取了西電東送的解決方案。在如此遠距離、大容量的電能傳送過程中，高壓直流輸電的作用功不可沒。目前，我國已經全面掌握了特高壓直流規劃設計、試驗研究、設備研制、工程建設和運行管理等關鍵技術，并在國內國際上全面推廣應用，輸送容量和輸送距離不斷提升，先進性、可靠性、經濟性和環境友好性得到了全面驗證，真正實現了“中國創造”和“中國引領”。

學生在觀看相關內容的過程中，除了學習專業知識，還能增加民族自信心和自豪感，在特高壓領域，中國標準就是世界標準，激勵學生現在好好學習，以后為制定更多的中國標準貢獻自己的一份力量。

2.3?教學模式

為提升學生學習效果，采用將網絡課程和傳統課堂相整合的混合教學模式。教師利用網絡課程以項目案例作為驅動，啟發學生思考，引導學生參與交流討論；同時利用傳統課堂進行案例分析、重難點講解，幫助學生鞏固知識點、解答疑問；學生在資源模塊觀看應用案例視頻，閱讀文獻資料，學習在線課程微視頻，在交流模塊參與討論，根據任務要求借助計算機仿真軟件Matlab完成仿真。具體教學模式框架見表2。

2.4?教學評價

以往的課程評價主要包括平時成績和期末成績，其中平時成績占30%，期末占70%，由于期末成績占主要部分，很多同學為了取得好成績會考前突擊，不注重平時的積累，導致知識掌握不牢固，不能更好的應用。平時成績主要考察出勤、作業和實驗，由于存在“人在心不在”的情況，單純從出勤情況，無法對學生的課上學習情況進行正確的考核。平時的作業和實驗也很難保證是獨立完成的，所以平時成績里面水分還是很大的。

為培養創新性復合型人才，需要鍛煉學生在日常學習中發現問題、提出問題、解決問題的能力，要求教師樹立過程化考核的思想，設立合理的考核機制，力求成績真正能夠反映學生的整個學習過程。過程性的分析、評價，可以及時幫助學生進行反思和調整，充分調動學生的學習積極性，提升學生自主探究的學習能力。

在開課之初，教師向學生公布整體的課程評價體系，具體如圖2所示：總評成績由三部分組成：線上綜合評價成績、線下課堂表現成績和期末考試成績。

其中線上綜合評價成績占20%，具體考察點有觀看微視頻（10%）、課后習題（5%）和在線互動談論（5%）。

線下課堂表現成績占30%，具體考察點有出勤（10%）、模塊測試（10%）和實驗（10%）。期末考試成績占50%，采用閉卷形式，考試時間為120分鐘，滿分100分。

3?總結

隨著“互聯網+”教育的發展以及疫情常態化的影響，借助網絡教育資源進行混合教學將成為一種趨勢。教師要合理利用線上資源，優化教學模式，細分教學評價標準。強化學生學習主體性地位，激發學習興趣，才能滿足學生的多樣化、個性化學習需求，培養符合新工科要求的合格專業人才。

參考文獻

［1］王子赟，王艷，紀志成.面向新工科的《電力電子技術》課程思政教學改革[J].高教學刊，2020，（35）：140143.

[2]李春菊.電力電子技術應用研究[J].工業控制計算機，2020，（33）：137140.

[3]王雪梅，胡素君，李鵬，等.基于問題驅動和過程性評價的SPOC教學實踐[J].計算機教育，2017，（12）：125128.