新工科背景下電力電子技術課程建設研究

［摘 要］電力電子技術課程是南京郵電大學電氣工程及其自動化等專業的核心專業課程，其存在課程內容多、與實際應用結合不夠緊密、學生動手機會不多及思政教育融入不系統等問題。通過對教學大綱、教學內容的改革，專題講座和課程設計環節的增加，以及思政教育的系統化建設，可使課程大綱與技術發展更加貼合，使學生更加了解課程的社會作用，增加學生的動手實踐機會，培養學生的自主創新精神與思想政治覺悟，有助于為國家培養更多高水平和高素質的創新型人才。

［關鍵詞］電力電子技術；課程建設；課程設計；思政教育

［中圖分類號］TM921；G642.3 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）02-0027-06

電力電子技術課程是南京郵電大學電氣工程及其自動化等專業的核心專業課程，涉及電力、電子以及控制等學科內容[1-3]。課程內容主要包括基本電力電子器件、基本電力變換電路和一些輔助技術[4]。本課程的教學目標主要是：使學生掌握各種電力電子器件的特性和使用方法，掌握各種電力電子電路的結構、工作原理、控制方法和參數設計方法，掌握各種電力電子裝置的應用技術；培養學生設計電力拖動自動控制系統、新能源發電控制系統的能力。通過多年的課程建設，課程體系已較為完善，學生普遍接受度較高，教學效果較好。但同時，隨著電力電子技術的不斷更新與發展，課程也需要進一步改革與建設，與時代發展同步。近兩個學年對學生關于進一步課程建設的問卷調查結果顯示，雖然傳統教學方法能滿足基本學習需求，但大部分學生對進一步的課程建設抱有期待，對更新教學大綱、引入前沿技術、增加實踐環節等三個方面的需求較高。此外，培養的部分本科生和碩士生，存在責任意識不強、職業素養不高和家國情懷缺失的問題，這幾個方面成為課程亟須解決的問題。

一、存在的問題

（一）課程內容繁多且部分內容陳舊

電力電子技術課程以器件、電路和控制為主線，主要給學生講解基本電力電子器件，AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC四種基本變換電路，一些驅動、軟開關及相應的控制技術等內容[5-7]。但是，當前電力電子技術課程內容繁多且部分內容陳舊，如基于晶閘管器件的低頻整流電路在整個課程中占了16課時，而現實情況是其應用日漸減少，高頻電路才是電力電子技術發展的趨勢所在[8-10]。再如，基本直流變換器Buck和Boost是其他直流變換器、逆變器、整流器等變換器的基礎，是整個變換器體系的基石，但在教學大綱中只安排了2課時，教師只能對變換器的工作原理作簡單介紹，完全沒有時間對變換器中的器件和性能等內容進行詳細講解和深入分析，導致學生只能感性地認識到變換器能實現升降壓功能，而與深層次的認知和設計能力的培養需求相差甚遠。

（二）缺乏前沿技術研討

當前，課程主要專注于理論知識的講解，而缺乏對前沿技術的研討。電力電子技術這門學科雖然早在1957年就以美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標志而誕生，但其作為應用驅動型學科，與諸多現代技術和工程應用結合非常緊密，并在近幾十年得到飛速發展，如近年來以井噴之勢發展的新能源發電[11]、通信技術[12]、電動汽車[13]，以及全球矚目的人工智能技術等都與電力電子技術的關系非常密切[14]。此外，國防安全關乎國家命脈，而電源作為大多數武器和裝備的能源系統，其可靠性和先進性是武器和裝備穩定可靠工作的基本保障。總而言之，只要涉及能源、電力的地方就少不了電力電子技術的身影。然而，電力電子技術課程現階段的授課通常僅在某一知識的講解之前，作少量的背景介紹。學生對于電力電子課程及其技術所涉及的社會作用了解甚少，這也在一定程度上導致了學生學習動力不足、探索熱情下降、對所學知識的未來應用前景及社會作用認知不夠清晰等問題。

（三）實驗訓練環節薄弱

電力電子技術是一門工程的科學，工程離不開實踐，而現有的實驗訓練環節以驗證型實驗為主，僅包含4個簡單的實驗，分別為MOSFET特性與驅動電路研究、三相橋式相控整流電路實驗、直流斬波電路的性能研究，以及單相交直交SPWM變頻電路的實驗研究。這些驗證型實驗往往以實驗箱為載體，容易導致學生實驗水平停留于在集成實驗設備箱上接線，既難以激發學生的求知渴望和探索熱情，又不能充分培養學生的獨立研究、動手實踐和自主創新能力。

（四）缺乏思政元素融入

2016 年 12 月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程”[15-16]。這對于加強黨對高校的領導、辦好中國特色社會主義大學和世界一流大學，對于加強黨的建設和意識形態工作、推動黨和國家事業發展，起到了巨大推動作用，具有重大而深遠的意義。而傳統教學中，思政元素的建設和融入主要依賴教師個人發掘和發揮，沒有系統地體現在教學設計中。因此，在電力電子技術課程教學中，如何系統地融入思政教育，使前輩們的工匠精神、愛國精神、艱苦奮斗精神等在新時代得以傳承和發揚光大，也是本課程亟須解決的問題。

綜上所述，電力電子技術課程以上問題的存在，要求對課程的教學大綱和相應的教學內容進行改革與建設，以更好地培育學生、服務社會。

二、建設措施

為解決電力電子技術課程存在的以上問題，具體實施時首先要提綱挈領，制定大綱；其次，要分別對前沿技術專題、課程設計環節和思政教育體系進行研究和建設，全面提升電力電子技術課程的教學質量及其在專業課程體系中的作用，為國家培養高水平專業技術人才。電力電子技術課程建設實施方案如圖1所示。

（一）調整和完善教學大綱

教學大綱是規定一門課程教學內容的文件，包括課程的教學目的、任務，教學內容的范圍、深度和結構，教學進度以及教學方法上的基本要求等。為了科學、合理地更新現有大綱，首先走訪多家代表性企業，了解用人單位的需求，以需求為導向；其次，與南京航空航天大學等多所電力電子技術課程教學成果豐碩的高校進行交流學習，吸收先進理念；最后，經過綜合研討，結合學生特點，修訂完善教學大綱。經企業調研、高校交流和綜合研討后，發現現有教學大綱中的內容繁多且部分內容陳舊。為此，對課程大綱中的內容進行了精選、削減及重構，簡化和去除了一些陳舊的、應用范圍局限且與專業相關度不高的內容。例如低頻相控整流章節中的單相半波整流電路輸出脈動大、電壓利用率低、變壓器二次側電流含有直流分量，導致磁芯直流磁化等問題應用受限[17]，故刪除了該部分內容，僅講解單相橋式整流電路，整個低頻相控整流章節的課時由原先的16課時縮減為12課時。同時，增加基礎知識、重要知識所占比例，如在基本直流變換器教學中，降壓變換器Buck和升壓變換器Boost的相關內容由2學時調整為6學時；增加新型電力電子器件和技術的相關知識，如第三代電力電子半導體器件——碳化硅、氮化鎵等的相關知識和新能源發電、新一代通信電源的相關技術。調整后的課時分配如表1所示。

（二）開設前沿技術專題講座

緊密貼合當前技術發展趨勢和工業應用需求，開展前沿技術專題講座。電力電子技術在新一代信息與通信電源系統、大算力電力系統、數據中心、服務器電源、電氣化交通、新能源、人工智能等領域都得到了蓬勃的發展。因此，優選部分專題，每學期邀請相關領域的專家到校或線上舉行2～4次前 沿技術專題講座。課題組優選的部分專題講座包括：契合學校郵電通信特色，匯總新一代信息通信電源系統、大算力電力系統、數據中心、服務器電源等內容的通信電源專題；以井噴之勢發展的電氣化交通、新能源發電和電力電子化電力系統等前沿專題；多電飛機（如空客A380、波音B787及國產ARJ21）投入商用背景下的飛機電源系統、飛機電驅動與電作動、先進飛機電力變換技術等專題（見表2）。前沿技術講座的開設，可使學生更好地了解所學知識與實際應用的關聯，對所學知識的未來應用前景及社會作用認知更加清晰，有助于提升學生的求知渴望和探索熱情。

（三）增加課程設計環節

電力電子技術課程現有的實驗環節僅包含4個簡單的實驗，且主要是在集成實驗設備箱上進行的實驗，更像是培養“接線工”，而難以培養學生的獨立研究、動手實踐和自主創新能力。為此，應該引入更加全面系統的課程設計環節[18]。課程設計以解決“復雜工程問題”為導向，以“工程應用項目”為載體，以解決實際工程任務中的具體工程問題為驅動，引導學生運用所學理論知識解決實際問題，實現理論知識與工程實踐的統一。課程設計的主題應盡量簡單，可以是僅包含一個開關管的降壓變換器Buck或者升壓變換器Boost等，但課程設計的流程應盡可能全面，包含主電路元件的參數計算和元件設計及選型、電路的小信號模型建立、控制系統的設計及硬件實現、仿真軟件的使用和仿真結果分析、原理圖和印刷電路板圖紙的讀圖、元器件的焊接、實驗調試流程的設計、實驗調試過程中各個實驗設備的使用、具體實驗過程中遇到問題的分析和解決思路，以及整個課程設計過程中的安全問題，將書本的理論知識應用于全方面、全流程的實踐。對于學有余力的學生，還可以根據實驗結果，綜合考慮成本、體積重量、可靠性、效率等指標對方案進行進一步的優化，實現課程設計的閉環和工程化。圖2為細化的課程設計流程圖。由于實驗建設的難度大、周期長，本期課程建設先完成了包含計算—設計—仿真—優化環節的課程設計，后續實驗相關環節將在此基礎上進一步建設。這樣簡單但流程完善的整個課程設計訓練，為學生提供了獨立研究與思考的途徑，為學生進行創新性探索與實踐搭建了良好的平臺，也契合教育部提出的“卓越工程師教育培養計劃”理念[19]。

（四）開展思政教學

針對課程現有內容思政教育不系統的問題，研討挖掘與電力電子課程內容相契合的思政元素并將其落實體現在系統教學設計中，在傳授知識、培養能力的同時塑造學生的品格，培養學生的愛國情懷。例如，在緒論部分講述電力電子技術發展史的過程中，要讓學生透過學科發展看到改革開放后我國經濟技術的蓬勃發展，但同時也要讓學生看到我國與發達國家的差距，意識到自己肩上的歷史責任與重擔。又如，在講述電力電子器件內容時，可以結合美國斷供華為芯片的例子，引出電力電子行業在高性能器件、高端仿真軟件和測量設備等方面的“卡脖子”問題，讓學生意識到關鍵領域和關鍵技術自主研發的重要性，激發學生的愛國熱情和科研動力。再如，效率是所有電力電子變換器永恒的追求，高效率、低損耗的電力電子器件有助于提升能源利用率，減少污染排放量，由此引導學生增強環境保護意識，深化對習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”科學論斷的理解。

三、實施方案與保障措施

為了保證電力電子技術課程改革與建設的效果，特制定如下保障措施。一是成立“課程建設領導小組”，由專業骨干教師擔任領導小組成員。領導小組根據課程建設需要定期召開研討會議，周密科學部署課程建設工作，從硬件建設到軟件建設，都要明確具體目標，確保課程建設工作在強有力的領導下順利推行。二是成立專門的工作班子。每個子項目都要明確一名課程建設領導成員和一名負責人為具體的責任人，明確項目建設組成人員，并對具體建設任務作詳細的分工，落實具體責任，做到任務到人、責任到人。

四、實施效果

課程改革后，學生的學習興趣明顯提升，學習目標更加明確，理論知識與實際聯系能力增強，動手能力和科研熱情得到激發。在課程平均成績普遍提高的同時，報名參加各種競賽的人數也不斷增加，且學生在全國大學生電子設計競賽、中國大學生工程實踐與創新能力大賽等競賽中獲得多項一、二等獎。此外，在思政素養方面，許多學生的入黨積極性和職業素養都有明顯提升。表3為對學生學習感想的調研數據，從學生主觀層面證明了課程教學改革的有效性。

表3 學生學習感想總結

[編號 感想 人數占比 1 學習內容更加有趣，學習目標更加明確 83% 2 加深了解知識與行業發展的聯系、課程的社會作用 78% 3 動手能力得到鍛煉、科研熱情被激發 81% 4 有助于提高職業素養和愛國愛崗敬業精神 90% ]

五、結語

通過完善和調整教學大綱、開設前沿技術專題講座、增加課程設計環節和開展思政教學建設四項措施，解決了電力電子技術課程存在的課程內容繁多陳舊、缺乏對前沿技術的研討、實驗訓練環節薄弱及思政教育融入不系統的問題。這些措施使得教學內容更加科學、更加契合時代發展，可以更好地激發學生的學習動力和探索熱情，加強學生的獨立研究、動手實踐和自主創新能力，培養學生的愛國愛崗敬業精神，以使他們更好地為國家和社會服務。課程改革后的調研結果顯示，學生的學習興趣明顯提升，理論知識與實際聯系能力增強，動手能力和科研熱情被激發，愛國愛崗敬業精神得到培養。

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［責任編輯：雷 艷］