“电力电子技术”线上线下协同教学改革与实践

邹密 赵岩 段盼

[摘 要] 以工程教育专业认证对创新型人才和复合型人才培养的要求为目标，基于工程教育专业认证的“成果导向”“以学生为中心”“持续改进”三大理念，对“电力电子技术”教学过程中复合型人才培养模式进行了改革和探索，从“电力电子技术”课程知识点的更新，讲课方式的多样性，线上探讨的组织以及科研项目、竞赛的补充等方面探讨了学生分析问题能力与解决复杂工程问题能力全面提升的具体措施。实践表明，电力电子技术线上线下协同教学的改革与实践对于当前该课程教学质量与效果的提高具有显著促进作用。

[关键词] 电力电子;工程认证;教学改革

[基金项目] 2019年度重庆市教委科学技术研究项目“基于电磁对偶的变压器宽频电磁暂态建模研究”（KJQN201900627）;2020年度重庆邮电大学教育教学改革项目“工程认证背景下的电力电子技术教学改革与实践”（XJG20205）;2020年度重庆邮电大学本科“金课”建设项目“复杂电气工程系统设计”（XJKXX20201-10）

[作者简介] 邹 密（1989—），男，重庆长寿人，博士，重庆邮电大学自动化学院讲师，主要从事电气工程及其自动化研究。

[中图分类号] TM561   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）24-0093-04   [收稿日期] 2021-03-26

一、引言

电子信息与电气工程类专业工程教育认证补充标准指出“电气工程及其自动化专业的专业基础知识领域：包括电机学、电力电子技术、电力系统基础等知识领域的核心内容”。可以看出，电力电子技术在电气工程及其自动化专业人才培养中十分重要，其理论性和实践性强，广泛应用于电力系统直流输电、新能源发电等领域[1]。

重庆邮电大学“电力电子技术”课程是电气工程及其自动化专业（重庆市一流专业）、自动化专业（国家级特色专业、国家一流专业）、智能电网信息工程专业的一门重要专业核心课程。该课程于2009年建设成为校级重点课程，当时即建立了“电力电子技术课程网站”，2018年立项为学校“翻转课堂教学模式试点课程”，2019年建设成为重庆市高校精品在线开放课程，该在线平台提供了丰富的课程教学资源，包括45个知识点教学视频、授课教师简介、课程介绍、教学大纲、电子课件、习题库、作业以及答疑讨论等，方便学生课外进行扩展性学习和互相交流，学生可在线观看视频进行课程学习，在线提交作业，教师可在线批改作业，在线进行课程测试，在线进行答疑讨论。

二、存在的主要问题

（一）教学形式单一，缺乏互动性

“电力电子技术”课程内容涉及电路原理、模电、数电、自动控制原理等理论基础，生僻概念多、原理深奥，教学内容中还包含大量的公式推导，波形特征分析等，导致教师的教学激增，学生上课疲于记笔记，只能被动接受知识点，参与互动交流的机会少[2]。在教学形式上，教师依旧是课程的主导者，以完成教学内容为目标，讲授知识点过多过细，重点不够突出，无法体现以学生为中心的工程教育专业认证的教学指导思想，课堂成了“填鸭式”的灌输知识、复制知识的过程，课堂沉闷，缺乏互动[3]。

（二）教学内容陈旧，缺乏前沿性

目前“电力电子技术”教学内容主要包含：电力电子器件、四种变流技术、PWM技术和软开关技术。教材仍以晶闸管为主线讲述上述内容，约占总体教学任务的1/3～1/2，然而晶闸管属于半控型器件，以该器件为核心的电力电子装置具有功率因数低、谐波成分大的缺点[4]，主要应用于20世纪90年代之前，随着具有开关频率高、驱动简单等优点的IGBT和MOSFET等全控型器件的产生，晶闸管的应用呈下降甚至淘汰的趋势[5]。然而，教材对于目前主流的电力电子变频技术、开关电源技术涉及很少，当前的教学内容无法反映电力电子行业最新的学术热点、新的技术成果，不具备前沿性[5]。

（三）教学实验固化，缺乏应用性

“电力电子技术”课程是一门理论与实验相结合的课程，在掌握基础理论知识后，需开展实验教学，然而当前存在实验教学课时少，实验条件差，实验教学超前于理论教学以及实验内容与实际脱节等问题[6，7]，如：当前实验内容常为晶闸管触发、交流调压等少数简易实验，且多为验证性或演示性实验，而实际中通常采用PWM整流、Cuk斩波、Sepic斩波或Zeta斩波电路、开关电源等，导致学生只能无法将理论应用于实际，学习积极性很低。

三、“电力电子技术”改革目标

基于工程教育专业认证的成果导向、以学生为中心、持续改进的基本理念，更新“电力电子技术”课程教学内容，改革教学方式和教学模式，实现线下讲授与线上讨论协同配合的教学创新，进而提高学生自主学习水平，增强其解决复杂工程问题的能力，达到学生知识、能力以及素质全面跃升的目的。如图1所示，具体研究目标如下：（1）改革线下课程知识，丰富课堂教学资源，達到具备综合创新能力的人才培养要求。（2）改革线下讲授方式，以工程实际案例为依托，贯穿式讲授电力电子变化技术。（3）开展课程知识线上探讨，建立交互式学生讲解与小组讨论的教学机制。（4）开展科研训练线上讨论，激励学生自主探索和创新，实现线上线下协同配合。

四、“电力电子技术”主要改革措施

在工程教育专业认证的背景下，基于CDIO（Conceive、Design、Implement和Operate）模式，构建线下讲授与线上讨论相结合的协同教学模式，如图2所示，形成知识、能力以及素质全方位提升的教学体系，具体措施如下。

（一）线下讲授

1.改革线下课程知识。“电力电子技术”课程的核心内容包括电力电子器件介绍、四种换流技术、两种控制技术以及当前电力电子技术应用和发展状况。传统的教科书知识、内容陈旧老化，无法适应当下电力电子技术更新迭代速度，故提出对线下课程知识进行全新规划，实现理论知识自更新教学方案。首先在课程设置上面，以学生学习为中心，以学生全面发展为目标，提出从以教科书本为主的教学方式向以时代化书本知识方式转变。时代化书本知识区别于传统教科书，需要任课老师实时了解专业科技动向和专业理论应用动向，结合传统教科书中知识点准确定位书本理论知识发展时代和应用时代以及当下替换技术，使单独的知识点不再孤立，每个知识以时代为轴呈线性展开，更利于学生接受与记忆。其次，根据课程学时安排把“电力电子技术”划分为课堂必学、课下自学、章节选学三个有效组合部分，对于课堂必学部分任课老师应充分发挥时代化书本知识模式，紧紧围绕现代科技环境进行时代化理论知识教学，从而解决的教科书本知识内容陈旧老化的问题，提高学生理解和接受电力电子技术理论知识体系的效率，使学生更全面地掌握相关理论知识。