融合工程教育认证理念的电力电子技术理实一体化教学模式的研究

杭阿芳，李国利

（金陵科技学院机电工程学院，江苏南京，211169)

0 前言

教育部目前正在大力推进工程教育认证工作，该项工作的推进是高等教育进行育人大业的一项重要举措，具有里程碑的意义。工程教育认证的三大理念为学生中心理念、产出导向理念、持续改进理念[1]。学生中心理念的核心意义在于教育服务于学生；产出导向理念的思想在于教育培养学生的能力和素质；持续改进理念在于建立各种沟通途径和毕业生反馈机制，从而对教学进行高质量的改进。学校如果能把工程教育认证的各项指标做有效的落实，把工程理念融入到教学实践中，形成良性的教学改革和评价体系，毕业生的质量将不断提高。

电力电子技术是一门新型工程技术交叉学科，有广泛的应用面。涉及到铁路电力机车或动车牵引变流器、铁路辅助逆变电源、新能源汽车、航空电源、船舶推动器、风电、太阳能发电、石油、煤炭等开采行业电控设备、电力电动汽车等各种领域。它是电气工程及其自动化专业一门重要的专业必修课程。金陵科技学院自从升本以来，一直致力于培养应用型人才，积极响应教育部推进的工程教育认证工作，立德树人、协作融合、传承创新，培养多元化毕业生。

笔者从事电力电子技术教学十几年，一直在寻找合理、高质量的教学模式，近几年通过研究与实践[2-4]，将该课程改革为混合式理实一体化教学，充分融合学习通APP、网络视频教学、仿真技术、实物制作等元素，将复杂的电路分析、工程计算等尽量用生动形象、浅显的方式教授学生。多元素的融合不仅让学生对枯燥理论知识有了充分的理解，也达到了多动手的目的。复杂技术问题的有效融入，保证教学目标和毕业要求指标的灵活实现。

1 基于工程教育认证的教学目标修订

根据我校学生的特点，结合工程教育认证的毕业要求，在表达简洁明了及完整的基础上，笔者将原有的教学目标进行了必要的拆分和重整，制定了符合电力电子技术的教学目标：

目标1：掌握几种常用电力半导体开关器件的工作原理、特点、特性、电气参数及应用。掌握几种基本电力电子变换电路的工作原理、波形分析、设计计算、控制方法。能够培养对具体问题进行建模求解的能力。

目标2：掌握几种控制技术及典型电力电子应用电路。具备对典型电路进行分析的能力。了解电力电子行业在新能源汽车、开关电源、不间断电源等领域的发展，明白电源的安全重要性，具备严谨细致的工作作风和生命至上的理念。

目标3：掌握该领域最基本的实验技能及测试方法，有一定的软件仿真熟练操作度以及实物操作度，能够具备对结果进行有效分析，并得出有效结论的能力。同时在实践过程中能以小组为单位完成实践任务。在教学过程中培养学生的分析问题、解决问题的研究性思维能力，并着重锻炼学生的工程实践能力。

2 教学目标与毕业要求指标点的对应

电力电子技术能支撑的毕业要求指标点见表1。

表1 电力电子技术与毕业要求指标点关系

3 基于工程教育认证的理实一体化教学模式研究

工程教育认证对毕业生的毕业要求和人才培养目标提出了基本要求[5]。传统的重理论重推导轻实操的教学理念限制了学生的综合学习能力。为了让学生成为学习的主体，通过探索和尝试，设计一种基于电气工程及其自动化应用背景，符合工程教育认证体系的教学方法和考核体系，采用理实一体化教学模式和重平时重实操的考核模式，发掘学生潜能，培养创新力、实操力、具有团队意识和职业操守的人才。

3.1 教学方法及内容改革

笔者所在学校电力电子课程56学时，采用4节连上的方式，总共14次课，每次课一个小主题。每个小主题均为理论教学+实操教学。理实一体化的课程希望通过在课堂上采用边理论边实践，结合授课互动、学生讨论、动手操作等多种形式，在授课中尽量体现学生的主体地位，培养学生的自主学习意识。值得一提的是，对于实操教学，实操讲解部分采用视频教学，方便学生边做实操边观看视频，防止误操作。

为了避免满堂灌式的单一枯燥理论讲授，理论授课部分保留一部分的传统授课，另外一部分采用多元化的学习方式，该方式不仅以学生为中心，并融入工程教育理念：（1）讨论课。一个主题的内容，教师切分成几个问题，引导学生以小组为单位进行讨论，并引导学生发言表达，化被动学习为主动学习。由于知识点做了切分，教师在组织整个教学中需要做穿针引线的工作，将主题系统化。（2）视频课。教师提前在学习通APP中上传下次课所学主题的知识点视频，在课堂上的规定时间段内，学生自主学习视频，教师可通过检查学生笔记的方式，或者通过运用学习通APP定时发送测试题的方式，检验学生的自学成果，并在适当的时候做归纳总结。（3）工程案例课。将实际案例引入到课程中，教师介绍案例的前提背景，所需的主题知识点，解决途径，具体参数计算等。目前已引入的案例有小型氮肥厂合成塔电炉用调压器的改造，小型开关电源，车载逆变器等。

实操教学部分同样保留一部分的传统实验台验证性实验操作，另外还围绕每次课的主题安排了焊接操作、Simulink仿真操作，大大增加学生的动手动脑机会。学生通过Simulink仿真，帮助学生加深对理论知识的理解和巩固，该环节是理论知识消化补充的重要环节；通过焊接一些小实物如小型开关电源式充电器、小型逆变器等，培养学生主动思考、排错纠错的能力，加深理解，提高学习动力。在电力电子技术实习部分，安排学生学习开关电源的生产流水线，了解现场操作和工艺流程，培养学生的规范意识，是校内教学的延续和总结，也是培养技能型人才的必备途径，为学生今后的学习和就业打下基础。

3.2 教学平台改革

笔者利用学校的网络课程教学平台，进行了网络课堂的搭建和维护，进行视频、备课笔记、指导书等材料的上传，并制作了大量试题库，方便随堂使用。通过该平台及学习通APP，让学生进行课前的预习、课中的点名与测试、课后的复习等。网络教学平台作为教学的辅助，已成为笔者组织教学不可或缺的教学工具。网络平台及学习通APP的教学组织过程见图1[6]。

图1 网络平台及学习通APP的教学组织过程示意图

3.3 作业改革

课后作业是加强知识巩固、检验学生学习效果的有效途径。笔者在布置作业时保留了一些传统作业模式，学生需要学会参数计算，进行波形分析。另外为了锻炼学生的口头表达能力，还布置了视频讲解作业，比如在学习驱动电路部分，要求学生自学驱动部分原理，然后自己讲解电路原理并录视频上交。这种作业可以让学生在大脑中留下深刻的学习映射。当然，针对工程教育认证中复杂工程问题的建模与求解这一指标点，笔者布置了学生以小组为单位的综合作业，根据所学的知识，查找期刊资料，进行适当的阅读、分析、整理、总结，形成综合作业报告。教师根据学生的报告成文情况、答辩情况、参与度等进行合理打分。学生所选综合作业课题方向大致有正弦逆变器、不间断电源设计思路综述、电动汽车智能充电技术、全桥LLC串联谐振开关电源分析等。

3.4 工程案例示例

课堂上工程案例的引入可以是教学周期比较长、知识点比较多的案例，比如开关电源涉及到EMI电路、整流电路、隔离式DC-DC变换器、PWM控制原理、闭环控制原理等，教师需要在教学的后期才能对学生进行剖析和介绍。教师也可以针对某个点进行工程案例的部分引入，比如学生在学习完单相可控整流电路时，接下来需要学习三相可控整流，这时可以引入小型氮肥厂合成塔电炉用调压器的改造。示例如下：

某小型氮肥厂合成塔电炉使用的调压器。现采用单相220V可控硅调压器。该调压器结构简单,调试容易。但最多只能对15米电炉丝供电。随着该厂生产力的提高，需要增加电炉功率，既对15～18米长度之间的电炉丝供电，他们是怎样改造调压器的呢？

案例解决思路如下：

对于单相220V可控硅调压器，考虑输出电压最大时的情况：

由此可知，198V输出电压，可对15 米电炉丝供电。当使用三相半波可控硅调压器时，可求得输出电压最大时的情况：

所以，三相半波可控硅调压器可对最长19.5米的电阻丝供电，因此对15～18 米长度之间的电炉丝供电应该是没有问题的。进一步的可以考虑控制范围。

再对18米电阻丝的供电电压进行粗估：198× 18÷ 15=237.6V 。

运 用 波 形 连 续 公 式237.6 =1.17 × 220 × cosα2，求 得α2=22oV。

4 基于工程教育认证的考核评价体系构建

学生的考核评价体系中总成绩由过程性考核（30%）、实践项目考核（30%）、结果性考核（40%）组成，以百分制登记。过程性考核成绩由作业、随堂测试、自主学习、综合作业构成；实践项目考核成绩由实践操作考核、实践报告考核构成；结果性考核采用理论+实践开卷考试。考核相关的理论基础知识和实践知识。考核注重学生理论知识的掌握，波形分析方法的掌握，参数选择的掌握，以及学生分析问题能力、解决问题能力、动手能力的掌握。试卷增加工程应用类题型，对在学习和应用上有创新、能自主发现问题、解决问题的学生给予较好评价。基于工程教育认证的考核评价体系，需要各项毕业要求指标点对考核方式做对应及分配权重，并最终算出每个课程目标的达成度，笔者对18级电气工程及其自动化班级进行分析计算，具体如表2、表3所示。

表2 毕业要求指标点与对应考核方式关系

表3 电力电子技术课程达成度

5 基于工程教育认证的持续改进

笔者就目前电力电子技术课程的改革后效果来看，达到了一定的督促学生自主学习的效果，学生主观能动性和规则意识有较大改善、动手能力有较大的提高。就课改内容来看，后期还需要更多的融入科研新方向、行业新热点，带领学生打开视野、拓宽思维。课程教学方式、教学内容若能和企业加大力度、高度融合，让学生深度学习电力电子技术在现今行业的工程实际应用，提高理论和实践知识，将会为毕业生就业提供更多的可能。

6 结束语

用工程教育认证的理念组织教学，在重视基本理论、基本技能的培养时，也要重视工程理念的培养。学生是学习的主体，教学需要帮助学生树立正确的学生观；摆脱“学困”烦恼，培养学生学习能力和自主学习意识。本文从教学目标的优化，到教学方法、教学内容、教学平台的改革以及考核评价体系的构建等方面对电力电子技术课程进行改进，提高教学质量，以期提高用人单位对毕业生的满意度，完成高质量育人的目标。