基于“理虚实一体化”的电力电子技术课程教学改革

王云

基于“理虚实一体化”的电力电子技术课程教学改革

王云

（浙江同济科技职业学院 机电工程学院，浙江 杭州 311231）

课堂教学改革是推动高职教育高质量发展的原动力．在电力电子技术课程课堂教学改革与实践中，基于“理虚实一体化”的课堂教学模式能够使学生在“理论学习—虚拟仿真—实践操作”的教学过程中激发学习热情和兴趣，深化教学内容的认识和理解，提高实践操作技能，进而提升课堂教学质量与效果．

电力电子技术；理虚实一体化；教学改革

《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》对我国高等职业教育高质量发展提出了新的要求，强调：要推动职业学校“课堂革命”，将课程教学改革推向纵深；以实践能力培养为重点，加强实践性教学，培养更多的大国工匠、能工巧匠[1]．高等职业教育中的课堂教学是把“教师的教”与“学生的学”有机融合起来的有效载体，是传递系统知识、实现课堂教学目标、提高课堂教学质量的主要阵地．面对新时代、新阶段的新任务，课堂教学改革也需要与时俱进、不断创新，以适应专业人才培养的要求和高职教育教学发展的需要．以电力电子技术课程为载体，从课程教学现状出发，基于信息化教学平台，融合线上线下混合模式[2]，构建“理虚实一体化”课堂教学模式，将理论教学、虚拟仿真、实践操作三者有机结合，实现学习内容的可视化、学习过程的主体化、学习要求的动态化、学习效果的立体化，培养高素质创新型技术技能人才．

1 课程教学现状

电力电子技术课程是自动化类专业的一门专业核心技术课，课程横跨电力、电子、控制三大学科[3]，具有较强的理论综合性和工程实践性，在专业人才培养中发挥着重要的作用．当前，在国家大力倡导要重视高职院校学生实践能力培养的背景下，电力电子技术课程教学方法和教学组织呈现多样化趋势，涌现了许多具有实践价值的教学方法和教学理念，但也存在一定的问题，主要表现为2个方面：

1.1 “一体化”教学模式的桎梏

电力电子技术课程理论性强，涉及大量的电路图、波形图分析[4]，还要求学生独立完成相关电路的实物制作与功能调试，课程学习要求较高．以往的“一体化”课堂教学模式都是由教师先进行理论知识的讲授和实践操作的示范，然后由学生模仿完成实训任务．整个学习过程中，学生是被动地接受、机械地模仿，主体地位未得到充分体现，学习积极性不高，难以形成自主的学习方法，缺乏解决实际问题的能力，更谈不上创新实践能力的培养．

1.2 理论知识理解到实践技能操练间缺乏过渡过程

以往电力电子技术课程的教学进度安排是在完成理论课讲授后就直接安排实践操作，之间缺乏过渡过程[5]．学生往往会因为对理论知识理解不透彻、对实操准备不充分而降低了实践效果．同时，容易因操作不当而损坏实训室的实训设备、器件[6]．对于学习基础薄弱、学习能力不足的学生而言，直接从抽象性较强的理论内容进入实践操作，容易产生畏难情绪，导致后期学习乏力．因此，无法达到理论知识理解、实践技能培养与综合能力提高的教学目标和教学效果．

2 “理虚实一体化”教学改革

电力电子技术课程涉及大功率器件和强电技术应用，在实践教学中往往受到硬件设备操作存在安全隐患、器件损坏率高等因素的限制，进而导致理论学习与实践操作脱节．因此，该课程非常适合应用“理虚实一体化”教学理念．“理虚实一体化”教学改革以理论教学、虚拟仿真学习、实践操作为时间顺序主线，以理论产品、虚拟产品、真实产品为载体[7]，以线上线下融合为途径，实现“理虚实一体化”教学的衔接贯通．“理虚实一体化”教学模式见图1．

图1 “理虚实一体化”课堂教学模式

2.1 融合信息技术，以“理”优化整合教学资源

信息技术的快速发展为教学模式改革创新提供了新的思路．电力电子技术课程是衔接电工基础、电子技术等专业基础课与变频器技术与应用、电器与电机控制等专业核心课的载体，课程的理论教学内容围绕电路基本原理、模拟电子技术、数字电子技术等内容展开．因此，借助MOOC和智慧职教平台，对电力电子技术课程及其先修课程电工基础、电子技术的理论教学资源，如电子教材、PPT、微课、试题库、项目案例、辅助软件包等素材进行整合优化，打造“一站式”线上学习平台．各类教学资源以单个独立的知识点或任务项目为基本单元进行构建，以此形成完整的电学知识体系，以便于学生学习和教师自由、灵活、快速组合出各种针对性的教学套餐[8]．

2.2 融合虚拟软件，以“虚”改革创新实训模式

虚拟仿真教学是衔接理论教学和实践教学的桥梁，为学生顺利从抽象的理论知识学习过渡到实际操作搭建了平台[9]．在电力电子技术课程教学中，以真实的任务项目为依托，借助虚拟仿真软件Multisim或MATLAB，通过选用真实的元器件、仪器设备、工具等物理模型，搭建电路并进行分析，营造身临其境的教学与实践体验，便于学生更加直观地理解理论知识，为实践教学做好前期准备．同时，通过虚拟仿真教学，解决部分实践项目因实训设备紧缺、实训条件受限等带来的现实问题，创新实训模式．

2.3 融合线上线下，以“实”巩固升华课堂实践

基于智慧职教平台，打破线上线下学习的界限，将理论知识讲学、虚拟仿真操作、实践项目训练三者相结合，帮助学生更好地掌握知识和提高技能．线上的学习涵盖理论知识的自学、测试和讨论，使学生掌握基本理论原理，并对虚拟仿真软件进行线上的自主学习和练习；线下的教学则侧重实践项目的强化训练，在多媒体教室对理论知识与仿真软件操作中的重难点进行讲授、答疑和示范，使学生掌握未来实践教学的基本操作步骤；最后在实训室进行设备操作及真实产品的制作与调试．

由此，“理—虚—实”教学环节分阶段、有侧重、有关联地融入线上线下课堂教学全过程，实现教学内容的认识、理解与转化．

3 “理虚实一体化”教学实践

以电力电子技术课程中“晶闸管可控整流电路的设计与制作”[10]的教学过程为例，应用“理虚实一体化”教学模式开展课堂教学实践．

3.1 理论知识讲学，明确任务要求

教师在课前将项目任务书、项目所涉及知识点的教学课件、自学测试等资源通过智慧职教平台推送给学生．学生根据任务要求，首先进行晶闸管器件和单相整流电路２个章节内容的线上自学，并完成相应的自学测试，发现并记录自身在理论学习中存在的问题和不足，在线下课堂学习中提高重视．然后，根据“晶闸管可控整流电路的设计与制作”项目任务书要求，分析电路工作原理，初步绘制电路安装图，并上传平台．教师查看学生学习情况及反馈信息，及时调整课堂教学策略．

在线下课堂教学中，教师针对学生线上学习的情况，特别是测试中答错率较高的题目所涉及知识点，对晶闸管的结构及工作性能、整流电路在不同负载下控制角的有效相移范围分析等重难点知识进行强化教学．学生根据教师的讲授进行查漏补缺，并在教师的指导下，完成晶闸管可控整流电路安装图的绘制，为后期项目制作做好理论准备．线上线下融合的理论教学过程见图2．

图2　理论教学过程

3.2 虚拟仿真验证，发现解决问题

MATLAB软件因其强大的仿真分析功能，且操作简明方便而被广泛应用于各个领域．因此，在电力电子技术课程教学中，采用该软件进行虚拟仿真教学．

在理解和掌握晶闸管可控整流电路的工作原理、波形分析及控制过程后，教师在课前将MATLAB软件的学习资源包发布在智慧职教平台上，学生按照要求进行课前线上自学和软件基本功能的操作练习．教师查看学生操作情况，适时调整虚拟仿真操作教学进度安排．

在线下课堂教学中，教师组织学生在MATLAB软件中的SIMULINK模块下进行电路仿真操作[11]．学生根据电路原理图和安装图，利用SIMULINK中的电力系统仿真工具箱SimPower Systems对电路进行搭建、仿真实验、调试、故障检测与排除等虚拟操作．教师通过机房后台实时监控学生的操作情况，结合课堂巡查，对虚拟仿真操作中的重难点，如脉冲信号电压、脉冲宽度、触发角等模块参数设置，示波器端口数设置等进行讲解和示范．同时，选出虚拟操作完成得较好的学生进行演示和分享，引导学生主动发现和解决虚拟仿真操作中遇到的问题．学生反复进行虚拟操作，分析并记录不同情况下的电路输出波形图，为后期实物电路调试提供理论依据．线上线下融合的虚拟仿真教学过程见图3．

3.3 实物制作调试，拓展实践应用

电力电子技术课程教学以“器件—电路—应用”为主线，选取最基本且具有较高实用价值的项目，强化学生实践能力的训练．“晶闸管可控整流电路的设计与制作”项目包含了电力电子技术中应用最广泛的器件——晶闸管和变流技术中最基本的变换电路——整流电路，涵盖知识点全面，难度适中，非常适合学生进行实物电路制作的操作练习．

实物制作与调试主要在线下课堂教学中进行．在完成理论学习和虚拟仿真操作后，教师组织学生进行实物电路的焊接与调试，学生先根据电路原理图和元器件清单，测试单结晶体管、晶闸管、二极管等主要元器件功能好坏，再根据电路安装图，进行电路的布局和焊接，最后进行通电试验，观察灯泡是否发光．同时，用示波器、信号发生器对电路进行调试，记录原始电压数据和输出波形．教师通过课堂巡视，了解学生的实践操作情况并及时进行指导．课后，学生在平台中上传制作完成且调试成功的实物电路照片和测试数据，并梳理调试过程中出现的问题及排除方法，教师给予点评打分，进行课堂教学总结．线上线下融合的实践教学过程见图4．

图3 虚拟仿真教学过程

图4 实践教学过程

3.4 教学实践效果

经过几个学期的教学实践，相较于之前的教学模式，采用“理虚实一体化”的教学模式呈现了较好的教学效果，课程通过率达到100%．通过线上线下结合的理论知识讲学，学生的自主学习能力得到了提高，学习目的更加明确，学习的专注度有了明显地提升；通过虚拟仿真教学，原本复杂的电压计算和波形推导通过仿真软件直接明了地呈现出来，学生学习的兴趣和自信心增强了，激发了后续课程学习的动力；通过实践拓展，学生动手能力、分析能力、创新能力得到了锻炼，为后期进入企业实习实践奠定了基础．

同时，选择的“晶闸管可控整流电路的设计与制作”项目是自动化专业中级维修电工职业鉴定考试中“电子电路安装与调试”部分的考试项目，通过“理虚实一体化”教学模式的强化训练，考试通过率得到了较大的提升，增强了学生的就业竞争力．

4 结语

针对电力电子技术课程工程实践性较强的特点，探索基于“理虚实一体化”的教学模式．教学实践表明，理论学习—虚拟仿真—实践操作一体化的教学模式不仅有效地提高了课堂教学效率和教学效果，还能够进一步激发学生的学习积极性和主动性，在锻炼实践技能的同时提升专业素养，以符合高素质创新型技术技能人才的要求．

[1] 中华人民共和国教育部．教育部等九部门关于印发《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》的通知[EB/OL]．[2021-10-10]．http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-09/29/content_5548106.htm.

[2] 许胜．线上线下混合式教学模式探索与应用：以“电力电子技术”课程应用为例[J]．电气电子教学学报，2021（5）： 42-46．

[3] 韩涛，肖波，詹习生，等．基于MATLAB的电力电子技术实验教学改革[J]．湖北师范大学学报（自然科学版），2021 （4）：103-107．

[4] 李爱晶，刘书阁，赵笑笑，等．基于Matlab的高等职业院校电力电子技术课程行动式教学研究[J]．中国电力教育，2020 （7）：92-93．

[5] 曹春雷．理虚实一体化教学模式初探[J]．中国科教创新导刊，2012（14）：94-95．

[6] 张耀锋．基于Matlab仿真技术在电力电子技术教学中的应用[J]．天津中德应用技术大学学报，2020（5）： 38-42．

[7] 陈燕．高职院校理虚实一体化教学模式实施研究[J]．西部素质教育，2018（23）：186-187．

[8] 高芳．基于信息技术的“理、虚、实一体化”教学资源建设探讨[J]．中国培训，2016（10）：155-156．

[9] 叶向群，王娇君，单岩，等．“理虚实”一体化教学思路实践[J]．实验技术与管理，2017（5）：1-4．

[10] 周深渊．电力电子技术[M]．3版．北京：机械工业出版社，2017：43-46．

[11] 袁青云，刘潭，王永刚，等．Matlab/Simulink在电力电子课程实践教学中应用[J]．电子世界，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

浙江同济科技职业学院2021年校级教育教学改革项目（kg202113）

王云（1987-），女，浙江杭州人，工程师，硕士，从事电气自动化技术研究．E-mail：wy@zjtongji.edu.cn