新工科背景下电力电子技术课程建设研究

燕洁 张照芳 商姣

摘 要：随着“互联网+”教育的发展，传统的教学方法已经无法满足信息化教学的新要求。以东南大学成贤学院“电力电子课程”为例，针对课程现状，结合新工科对人才培养的要求，从教学目标、教学内容、教学模式和教学评价四方面进行改革研究。构建了项目化在线教学内容，采用线上与线下相结合的教学模式，利用过程化评价手段进行课程评价。通过改革，能够充分调动学生学习的积极性，改善教学效果，大大提高学生利用知识解决实际问题的能力。

关键词：新工科；电力电子技术；课程建设

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.13.088

0 引言

2017年2月以来，教育部积极推进“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，明确我国工科教育需要持续培养“新工科”人才，全力探索工程教育的中国模式，以此助力高等教育强国建设。目前“新工科”的建设要求、现代信息化手段的应用、疫情的常态化给教育教学带来了新的转变，教师需要及时更新教育理念、整合教育资源、改变教育模式，激发学生自主学习的积极性，建立工程及系统概念，培养出基础理论扎实、具有实践经验的与产业紧密结合的新型应用型人才。

1 课程简介

电力电子技术是由电力学、电子学、控制理论三大学科复合交叉而成，是采用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，其应用非常广泛，如可再生能源发电、高压直流输电、柔性交流输电等。在本校的电气工程及其自动化专业中，电力电子技术是重要的专业基础课，是一门理论和实践紧密结合的课程，其中理论部分占32课时，实验部分占8课时。在以往的教学过程中这门课存在的主要问题有：

（1）传统教学选用教材老旧、知识更新不及时。纸质教材更新周期较长，经常更换会给教学带来不便。现代科技发展迅速，有些教学内容跟不上时代发展，不利于学生掌握学科最新知识，经常出现与企业要求脱钩、远远滞后新技术发展等问题。例如，目前电力电子技术教材中，半控型器件——晶闸管占全书篇幅的1/3，但在20世纪90年代以后，很多应用场合该器件已被全控型器件取代；然而，全控型器件相关的应用技术，如脉冲宽度调制技术、变频技术等介绍很少。此外，很少有电力电子技术教材会对可再生能源、高压直流输电等新兴应用进行详细介绍。

（2）工科实验室建设费用庞大，实验设备陈旧落后，设备更新无法跟上技术发展脚步，以验证性经典实验为主要教学内容，导致学生无法将新技术与课程理论内容进行关联。另一方面，实验设备故障率高、维护周期长，实验工位不足，组内成员过多导致学生产生依赖心理，动手实践能力严重缺乏。目前，电力电子技术实验教学平台大多仅能完成晶闸管触发、三相桥式全控整流电路、斩波电路等少数几个验证性实验，而在实际使用较多的PWM整流等内容并无相关实验。

（3）传统课程以教师为主体，学生被动学习。这种教学模式主要强调理论知识的分析和推导，忽略了课程的工程性和实践性，学生无法将所学理论联系实际应用，缺乏对知识应用、工程意识和实践能力的培养。同时传统教学受到地点和时间的限制，信息流动单向。课堂上，教师进行知识灌输，学生难以跟上教学节奏、掌握知识重点；在课后，学生仅能通过教材和课件进行复习，遇到问题也不能及时有效解决，导致学生理论基础不扎实，甚至丧失学习兴趣。例如，电力电子技术课程电路类型多、工作状态多、波形多，难度较大，传统课堂中大部分学生都处于云里雾里的状态，导致学习积极性不高，学习效果不佳。

（4）传统课程评价主要综合平时课堂表现、作业完成情况、期末考试成绩，评价方式单一，无法准确体现学生的综合素质；同时，不能进行全过程评估，不利于对学生开展针对性的教学干预，无法提升学生的学习效果，调动学生的学习积极性。

因此利用现代化教学手段——网络教学平台及计算机仿真软件，构建了基于新工科培养目标的电力电子技术课程体系，从而提高学生发现问题解决问题的能力，进一步将理论知识与实际应用相结合。

2 电力电子技术课程建设基本情况

根据新工科人才培养的要求细化教学目标，将课程思政目标融入教学，构建项目化教学内容，改革教学模式，改进成绩评价体系。

2.1 教学目标

课程专业教学目标：使学生了解电力电子半导体器件的使用方法，掌握常用电能变换电路的结构、工作原理、控制方法和实验技能，使学生对电力电子技术有较为系统的认识。

思政教育目标：引入与专业课程相关的实际案例，提炼专业课程中蕴含的科学哲理、人生态度，让学生感悟学科交叉的相互作用规律，培养学生树立远大理想信念，培养工程实践能力，形成终身学习习惯，为实现中华民族伟大复兴而不断奋斗。

2.2 教学内容

图1 网络课程内容截图

采用网络教学平台——超星“一平三端”智慧教育系统建设网络课程，如图1所示。构建“教师为主导、学生为主体”的教学模式，建立了网络课程的资源管理、使用和更新机制，培养学生的系统意识，提高学生理论和实践结合的能力。

教学内容以实际项目作为载体，一共引入七个项目，分属AC-DC、DC-DC、DC-AC和AC-AC四个具体的知识模块，再将每个模块拆分为若干子任务，建设相应的网络课程，网络课程结构如表1所示。网络教学内容具体包括应用案例视频、文献资料、課程微视频、教学课件、课后习题等，保证了教学资源的丰富性、时效性。其中的案例均源自工程实践，与教学目标相符，覆盖理论知识点，关注理论知识的系统性。例如项目一以学生熟悉的调光灯入手，首先提出两个问题进行项目探究，问题一调光灯亮度的改变是如何实现的？问题二控制调光灯点亮的电力电子器件是什么？学生带着问题进入学习，能够极大的提高学习的积极性。下一步通过讲解内部电路图，引入电力电子器件的介绍以及整流电路的基本内容。在讲解整流电路时从易到难，先是单相桥式不可控整流电路，然后是单相半波可控整流电路，再是单相桥式整流电路最后是三相整流电路。在教学内容安排上，从易到难，遵循认知规律，利用实际项目带领学生一步步学习整流电路的内容。在每一个任务点后面配有测试题目，要求学生在学习完视频内容后自行独立完成，达到即时检测学习成果的目的。在每一个项目的后面都安排了电路仿真环节，通过仿真能让学生直观看到输出波形，更好地理解电路工作原理。

在进行上述教学内容的同时，还穿插了大量的课程思政元素，以达到教书与育人融合的目的。例如在讲解AC-DC变换电路时，介绍我国的高压直流输电工程，为了解决我国能源资源与电力负荷分布不均衡的问题，采取了西电东送的解决方案。在如此远距离、大容量的电能传送过程中，高压直流输电的作用功不可没。目前，我国已经全面掌握了特高压直流规划设计、试验研究、设备研制、工程建设和运行管理等关键技术，并在国内国际上全面推广应用，输送容量和输送距离不断提升，先进性、可靠性、经济性和环境友好性得到了全面验证，真正实现了“中国创造”和“中国引领”。

学生在观看相关内容的过程中，除了学习专业知识，还能增加民族自信心和自豪感，在特高压领域，中国标准就是世界标准，激勵学生现在好好学习，以后为制定更多的中国标准贡献自己的一份力量。

2.3 教学模式

为提升学生学习效果，采用将网络课程和传统课堂相整合的混合教学模式。教师利用网络课程以项目案例作为驱动，启发学生思考，引导学生参与交流讨论；同时利用传统课堂进行案例分析、重难点讲解，帮助学生巩固知识点、解答疑问；学生在资源模块观看应用案例视频，阅读文献资料，学习在线课程微视频，在交流模块参与讨论，根据任务要求借助计算机仿真软件Matlab完成仿真。具体教学模式框架见表2。

2.4 教学评价

以往的课程评价主要包括平时成绩和期末成绩，其中平时成绩占30%，期末占70%，由于期末成绩占主要部分，很多同学为了取得好成绩会考前突击，不注重平时的积累，导致知识掌握不牢固，不能更好的应用。平时成绩主要考察出勤、作业和实验，由于存在“人在心不在”的情况，单纯从出勤情况，无法对学生的课上学习情况进行正确的考核。平时的作业和实验也很难保证是独立完成的，所以平时成绩里面水分还是很大的。

为培养创新性复合型人才，需要锻炼学生在日常学习中发现问题、提出问题、解决问题的能力，要求教师树立过程化考核的思想，设立合理的考核机制，力求成绩真正能够反映学生的整个学习过程。过程性的分析、评价，可以及时帮助学生进行反思和调整，充分调动学生的学习积极性，提升学生自主探究的学习能力。

在开课之初，教师向学生公布整体的课程评价体系，具体如图2所示：总评成绩由三部分组成：线上综合评价成绩、线下课堂表现成绩和期末考试成绩。

其中线上综合评价成绩占20%，具体考察点有观看微视频（10%）、课后习题（5%）和在线互动谈论（5%）。

线下课堂表现成绩占30%，具体考察点有出勤（10%）、模块测试（10%）和实验（10%）。期末考试成绩占50%，采用闭卷形式，考试时间为120分钟，满分100分。

3 总结

随着“互联网+”教育的发展以及疫情常态化的影响，借助网络教育资源进行混合教学将成为一种趋势。教师要合理利用线上资源，优化教学模式，细分教学评价标准。强化学生学习主体性地位，激发学习兴趣，才能满足学生的多样化、个性化学习需求，培养符合新工科要求的合格专业人才。

参考文献

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[2]李春菊.电力电子技术应用研究[J].工业控制计算机，2020，（33）：137140.

[3]王雪梅，胡素君，李鹏，等.基于问题驱动和过程性评价的SPOC教学实践[J].计算机教育，2017，（12）：125128.