新工科背景下电力电子技术课程建设研究

［摘 要］电力电子技术课程是南京邮电大学电气工程及其自动化等专业的核心专业课程，其存在课程内容多、与实际应用结合不够紧密、学生动手机会不多及思政教育融入不系统等问题。通过对教学大纲、教学内容的改革，专题讲座和课程设计环节的增加，以及思政教育的系统化建设，可使课程大纲与技术发展更加贴合，使学生更加了解课程的社会作用，增加学生的动手实践机会，培养学生的自主创新精神与思想政治觉悟，有助于为国家培养更多高水平和高素质的创新型人才。

［关键词］电力电子技术；课程建设；课程设计；思政教育

［中图分类号］TM921；G642.3 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）02-0027-06

电力电子技术课程是南京邮电大学电气工程及其自动化等专业的核心专业课程，涉及电力、电子以及控制等学科内容[1-3]。课程内容主要包括基本电力电子器件、基本电力变换电路和一些辅助技术[4]。本课程的教学目标主要是：使学生掌握各种电力电子器件的特性和使用方法，掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法和参数设计方法，掌握各种电力电子装置的应用技术；培养学生设计电力拖动自动控制系统、新能源发电控制系统的能力。通过多年的课程建设，课程体系已较为完善，学生普遍接受度较高，教学效果较好。但同时，随着电力电子技术的不断更新与发展，课程也需要进一步改革与建设，与时代发展同步。近两个学年对学生关于进一步课程建设的问卷调查结果显示，虽然传统教学方法能满足基本学习需求，但大部分学生对进一步的课程建设抱有期待，对更新教学大纲、引入前沿技术、增加实践环节等三个方面的需求较高。此外，培养的部分本科生和硕士生，存在责任意识不强、职业素养不高和家国情怀缺失的问题，这几个方面成为课程亟须解决的问题。

一、存在的问题

（一）课程内容繁多且部分内容陈旧

电力电子技术课程以器件、电路和控制为主线，主要给学生讲解基本电力电子器件，AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC四种基本变换电路，一些驱动、软开关及相应的控制技术等内容[5-7]。但是，当前电力电子技术课程内容繁多且部分内容陈旧，如基于晶闸管器件的低频整流电路在整个课程中占了16课时，而现实情况是其应用日渐减少，高频电路才是电力电子技术发展的趋势所在[8-10]。再如，基本直流变换器Buck和Boost是其他直流变换器、逆变器、整流器等变换器的基础，是整个变换器体系的基石，但在教学大纲中只安排了2课时，教师只能对变换器的工作原理作简单介绍，完全没有时间对变换器中的器件和性能等内容进行详细讲解和深入分析，导致学生只能感性地认识到变换器能实现升降压功能，而与深层次的认知和设计能力的培养需求相差甚远。

（二）缺乏前沿技术研讨

当前，课程主要专注于理论知识的讲解，而缺乏对前沿技术的研讨。电力电子技术这门学科虽然早在1957年就以美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志而诞生，但其作为应用驱动型学科，与诸多现代技术和工程应用结合非常紧密，并在近几十年得到飞速发展，如近年来以井喷之势发展的新能源发电[11]、通信技术[12]、电动汽车[13]，以及全球瞩目的人工智能技术等都与电力电子技术的关系非常密切[14]。此外，国防安全关乎国家命脉，而电源作为大多数武器和装备的能源系统，其可靠性和先进性是武器和装备稳定可靠工作的基本保障。总而言之，只要涉及能源、电力的地方就少不了电力电子技术的身影。然而，电力电子技术课程现阶段的授课通常仅在某一知识的讲解之前，作少量的背景介绍。学生对于电力电子课程及其技术所涉及的社会作用了解甚少，这也在一定程度上导致了学生学习动力不足、探索热情下降、对所学知识的未来应用前景及社会作用认知不够清晰等问题。

（三）实验训练环节薄弱

电力电子技术是一门工程的科学，工程离不开实践，而现有的实验训练环节以验证型实验为主，仅包含4个简单的实验，分别为MOSFET特性与驱动电路研究、三相桥式相控整流电路实验、直流斩波电路的性能研究，以及单相交直交SPWM变频电路的实验研究。这些验证型实验往往以实验箱为载体，容易导致学生实验水平停留于在集成实验设备箱上接线，既难以激发学生的求知渴望和探索热情，又不能充分培养学生的独立研究、动手实践和自主创新能力。

（四）缺乏思政元素融入

2016 年 12 月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程”[15-16]。这对于加强党对高校的领导、办好中国特色社会主义大学和世界一流大学，对于加强党的建设和意识形态工作、推动党和国家事业发展，起到了巨大推动作用，具有重大而深远的意义。而传统教学中，思政元素的建设和融入主要依赖教师个人发掘和发挥，没有系统地体现在教学设计中。因此，在电力电子技术课程教学中，如何系统地融入思政教育，使前辈们的工匠精神、爱国精神、艰苦奋斗精神等在新时代得以传承和发扬光大，也是本课程亟须解决的问题。

综上所述，电力电子技术课程以上问题的存在，要求对课程的教学大纲和相应的教学内容进行改革与建设，以更好地培育学生、服务社会。

二、建设措施

为解决电力电子技术课程存在的以上问题，具体实施时首先要提纲挈领，制定大纲；其次，要分别对前沿技术专题、课程设计环节和思政教育体系进行研究和建设，全面提升电力电子技术课程的教学质量及其在专业课程体系中的作用，为国家培养高水平专业技术人才。电力电子技术课程建设实施方案如图1所示。

（一）调整和完善教学大纲

教学大纲是规定一门课程教学内容的文件，包括课程的教学目的、任务，教学内容的范围、深度和结构，教学进度以及教学方法上的基本要求等。为了科学、合理地更新现有大纲，首先走访多家代表性企业，了解用人单位的需求，以需求为导向；其次，与南京航空航天大学等多所电力电子技术课程教学成果丰硕的高校进行交流学习，吸收先进理念；最后，经过综合研讨，结合学生特点，修订完善教学大纲。经企业调研、高校交流和综合研讨后，发现现有教学大纲中的内容繁多且部分内容陈旧。为此，对课程大纲中的内容进行了精选、削减及重构，简化和去除了一些陈旧的、应用范围局限且与专业相关度不高的内容。例如低频相控整流章节中的单相半波整流电路输出脉动大、电压利用率低、变压器二次侧电流含有直流分量，导致磁芯直流磁化等问题应用受限[17]，故删除了该部分内容，仅讲解单相桥式整流电路，整个低频相控整流章节的课时由原先的16课时缩减为12课时。同时，增加基础知识、重要知识所占比例，如在基本直流变换器教学中，降压变换器Buck和升压变换器Boost的相关内容由2学时调整为6学时；增加新型电力电子器件和技术的相关知识，如第三代电力电子半导体器件——碳化硅、氮化镓等的相关知识和新能源发电、新一代通信电源的相关技术。调整后的课时分配如表1所示。

（二）开设前沿技术专题讲座

紧密贴合当前技术发展趋势和工业应用需求，开展前沿技术专题讲座。电力电子技术在新一代信息与通信电源系统、大算力电力系统、数据中心、服务器电源、电气化交通、新能源、人工智能等领域都得到了蓬勃的发展。因此，优选部分专题，每学期邀请相关领域的专家到校或线上举行2～4次前 沿技术专题讲座。课题组优选的部分专题讲座包括：契合学校邮电通信特色，汇总新一代信息通信电源系统、大算力电力系统、数据中心、服务器电源等内容的通信电源专题；以井喷之势发展的电气化交通、新能源发电和电力电子化电力系统等前沿专题；多电飞机（如空客A380、波音B787及国产ARJ21）投入商用背景下的飞机电源系统、飞机电驱动与电作动、先进飞机电力变换技术等专题（见表2）。前沿技术讲座的开设，可使学生更好地了解所学知识与实际应用的关联，对所学知识的未来应用前景及社会作用认知更加清晰，有助于提升学生的求知渴望和探索热情。

（三）增加课程设计环节

电力电子技术课程现有的实验环节仅包含4个简单的实验，且主要是在集成实验设备箱上进行的实验，更像是培养“接线工”，而难以培养学生的独立研究、动手实践和自主创新能力。为此，应该引入更加全面系统的课程设计环节[18]。课程设计以解决“复杂工程问题”为导向，以“工程应用项目”为载体，以解决实际工程任务中的具体工程问题为驱动，引导学生运用所学理论知识解决实际问题，实现理论知识与工程实践的统一。课程设计的主题应尽量简单，可以是仅包含一个开关管的降压变换器Buck或者升压变换器Boost等，但课程设计的流程应尽可能全面，包含主电路元件的参数计算和元件设计及选型、电路的小信号模型建立、控制系统的设计及硬件实现、仿真软件的使用和仿真结果分析、原理图和印刷电路板图纸的读图、元器件的焊接、实验调试流程的设计、实验调试过程中各个实验设备的使用、具体实验过程中遇到问题的分析和解决思路，以及整个课程设计过程中的安全问题，将书本的理论知识应用于全方面、全流程的实践。对于学有余力的学生，还可以根据实验结果，综合考虑成本、体积重量、可靠性、效率等指标对方案进行进一步的优化，实现课程设计的闭环和工程化。图2为细化的课程设计流程图。由于实验建设的难度大、周期长，本期课程建设先完成了包含计算—设计—仿真—优化环节的课程设计，后续实验相关环节将在此基础上进一步建设。这样简单但流程完善的整个课程设计训练，为学生提供了独立研究与思考的途径，为学生进行创新性探索与实践搭建了良好的平台，也契合教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”理念[19]。

（四）开展思政教学

针对课程现有内容思政教育不系统的问题，研讨挖掘与电力电子课程内容相契合的思政元素并将其落实体现在系统教学设计中，在传授知识、培养能力的同时塑造学生的品格，培养学生的爱国情怀。例如，在绪论部分讲述电力电子技术发展史的过程中，要让学生透过学科发展看到改革开放后我国经济技术的蓬勃发展，但同时也要让学生看到我国与发达国家的差距，意识到自己肩上的历史责任与重担。又如，在讲述电力电子器件内容时，可以结合美国断供华为芯片的例子，引出电力电子行业在高性能器件、高端仿真软件和测量设备等方面的“卡脖子”问题，让学生意识到关键领域和关键技术自主研发的重要性，激发学生的爱国热情和科研动力。再如，效率是所有电力电子变换器永恒的追求，高效率、低损耗的电力电子器件有助于提升能源利用率，减少污染排放量，由此引导学生增强环境保护意识，深化对习近平总书记“绿水青山就是金山银山”科学论断的理解。

三、实施方案与保障措施

为了保证电力电子技术课程改革与建设的效果，特制定如下保障措施。一是成立“课程建设领导小组”，由专业骨干教师担任领导小组成员。领导小组根据课程建设需要定期召开研讨会议，周密科学部署课程建设工作，从硬件建设到软件建设，都要明确具体目标，确保课程建设工作在强有力的领导下顺利推行。二是成立专门的工作班子。每个子项目都要明确一名课程建设领导成员和一名负责人为具体的责任人，明确项目建设组成人员，并对具体建设任务作详细的分工，落实具体责任，做到任务到人、责任到人。

四、实施效果

课程改革后，学生的学习兴趣明显提升，学习目标更加明确，理论知识与实际联系能力增强，动手能力和科研热情得到激发。在课程平均成绩普遍提高的同时，报名参加各种竞赛的人数也不断增加，且学生在全国大学生电子设计竞赛、中国大学生工程实践与创新能力大赛等竞赛中获得多项一、二等奖。此外，在思政素养方面，许多学生的入党积极性和职业素养都有明显提升。表3为对学生学习感想的调研数据，从学生主观层面证明了课程教学改革的有效性。

表3 学生学习感想总结

[编号 感想 人数占比 1 学习内容更加有趣，学习目标更加明确 83% 2 加深了解知识与行业发展的联系、课程的社会作用 78% 3 动手能力得到锻炼、科研热情被激发 81% 4 有助于提高职业素养和爱国爱岗敬业精神 90% ]

五、结语

通过完善和调整教学大纲、开设前沿技术专题讲座、增加课程设计环节和开展思政教学建设四项措施，解决了电力电子技术课程存在的课程内容繁多陈旧、缺乏对前沿技术的研讨、实验训练环节薄弱及思政教育融入不系统的问题。这些措施使得教学内容更加科学、更加契合时代发展，可以更好地激发学生的学习动力和探索热情，加强学生的独立研究、动手实践和自主创新能力，培养学生的爱国爱岗敬业精神，以使他们更好地为国家和社会服务。课程改革后的调研结果显示，学生的学习兴趣明显提升，理论知识与实际联系能力增强，动手能力和科研热情被激发，爱国爱岗敬业精神得到培养。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 刘慧贤， 李争， 赵宇洋. 一种基于项目驱动法的混合式MOOC教学模式研究：以应用型高校电力电子技术课程为例[J].教育教学论坛，2019（48）：188-189.

[2］ 王德光，陈心怡.“新工科”背景下电力电子辅助教学平台设计与实践研究[J].科教导刊，2023（15）：64-67.

[3］ 陈新，龚春英，肖岚，等.“电力电子技术”课程的教学探讨[J].电气电子教学学报，2009，31（3）：21-22.

[4］ 黄信兵.“项目驱动教学法”在电力电子技术课程改革中的应用与探索[J].大学教育，2013（22）：87-88.

[5］ 孙金根，付丽君，吴东升.电力电子技术课程工程化教学模式探索和实践[J].大学教育，2017（4）：37-39.

[6］ 刘丽萱，张萍，钱步仁，等.MATLAB在电力电子技术教学中的应用[J].大学教育，2014（12）：109-110.

[7］ 武海涛，田桂珍，田立欣，等.基于OBE理念的“电力电子技术”课程教学改革探索[J].工业和信息化教育，2023（8）：6-10.

[8］ 孙荟.电子电工技术在电力系统控制优化中的应用[J].电子技术，2024，53（1）：164-166.

[9］ 孙宗辉，郭希铮，王诗楠，等.基于开关状态预测矫正的高频电力电子变换器实时仿真建模方法研究[J].中国电机工程学报，2024（21）：8618-8629.

[10］ 谷彦洁，于人杰，张岩.基于LLC谐振变换器的开关电源优化方法综述[J/OL].电源学报，1-16（2025-01-20）[2024-05-26].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.tm.20240118.1519.002.html.

[11］ 孙孝峰，刘鑫磊，滕甲训，等.基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略[J].中国电机工程学报，2024，44（5）：1948-1962.

[12］ 任小永，唐钊，阮新波，等.一种新颖的四开关Buck⁃Boost变换器[J].中国电机工程学报，2008（21）：15-19.

[13］ 张晓军，杨家强，周宇晨.计及总损耗功率的电动汽车母线电容主动快速放电方法[J].电工技术学报，2024，39（6）：1737-1748.

[14］ 陈佩军.电力电子技术课程的应用型教学改革探索[J].大学教育，2015（2）：161-162.

[15］ 许元元，谭诤.论习近平青年思想政治教育观的形成逻辑[J].赣南师范大学学报，2024，45（2）：8-13.

[16］ 韦娜，樊海玮，安毅生，等.混合教学模式下程序设计课程思政实践研究[J].软件导刊，2023，22（7）：169-173.

[17］ 林家泉，郝贵和.电力电子技术课程教学改革探索[J].中国现代教育装备，2023（9）：130-132.

[18］ 戴剑丰.新型电力系统背景下电气工程人才培养模式探索与实践[J].软件导刊，2024，23（2）：167-171.

[19］ 雷晏，付春雷，金世锋，等.面向卓越工程师教育的软件工程专业实训教改研究[J].软件导刊，2023，22（12）：19-24.

［责任编辑：雷 艳］