应用型高校“电力电子技术”课程教学改革研究

一、概述随着科学技术的发展，以及“双碳”战略的实施，面对新能源高效利用、智能制造产业的发展需要，“电力电子技术”课程的作用日益突出，作为电气专业重要的核心课程，其特点是理论性强、实践性强、强弱电结合、系统与元件结合，在电气专业人才培养过程中作用巨大。因此，如何高水平地建设好该门课程，对于应用型本科高校电气专业人才培养目标的达成具有重要意义。通过分析，归纳总结了应用型高校“电力电子技术”教学中存在的若干问题。为契合应用型科技人才培养目标，紧扣应用型人才培养需求，兼顾专业特点，融合石油化工特色，实现产教深度融合，针对这些问题提出了多项具体改革举措：以课程思政为引领，帮助学生树立正确的价值观，提高学习积极性；以多届学生学习数据为基础构建数学模型，为分析学情提供可靠依据，便于掌握学生的学习状态，精准施教；紧跟科技发展与产业需求，更新教学内容；以仿真为媒介搭建理论教学与实践教学的桥梁，促进理实教学融合；聚焦产教融合，凝练石油化工特色内容；以学生为中心，改革教学方法；通过多元化的考核方式，加强教学过程控制。通过多措并举，提高“电力电子技术”课程的教学质量和育人水平。二、“电力电子技术”课程现状分析1.对学情分析不足，不能精准施教。以往“电力电子技术”课程教学多是照搬研究型大学的教学方式，对应用型高校学生的学情分析不够透彻，对学生接受水平、学习能力及前导课程掌握情况缺乏了解。例如，在课程开始前，对学生高考人学成绩、前导课程(如“电路”“电子技术”“电机学”等)成绩等一无所知，无法针对不同基础的学生选择合适的教学内容并制定恰当的教学方法，在教学中经常出现讲授的内容过深、过多，半数以上学生听不懂等情况，难以进行高效师生互动，教学效果不良，不能满足高水平应用型人才培养需求。2.教学过程中缺少思政元素。“电力电子技术”课程专业性较强，教学内容较多，教师以往在教学中只专注于专业知识传授，忽略了课程思政，未能将课程中的关键知识点与时事政治紧密结合。虽然在教学内容、案例讲解等方面融人了思政元素，但没有通过在专业知识教学中融人思政元素，让学生深刻领会课程学习的必要性和重要性，学生不知为何而学、遇难则退，上课时“人到而心未到”，缺乏学习主动性。3.教学方式吸引力不足，教学效果不佳。“电力电子技术”课程是一门交叉课程，对“电子技术”“电路”“信号与系统”“电机拖动基础”“自动控制原理”等支撑课程依赖性强，存在内容丰富、抽象、偏应用、难度高等特点。面对繁多复杂的知识点和有限的授课学时，原有授课方式大多为教师主导，采用板书或PPT单向传输教学方式。该方式以教师为主体，学生被动接受知识，在知识点讲解、分析、应用与实践等方面未以学生为中心开展，学生参与度不足，师生缺乏互动，难以激发学生的学习兴趣，教学效果不佳。4.课程内容未能紧跟科技发展，缺少前沿与特色内容。在“双碳”战略背景下，风、光等绿色能源应用日益广泛，作为新能源核心技术的电力电子技术，在绿色能源应用中具有重要作用[1-3]。而常规教材中相应的内容并没有及时更新和拓展相关最新科技前沿技术知识和成果，授课内容往往以课本内容为主，缺乏前沿内容。作为石油化工行业特色应用型高校，本校“电力电子技术”课程内容未能紧密结合石油化工行业实际需求，教学内容未结合石油勘探、开发、加工中电力电子变流系统实际案例，石油化工特色不够鲜明，产教融合程度有待深化。5.课程与应用型人才培养需求契合度不足。在长期的教学和专业建设过程中，我们逐步认识到，目前我国大部分应用型本科教材多由研究型大学组织编写，理论深度足够，编写水平很高，但不一定适用于向应用型本科教育转型的高等院校[4-5]在常规教学中，对不可控、半控、全控三种类型的器件进行了分别讲解，对半控型器件及相控整流电路侧重较多，而这部分内容有些已经与现代电力电子实际应用有明显脱节。6.理论教学与实践教学融合不足。“电力电子技术”是一门理论与应用紧密联系、实践性很强的课程，而目前在“电力电子技术”教学过程中理论比重大、实践占比小，一般采用课堂教学加验证性实验的教学模式，课堂教学与实验教学分开进行。三、“电力电子技术”课程改革措施在“电力电子技术”课程改革中，以培养具备电力电子技术实践能力和创新精神的高水平应用型人才为目标，应突出对学生工程应用素质的培养，注重理论与实践的结合，针对“电力电子技术”教学存在的上述问题，开展多措并举的“电力电子技术”教学改革，全方位服务人才培养。1.课程思政引领。如表1所示，在百年未有之大变局下，以美国为首的西方国家对中国发起技术封锁的背景下，结合电力电子技术主要知识模块，挖掘典型思政元素，将思政元素有机融人课程教学，让学生认识到学习“电力电子技术”课程的必要性和重要性，端正学习态度，提高学习积极性，树立正确的世界观、人生观和价值观，提高社会责任感和创新精神。表1思政元素挖掘示意图2.精准学情分析。在“电力电子技术”课程教学过程中要做到有的放矢，首先应精准分析学情，摸清应用型高校学生的高考人学成绩和学习该课程前其他课程的成绩，对学生的层次与接受能力有清晰了解。然后，针对不同基础的学生制定不同的教学方法。分析时，要充分利用往届学生的学习数据，构建数学模型，对下一级学生学习情况进行定性定量评价，实现学情精准分析，便于分类培养、精细化培养，分析学生特点和差异，为因材施教提供依据。“电力电子技术”课程的学情不应局限于该门课程的学习情况，还须了解该学年学生其他课程的学习情况，如学生人学成绩，“电路”“高等数学”等重要先导课程学习情况，针对不同层次学生及时调整教学策略和优化内容，制订精细化教学方案，布置难度有一定差异的任务，实现精细化培养。3.兼容先进性与应用性，更新教学内容。随着电力电子技术的飞速发展，工程实践中不断有新器件、新拓扑结构与新控制方法出现，教学内容必须根据自身发展及时更新，保证与时俱进。针对应用型高校学生，不要照搬研究型大学教学内容与模式，应根据学情分析与应用型人才培养特点，结合实际工程问题，合理取舍内容，降低大范围、重点突出度不足的讲解比例，有针对性地讲解目前国民经济发展各大产业中广泛应用电力电子技术的内容，以器件应用电路为重点，通过对标实际应用、压缩过时内容、选择性增加新内容，使教学内容兼具先进性与应用性。开关器件AC/DCAC/ACDC/DCDC/AC11√√?压缩晶闸管工作触发电路原理调压电路谐波功率Cuk、Zeta、SEPIC电流源型逆变器机理分析因数推导原理讲解√√√√1宽禁带半导逆变器并网技术增加体器件PWM整流器斩控式调压电路软开关变换器锁相环√√?1↓高高压、高功、度减谐污染谐波率数高除开关损耗低、逆变器并网技术1√↓√↓新能源汽车、谐波治理电机软启动、风机水电动汽车充电桩、光伏、风能并网智能电网与抑制泵类负载调速新能源发电与储能发电如图1所示，教学内容紧密围绕器件及四种变流形式，结合不同领域工程应用中电源对电压调整率、负载调整率、开关损耗、输入输出范围、电能质量等指标要求，合理取舍教学内容，在有限学时内让应用型本科层次学生学有所得，吃透电力电子基本变流电路中的某几种，不追求多而全，避免学生学得多但不精。4.课程教学中注重理实有机融合。理实融合教学模式通过仿真软件搭建理论教学与实验教学之间的桥梁，实现二者有机融合。在理论课教学中适当讲解PSIM、PLECS等仿真软件模型搭建与分析方法，根据课程教学内容，设置相关石油石化工程应用背景下的任务型仿真实验，通过课余仿真实验，连接课堂与实验室，理实融合式培养人才，使学生掌握典型电力电子电路主电路、隔离驱动电路、单片机或者DSP控制系统设计，提高分析能力。通过合理使用仿真技术，打破时空限制、实验设备条件限制，引导学生在课外时间利用个人电脑搭建课堂所学模型并进行仿真分析，通过调整参数、观察波形、分析数据等方式，促进学生理解与掌握电力电子器件、电路拓扑结构、变流电路输入输出关系、波形分析方法、故障分析方法等，巩固课堂上的理论教学内容，培养学生分析问题的能力，使理论讲解与分析直观化、形象化，使学生在虚拟环境中获取实践经验，同时为其下一步进入实验室实际操作打下坚实基础5.聚焦产教融合、融合特色案例。围绕“产业需求”进行课程改革是当前主流趋势，产业需求和技术发展趋势是高校人才培养的指挥棒。在优化电力电子技术教学内容时，应充分聚焦产教融合，在教学过程中，紧密结合石油勘探、开采、加工等过程，在各个教学模块中提炼出典型电力电子技术特色应用案例，将石油石化行业的实际应用、科研项目、科研成果反哺本科教学，实现产教融合。在整流模块中，以油田钻采过程中的电动钻机为例进行讲解，电动钻机直流驱动控制系统是典型的相控整流方式，通过结合具体应用，讲解晶闸管特点、桥式全控整流电路的拓扑结构、三相桥臂各个晶闸管的导通顺序、输人交流与输出直流电压的数量关系、不同触发延迟角时输出电压波形及晶闸管两端电压波形的分析方法，以及出现某种故障时，通过波形判断故障类型的分析方法。6.优化教学方式方法。在教学中，引人OBE教学理念，线上线下教学相结合，突出以学生为中心，注重学习的有效性，推进教与学方式方法的变革。“电力电子技术”课程采用了混合式教学，该教学方式参照BOPPPS模型设计，递进式开展教学活动，按照教学目标合理分配线上线下教学活动，提高了学生的全过程主动参与度。课前，基于线上平台的导入和目标，引导学生自学，教师借助学习通课程公告等方式向学生提前发布，开课前向学生手机端推送预习课件。利用前测激励学生课前自学，并为课堂教学提供依据。课中，设计重点、难点讲述，融入思政元素，进行案例分析，开展参与式学习，引发学生深度思考；解答学生预习及平台讨论后比较集中的疑问，并组织学生开展小组讨论，采用分组讨论式授课或翻转课堂进行。课后，基于线上平台单元测试与评价反馈，以个人独立完成或者学习小组形式开展仿真验证研究、查阅资料、讨论探究，增强学生电力电子系统应用、分析与设计能力。7.引入全过程考核方式。为了培养学生的科学素养，课程设计了应用导向型考核方式。本课程综合考查学生的学习表现和学习效果。考核形式涵盖学生学习过程的主要方面，分为5个部分：平时作业(15%)，随堂测试(10%)，仿真任务、实验0(15%)，课程报告(10%)和期末考试(50%)，按照工程教育专业认证要求，根据支撑的毕业要求设置考核点，各考核点均衡分布，实现全过程考核。实施课程教学质量考核评价机制，引导教师因课制宜地选择课堂教学方式方法，根据产出导向、能力标准，科学设计课程内容，引导学生自我管理，提升自主学习能力。结语本文通过研究分析“电力电子技术”课程教学现状，针对教学过程中存在的问题，提出了多措并举的课程改革措施。例如，融人思政元素，提高学生的积极性，