电力电子技术多元化创新型教学模式探索

王 凯,周圣哲,李玉浩,齐元豪,夏国廷

(青岛大学 电气工程学院，山东 青岛 266071)

0 引 言

“电力电子技术课程是电气工程及其自动化专业、自动化专业的专业基础课，在交通运输、电力、通信、计算机和新能源等行业有着广泛的应用[1-3]。学科特点决定了电气工程人才的培养需要兼顾系统的理论知识掌握和综合的工程实践锻炼[4]，特别是我校在电气工程及其自动化专业大力开展“卓越工程师教育培养计划”的形势下，对电气工程人才的专业基础、创新能力和实践能力提出了更高的要求[5]。

本教学团队近两年对青岛各大高校调研，发现部分学生专业基础知识掌握不牢、基本理论不能灵活应用，部分学生对课程的应用方向、课程之间横向和纵向的联系理解有偏差。因而本团队立足于基础系统教学和培养实践能力[6]，结合卓越工程师教育培养计划，提出“教与学、理论与实践、学校与企业紧密结合”的多元化创新教学模式，创新性地进行了课内外教学探索，把课程的“学”与“用”有机地结合起来，培养在科学素养、人文精神、专业能力等方面具备优良素质的电气工程人才。

1 多元化创新型教学模式建设与内容

近年来，在卓越工程师教育培养计划的支持下，我校电气工程及其自动化专业大力推进“教与学、理论与实践、学校与企业紧密结合”的多元化创新教学模式。传统的教学体系以教师为中心[7]、课程为层次传授知识[8]；而多元化创新教育则是以学生为中心、实验和大赛为驱动、能力为目标，构建框架式知识体系。通过对国内外电气工程行业协会和知名院校调查，决定以课堂教学和实验室教学为切入点，进一步强化专业理论与实践融合，辅助课程设计和课外实践改革，立体地展现专业知识系统框架，使学生主动、有目的地结合实际工程项目进行学习[9]。同时加强校企合作，定期邀请企业工程师参与课堂教学，将企业最新工程实例编入教材。学生能够接受早期工程教育与4年不断线的工程训练，提高融会贯通理论知识和实践应用能力。多元化教学模式示意图如图1所示。

图1 多元化教学模式示意图

2 面向多元化培养的课内创新改革

不同于许多传统学科，电气工程及其自动化的知识体系是在经典工程实践基础上不断总结提炼而来[10]。按照卓越工程师人才培养标准，设立以工程实践能力、创新意识培养为核心的教学目标。强调学生具备主动学习、协作学习、系统思维、过程控制、表达展示等综合素质。因此，采用多元化培养的思想对课内教学进行全新改革。在课堂教学方面，突出电气工程及其自动化专业的特色，结合电力电子在电力系统中的应用，在现有课程内容中补充柔性交流输电、高压直流输电、智能电网、微电网等相关知识，使电力电子技术教学更符合电力系统及其自动化方向的教学要求。同时注重各课程间交叉学习[11]，丰富课堂教学中理论知识，拓展课堂教学的深度和广度。鉴于电力电子技术发展的快速性，将当下先进的技术和电路拓扑引入课堂教学，及时传授前沿知识，并采取讨论、讲座、专题报告等各种形式[12]，提高学生的综合能力。新型课程设计能力培养示意图如图2所示。

图2 新型课程设计能力培养示意图

在实验教学方面，针对部分学生预习效果不佳[13]，部分学生在实验课程中完全按照教材，缺乏主动性思考[14]，缺乏实用性的认识等问题[15-16]，提出如图3所示的新型实验教学机制。

图3 新型实验教学机制

在调整实验教学内容方面，使实践训练内容涵盖地方特色产业项目，并鼓励学生根据自身专业自创实验内容，从而改变实验教案缺乏专业针对性的问题。除了保留经典实验内容外，加大设计型、研究型和实践型实验的比重，并根据不同专业的特点和应用需求，设计具有较强专业背景的实验教学方案，以此加强学生对课程重要性和实用性的认识；在预习方面，可以在学生网站或者课题交流群里定期发布预习视频，视频内容为近距离视角的实验老师操作步骤，此视频大多针对验证性实验，可以帮助动手能力差或基础不扎实的同学做好预习工作；在实验考核机制方面，适当降低实验数据和实验报告评分比重，将学生参加全国性或者校级实验创新比赛情况也纳入考核，并提高实验现场考核分数占比，不以实验结果正确与否作为唯一的评分标准。在实践过程中实现理论课程教学内容的理解和掌握，增强工程实践能力和创新意识，使学生实验水平和能力得到全面客观地考查。

3 基于多元化协作式的培养建设

多元化和协作式是指引入新的培养元素，如比赛培养、企业培养和学生自主课后培养等，全方位多角度地培养符合卓越工程师计划和拥有较高就业竞争力的电气工程人才。由于电子设计竞赛要求参赛学生在较短时间内高质量地完成设计任务，熟练掌握电力电子技术的基本知识、基本电路、基本分析和设计方法，能够熟练使用仪器、迅速判断故障和调试电路，全面了解指标、误差、系统等工程概念。因此鼓励学生积极参与全国大学生电子设计竞赛、机器人大赛等赛事，引导学生进行创新能力、协作精神、动手能力和工程素质的培养。图4为能力训练递进示意图。

图4 能力训练递进示意图

同时，由于课堂时间有限、偏重理论教学，而技术企业更欢迎拥有一定经验的工程技术人员。因此，提出“教与学、理论与实践、学校与企业紧密结合”的多元化创新教育模式，其中，“学校与企业紧密结合”是指部分学生可自愿选择在校学习3年，在企业学习1年，接洽的合作企业多为电气专业对口企业，学院会拨出一定的经费支持学生到企业实习，使学生不仅能将理论与实际联系起来，又能提前掌握实用性强的专业技能。而合作企业则给学生提供各岗位经验丰富的技术人员，实地教学，通过观察学生1年时间的实习，在最后的面试考核中选取有意向就业的学生。学校与企业紧密结合既可以省去以往应届毕业生培训的时间和经费，又可以帮助学生早日步入社会，改善就业问题，实现双赢。图5所示为新时代复合型人才培养示意图。

图5 复合型人才培养示意图

4 方案实践成果

通过将当下先进的技术引入课堂教学，及时传授前沿知识，使学生对学科的认识更加清晰，学习电力电子技术的热情显著提高。从学生的意见反馈可以看出：学生对综合型、创新型实验兴趣浓厚，参加课后实验的热情非常高。自推广以来，学生工程实践能力和创新能力有了显著提升，受益学生1 000余人。依托开发的系列实训软件和仿真装备，本院全部大三年级学生参加仿真实训，并在实习基地接受实习训练。近4年，我院学生在数学建模、电子设计、“挑战杯”等竞赛中表现突出，参加省级以上学科竞赛并获奖的人数逐年提高，2017年获奖26项，同比增长近25%；学生发表论文以及申请专利较往年有很大进步。学生初次就业率和就业层次实现持续增长，2014～2016年分别为：86.67%，90.78%，95.12%。用人单位评价毕业生“专业技术能力优秀、实践创新能力强”，对毕业生满意率高。

5 结 语

电力电子技术是一门内容丰富，服务专业面广的专业基础课程。随着高校人才素质教育和培养改革的深入推进，同时也为了达到“卓越工程师教育培养计划”对电气人才培养的较高要求，改进和创新电力电子技术课程的教学势在必行。本文提出的多元化新型教学模式是为改进课堂、实验教学方法以及课外实践培养所做的有益探索。通过创新性地课内外教学探索，并为学生从实践过程中通过项目学习来获取工程能力创造条件，把课程的“学”与“用”有机地结合起来，培养学生的创新意识和创新能力。同时，通过与社会企业的联合培养，可进一步提高学生就业竞争力。