“双师型”职教师资电力电子技术课程教学模式改革研究

曾凡琳 李吉功 李黎霞

[1]天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院 天津 300000；[2]天津市信息传感与智能控制重点实验室 天津 300000；[3]广西南宁技师学院机电工程系 广西·南宁 530000）

0 引言

随着科技的进步与发展，我国科技在世界上的影响力越来越大。大国科技与经济的崛起，中国智能制造的飞速发展对自动化专业职教师资的培养提出了新的挑战。培养优秀的自动化专业“双师型”职教师资人才，助力国家大力发展职业教育，推动职业教育发展，是培养更多建设祖国的合格技术人才的关键，支撑中国制造，推动经济发展的关键。

“电力电子技术”是一门对电能进行变换和控制的技术，是自动化专业一门专业核心课程。使得学生们掌握电力电子器件、电路拓扑结构、电能转换控制方法以及电力电子技术在电力传动、电源装备、电力系统、新能源发电中的应用基础知识等。作为主要解决电能转化问题的技术课程，为适应新时代要求，相关研究学者进行了多种课程改革探索。王翠等人提出，电力电子技术课程的教学观念以及人才培养目标定位要随着时代发展进行转变。王长全等人从课程思政融入课堂的角度提出，提升学生的学习兴趣，是改善本门课程教学质量，对接社会需求的关键。而思政元素的引入也将大力加强学生自身政治素养和道德品质的提升。“电力电子技术”课程中电路拓扑结构多、知识点呈现碎片化特点，课堂教学效果受到限制。本门课程具有实践性较强的特点，在照明、交通运输、工业制造、电力系统等领域有非常广泛的应用，因此，在教学过程中提升学生们的动手能力和实践技能也是课程改革的重要方向。

本文分析了“双师型”职教师资人才培养过程中遇到的课堂教学痛点问题：课程的学习动机难以提高；碎片化的知识难以系统掌握，应用灵活性低；学习开环难以实时反馈，电路动态工作过程难以建立形象的思维印象。以服务学生为中心，针对以上问题，提出了“情感导入—树形知识结构构建—参与式反馈”的教学模式。

1 课程“痛点”问题分析

1.1 课程的学习动机难以提高

自动化专业学习的课程以系统自动控制为主，学生对系统能源部分的理解较为欠缺。自动控制系统运转的能量来源多为电能，电能的形式和来源对于自动系统的搭建至关重要。电力电子技术即电能转化技术，如何在教学过程中，让课程内容和其他自动化专业内容建立联系，而不是独立的知识点，解决学生们学习过程中对电能的误解与迷茫，是提高学习动机急需解决的问题。

同时，“双师型”职教师资人才，步入教学岗位后，不仅会面临理论知识的讲授要求，更需要面临动手能力强的实践环节授课需求。对于自动化系统的整体都要熟悉掌握，电能作为其重要组成部分，电能转化单元电力电子技术的学习必不可少。如何从职业需求的角度入手，让学生们认识到学习内容的重要性是提高学习动力的关键。

1.2 碎片化的知识难以系统掌握，应用灵活性低

课程将介绍10余种不同的电力电子器件，40余个电能转化电路图，每个电路中可调参数均在3个以上，结合连续的可调控制参数，能够绘制的电能转化结果图数量就更多了。这些知识学生们往往以背诵的形式进行掌握，在答疑时有学生反映，该课程需要背诵记忆的东西过多，难以建立联系。没有形成有效的知识体系，会增加课程学习难度，知识点掌握难度，也会给课程结束后知识的灵活应用带来障碍。

自动化专业学生在后续课程以及参加的课外竞赛类活动中会遇到实作类项目“各类智能控制系统”开发的过程，在开发过程中如果无法与电力电子技术课程所学内容建立联系，系统设计实现时将不敢对电能形式提出新要求，使得系统功能设计时创新性受到制约，无法做到灵活用电。

1.3 学习开环难以实时反馈，电路动态工作过程难以建立形象的思维印象

电路中可调参数包括负载、电源、电力电子器件等，这些参数在调节区间内都是连续可调的，而课堂上只能选取几个特殊的固定参数进行讲解。学生难以掌握规律，且对这些电路的具体工作过程，尤其是电路的动态调节过程，难以建立形象的思维印象。学习的过程中，很难实时获取相关真实电路，并使用示波器随时观察电路动态工作过程，实验课真实实物实验中也不敢对感兴趣的参数随意更改。这就使得学生的学习过程很大一部分时间是出于开环无反馈状态，只能靠死记硬背书本上的固定图形，尝试理解电路的动态工作过程，电路分析过程常常处于开环状态，大大阻碍了学生们对电能转化控制的深入理解，无法满足学生复杂化、互动化的学习需求。

2 “情感导入—树形知识结构构建—参与式反馈”教学模式

2.1 以培养“一体化”职教师资为目标，创新课程各章节导入模式

为了解决学生们课程学习动机不足的问题，对课程内容的导入形式进行创新。

首先是课程内容导入的讲解时间点改进。除了在开学初的“绪论”中进行课程意义的讲解外，每章内容都进行课程意义为核心的导入讲解，解决学生“为什么学习这门课”的疑问，提高学习动力。充分利用随着课程内容的进行学生们逐步提高的课程意义理解能力，逐级深入讲解电能转化的研究意义，让学习动力提高贯穿整个课程的学习过程，使得同学们掌握课程知识的同时，越来越愿意学习课程知识，越来越清楚该课程对后续课程学习以及职业发展的重要意义。

其次是课程内容导入方式的创新。中国智能制造的飞速发展，大国的崛起，伴随着越来越高的能源需求；各级各类的自动化装置设备对电能的应用提出了越来越高的要求；日益严重的能源与环境问题，促使电力电子技术课程改革创新。针对新形势下的自动化职教师资需求，使得学生们将来步入工作岗位，培养能够工作在一线的祖国建设者，针对教学大纲中规定的8个章节内容，分别设计课程导入形式如表1所示。以行业发展现状及动态为切入点，导入用电需求。我国为能源大国、制造大国，讲好课程知识中的中国贡献，引入课程思政建设，培养爱国主义情怀，让学生们怀着建设祖国的伟大理想，开启电能转化知识的学习之路。

表1：以章节为单位的课程内容导入方案

2.2 以培养应用型高级专门人才为目标，创新知识体系构建方法

为了解决碎片化的知识难以系统掌握，学生们不知如何应用所学知识的问题，对课程知识体系的构建方法进行创新。

以行业应用为导向，以易记忆理解的“树形结构”构建课程知识体系，如图1所示。让学生建立完善而稳固的电力电子相关知识结构，促进应用创新，培养学生成为建设祖国的中坚力量。树形结构的根结点为“电能变换与控制需求”，课程要求的知识点从该根节点衍生。从该根结点出发，衍生出四个一代子结点，分别为“直流电转交流电”、“交流电转直流电”、“直流电转直流电”、“交流电转交流电”四大类电能转化结构。从一代子结点继续衍生，发展连接课程知识点，形成四大类电能转化结构实现所需的电力电子器件，为二代子节点。从二代子结点继续衍生，生成具体电力电子技术电路作为三代子结点。根结点和各代子结点都有连接其他结点的路径，形成从需求出发连接电路结构、电子器件、具体电路等的知识逻辑路径。碎片化的知识点，被整体的树形结构相连，形成了可以自由衍生分代理解的结构，易于学生理解掌握。

图1：树形结构构建电力电子技术课程知识体系图

2.3 结合“动手动脑，全面发展”的理念，创新电能应用知识反馈

为了解决学生学习过程中反馈不及时不准确的问题，帮助学生对电路动态工作过程建立形象的思维印象。在传统课程中加入新科技元素，推广使用自主研发的“电能转化功能电路辅助设计分析仿真平台”。该仿真平台涵盖了教学大纲要求的8个章节中10个教学难点和30个教学重点，连接电力电子实验装置对应的实物实验环节，学生可以实时进行电能转化电路仿真实验。

软件平台嵌入了同步教学内容的示例电路以及默认相关参数，以按钮、复选框等形式作为主要操作入口，上手快，入门门槛低，学生们学习初期就可以顺利使用。此外，开放自主设计平台功能，随着学生对课堂知识的掌握，可以自由更改电路拓扑结构、相关参数，适应各个阶段各个水平的学生进行使用。同时采用实时多维仿真曲线展示的形式，对学生们的尝试进行实时反馈，并清晰描述电路动态工作过程。

借助仿真平台和实物实验教学环节，重点培养学生的动手能力，促进学生学以致用，让课堂上学到的理论知识“活起来”，大幅提升了学生学习过程中的可控型、可观性、灵活性。

3 总结

“情感导入—树形知识结构构建—参与式反馈”的教学模式，可以对学生学习过程中遇到的真实问题进行有针对性的改善，提升学生学习知识的获得感。

树形知识结构体系的框架，适用于结构错综复杂、知识点多的工科类课程。根结点为相关课程技术需求，从需求出发，以问题为导向，一个问题的解决分出一个树枝，配合融入了情感导入的问题引入，学生会印象深刻。进一步，在这个树枝上再衍生子问题，而课程内容的知识点则分布在这些次级树枝上。这种分支结构会让学生们学到的知识不零散，记忆形式也是以树形的分支架构进行构建，减缓了课后的碎片化知识遗忘，更不会造成整个课程结构不清楚的情况。

仿真平台的使用带来的参与式反馈，可以在电类专业学生范围内进行推广，适用人群广。自主研发的软件仿真平台经过测试，初步服务于电类专业大二学生的课程学习，用以支持理论课程的实验仿真，并作为每个典型功能电路的验证环节辅助教学工作的开展。经使用者反馈，可以使用该平台对课程中的讲解的典型电能转化电路进行仿真，且具有操作简单方便，图形化分析结果清晰等特点。对于提升课程教学内容的可控性、可观性、灵活性有很大的帮助，并有助于解决复杂知识讲授过程中的师生交互性的提升。