“新工科”下专业课程理实融通教学探索

林静英， 何晓琼

(西南交通大学 电气工程学院， 成都 611756)

随着全球科技不断变化，中国经济不断发展，创新型人才的需求不断增大。新时代中国高校工科教育不再是简单地培养产业人才，而是要培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才[1]。传统的教学方式陈旧，与实践脱钩，与现实脱轨，难以满足国家对于“新工科”人才的需要和社会创新驱动发展的需求。现高校开展的“新工科”教育的建设，不单涉及工科专业的改革创新，其建设成果的水平，还关乎高等教育的发展和人才培养质量的提高，更关乎国家战略目标的实现。同时，在当今大众创业、万众创新的浪潮下，针对大学生这一主力军，将培养创新精神、创业意识融入到专业教育中去，是对“新工科”教育的一个非常有意义的探索[2-3]。

1 课程教学过程中存在的问题

“电力电子技术在电力系统中的应用”作为我校电气工程及其自动化的专业课程，旨在引导学生掌握电力电子技术理论知识，运用电力电子相关知识进行实践创新。而在现阶段“新工科”人才培养模式改革背景下，以往课程教学存在的问题愈加凸显：

(1) 教学内容陈旧且繁多。电力电子技术应用于电力系统已超过三十年，在这期间，电力电子技术快速发展，如今课程中展示的电力电子技术和应用举例早已经过了多次更新迭代，学生学到的还是电力电子技术在电力系统中的早期应用，这些理论与现实情况存在脱节。此外传统电子教案多是按照知识点进行编排，内容全面但相互之间的关联性不强。同时，对于知识点的讲解过于强调完善，学生在课前如果没有充分预习，课堂教学中会遇到很大困难和理解障碍，在一定程度上影响了学生的积极性。

(2) 理论授课和实践教学相脱节。传统教学中，理论授课和实践教学往往是独立的两部分，甚至是由不同的教师负责。这导致学生在实践教学环节不得不重新复习理论知识，影响进度和效果；教师在实践教学中很难了解学生理论知识的掌握情况，更难以做到内容衔接，实际教学效果事倍功半。

(3) 时代进步和学生个体差异需求。在国家“创新驱动发展战略”的推动下，电力电子技术飞速发展，电力电子新装备不断被创新，课程教学必须紧跟当下技术的更新、发展以及行业领域的应用需要。当前学生了解新技术、学习新知识的方式越来越多，不再局限于传统课堂的电子教案，学生之间的差异性需求也愈加明显。

(4) 学生互动性差。传统教学方式中，课程安排密集，时间紧、任务重，学生参与教学过程的主要方式是课程作业，忙于应付各类考试。而成绩的评定方式中，期末考试通常占据了“半壁江山”。这种教学方式存在作业抄袭、互动性差的弊病。况且一次仅期末考试不能全面反映学生对知识的真实掌握情况等诸多问题。教师不能根据教学效果及时调整教学计划，学生在教学过程的参与度也受限。

基于上述分析，“电力电子技术在电力系统中的应用”课程的传统教学方式早已无法满足国家对于培养“新工科”人才的需要，教学方式需要与时俱进、改革与创新，否则“新工科”人才的培养将变成一纸空谈。因此，针对上述存在的问题，研究与探索该课程的改革创新是非常有意义的。

2 课程改革的实施

2.1 密切结合实际，优化教学内容

根据电气工程及其自动化类专业培养要求，分析研究各专业方向涉及电力电子领域的相关课程以及以电力电子技术课程为基础的其他课程，探索宽范围的知识内容设计。紧跟技术发展，及时对电力系统领域涉及的最新电力电子技术及其应用进行归纳总结，将应用实例增加到课程教学中，构建系统化的知识内容体系。邀请相关行业优秀校友进课堂，为学生讲解工程中的实际案例，促进学生对实践的认知。

2.2 以学生为中心，探索混合式教学

师生之间良好的课堂互动是课堂教学成功的前提。本课程秉承“以学生为中心”的教学理念，采用“一半课时教师讲授，一半课时学生结合课程内容实践”的教学方式，重视学生独立思考、自主学习以及工程实践能力的培养，在“理论付诸实践”中激发学生对课程的好奇心、进取心以及创新思维，将培养学生科学严谨、求真务实的工程思维贯穿于教学各个环节。根据学生的实践反馈，教师可以进一步发现课堂教学中可能存在的问题，理清后续教学思路，实现教学相长。

2.3 构建情景教学，引入虚拟仿真实验

本课程是“电力电子技术”课程的进阶。电路拓扑和公式繁多，学生在学习过程中往往不得要领，陷于公式的推导、参数的求解等，忽略了对电路工作原理的理解。本课程采用理论实践一体设计，以Matlab软件作为辅助工具对课程内容进行仿真训练，让学生在理论学习的基础上，从简单电路的搭建到控制/调制原理的验证，再到一定规模的电力电子系统设计，引导学生“学中做，做中学”。同时，仿真训练遵循着由验证型到设计型的递进原则。对于验证型仿真，在给定电路拓扑和相应参数的基础上，由学生验证仿真结果与理论分析的异同处，旨在帮助学生掌握基本的仿真技能和方法，加强对理论知识的理解与掌握。对于设计型仿真，则只提供输入/输出等技术要求和设计思路，由学生自行选择电路拓扑、计算元件参数和设计控制策略，以培养学生的拓展思维和创新能力。

2.4 利用网络资源，建立课程资源库

“电力电子技术在电力系统中的应用”课程学习重点在于对电力系统中的各类电力电子装备进行抽象建模、原理分析和控制设计。随着现代化网络的发展，学生的学习资源已不局限教师授课用的电子教案和教材，一些电路的视频动画、优秀从业者分享的设计视频等，不但能激发学生的学习兴趣，还能生动形象地加深学生对内容的理解深度。

本课程充分利用现代化网络优势，建立云文件库，内容包括电子教案、电子教材、课程录像以及课程相关的优秀视频动画，每一位同学在经教师审核后可以向云文件库上传分享自己所发现的优秀学习资源，在学习中找到乐趣和获得成就感；建有“电力电子技术在电力系统中的应用”学习班QQ群，鼓励同学们在QQ群中讨论问题、交流心得、展示成果。这些措施有利于学生摆脱传统的课本学习和课堂灌输的被动学习模式，实现自主式、互动式学习和进阶，激发学生的创新意识和探索精神。

2.5 采取过程性考核，丰富考核评价体系

为了达到课程的培养目标，需要提高学生的参与感，考核评价从原本的“结果性考核”转变成“过程性考核”，引导学生从“被动式学习”向“自主式学习”转变。

1) 过程性考核

将考核过程按教学进度拆分，通过每一阶段学生对课程的学习表现进行综合考核。考核内容包括课堂表现、仿真设计、帮助其他同学解决问题等，综合考核贯穿课程教学的全过程。

2) 课程答辩

学期末设置课程答辩，采取“答辩+报告”形式进行，要求学生进行仿真介绍、理论分析以及结果展示等，并根据答辩时教师和其他同学反馈的问题，撰写修改课程报告以及心得体会等。考核重点关注学生的方案设计、发现-解决问题的过程、答辩表现及报告撰写等方面。

3) 课程总成绩评定

学生课程总成绩包含了学习表现、仿真作业、仿真设计答辩和期末考试四个部分，各部分的比例及评价依据构成如表1所示。

表1 课程总成绩评定

对于表1中的期末考试一栏，制定相应的评分细则，在评价方式上进行改革创新。该课程的所有学生、助教、教师均参与打分，所给分数按2：3：5计入成绩，进一步增加了成绩评定的可靠性和公平性。

3 结语

培养具有厚实基础的“新工科”人才，是当今乃至今后教育发展的首要任务。本课题针对“电力电子技术在电力系统中的应用”课程的教学，以新实例为切入点优化教学内容、构建课程资源库，既保证了课程内容的实用性和前沿性，又激发了学生“互动式学习”的兴趣和能力；将Matlab仿真引入到教学过程中，开展了面向“新工科”人才培养要求的实践式、启发式教学；引入混合教学模式、邀请相关行业校友进课堂，构建多层次多方面的综合评价体系，形成了理论实践闭环融通教学方式，取得了很好的教学效果。这些改革为 “新工科”背景下的新一代电气工程人才培养提供了实践参考和新方向。