卓越計(jì)劃人才培養(yǎng)背景下的《電力電子技術(shù)》課程改革實(shí)踐

孔玲玲　徐天奇　鄧亞琪

摘 要：國(guó)家教育部從2010年開始實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化本科學(xué)生運(yùn)用“卓越人才計(jì)劃”的培養(yǎng)模式，創(chuàng)新《電力電子技術(shù)》課程改革，提出以整體培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的課程建設(shè)思路，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與手段、教學(xué)評(píng)價(jià)等進(jìn)行改革實(shí)踐，從而更好地提升本科生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；力電子技術(shù)；課程建設(shè)；課程目標(biāo)

一、卓越工程人才培養(yǎng)的模式的實(shí)踐

當(dāng)前，我國(guó)正在由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)，創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展變革的高質(zhì)量工程技術(shù)人才較為稀缺[ 1 ]。根據(jù)國(guó)家新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略[ 3 ]，國(guó)家教育部從2010年開始實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）[ 2 ]。“卓越計(jì)劃”具有三個(gè)特點(diǎn)：行業(yè)和企業(yè)參與培養(yǎng)程度較深、采用通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來塑造工程類人才以及重點(diǎn)培養(yǎng)工程能力和創(chuàng)新能力。簡(jiǎn)言之，“卓越計(jì)劃”的重點(diǎn)是研究和探索新的培養(yǎng)體系，來塑造人才的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力。因此，該計(jì)劃的課程體系顯得尤為重要，它是培養(yǎng)體系的有機(jī)組成部分。而教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式同樣影響著卓越計(jì)劃實(shí)施的效果。將卓越工程師教育培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)融入到專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐之中，是一種新的教學(xué)改革的有益嘗試。云南民族大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)于2014年獲批為云南省卓越工程人才培養(yǎng)基地，本次從該專業(yè)2015級(jí)學(xué)生中遴選出60 名學(xué)生成立卓越班，借鑒卓越工程人才培養(yǎng)的模式及方法，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)的同時(shí)對(duì)“電力電子技術(shù)”在內(nèi)的多門專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐，目的就在于使卓越班學(xué)生與當(dāng)前形勢(shì)下的人才需求更相匹配。

二、以目標(biāo)為導(dǎo)向的課程體系建設(shè)

課程體系建設(shè)在一定程度上決定人才培養(yǎng)的質(zhì)量。傳統(tǒng)課程建設(shè)是根據(jù)學(xué)科的要求來制定教學(xué)計(jì)劃，教學(xué)實(shí)施過程是按教學(xué)計(jì)劃完成教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)評(píng)估是評(píng)價(jià)這門課的教師表現(xiàn)，其核心是通過考核評(píng)價(jià)來決定教學(xué)效果。

而以目標(biāo)為導(dǎo)向的課程建設(shè)是以學(xué)生是否達(dá)到能力提升為目標(biāo)，教學(xué)計(jì)劃要與畢業(yè)、就業(yè)要求相適應(yīng)，教學(xué)評(píng)估是逐項(xiàng)評(píng)估畢業(yè)要求是否達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，其核心是由目標(biāo)決定內(nèi)容及過程，見圖1。

三、以目標(biāo)為導(dǎo)向的電力電子技術(shù)課程建設(shè)方案

電力電子技術(shù)課程屬于電氣工程及自動(dòng)化方向的專業(yè)必修課，也是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)課程。培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)緊扣電氣自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的就業(yè)導(dǎo)向，結(jié)合行業(yè)專家對(duì)電氣自動(dòng)化專業(yè)所提出的能力需求，涵蓋了該專業(yè)可能的崗位群，基于對(duì)任務(wù)和職業(yè)能力進(jìn)行分析[ 4 ]，并遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，針對(duì)卓越班的學(xué)生著重培養(yǎng)具備從事電氣自動(dòng)化運(yùn)行中變流設(shè)備及其控制設(shè)備的應(yīng)用技能。培養(yǎng)指標(biāo)點(diǎn)可細(xì)分為知識(shí)、能力、技能、意識(shí)，見表1。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)指標(biāo)點(diǎn)，對(duì)課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)方式分別進(jìn)行分析細(xì)化。

（一）課程目標(biāo)的細(xì)化

通過理論、實(shí)踐一體化的教學(xué)活動(dòng)，掌握電氣自動(dòng)化運(yùn)行中整流器、逆變器、變頻器等變流設(shè)備及其控制設(shè)備的原理基礎(chǔ)和應(yīng)用，達(dá)到順利完成本專業(yè)相關(guān)崗位工作要求的目標(biāo)。

對(duì)課程目標(biāo)再細(xì)分為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)從應(yīng)用的角度出發(fā)，學(xué)習(xí)各種電力電子器件的工作原理與基本特性，分析可控整流電路、直流變換電路、逆變電路、基本軟開關(guān)技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、參數(shù)關(guān)系和應(yīng)用場(chǎng)合。能力目標(biāo)從畢業(yè)需求角度出發(fā)，具備一定的電力電子電路實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力，會(huì)識(shí)讀變流設(shè)備說明書、系統(tǒng)圖，具有變流設(shè)備安裝、調(diào)試與維護(hù)能力。素質(zhì)目標(biāo)從一個(gè)人的綜合素質(zhì)出發(fā)，培養(yǎng)誠(chéng)實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、善于溝通以及良好合作的品質(zhì)，同時(shí)樹立節(jié)能、環(huán)保及安全意識(shí)。

（二）課程內(nèi)容的整合

為滿足畢業(yè)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要，本課程的教學(xué)內(nèi)容重新整合，可先根據(jù)技術(shù)原理分解設(shè)計(jì)成若干個(gè)單元技術(shù)，再以模塊為單位來組織教學(xué)，通過典型設(shè)備的講解，引入相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)，結(jié)合具體案例，使學(xué)生在實(shí)踐中迅速掌握專業(yè)知識(shí)、熟練應(yīng)用專業(yè)技能來解決實(shí)際問題，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力的目的，從而充分體現(xiàn)技術(shù)實(shí)踐、目標(biāo)導(dǎo)向的課程思想。

結(jié)合課程目標(biāo)的細(xì)化內(nèi)容，按照以電力電子器件為基礎(chǔ)，以變流技術(shù)為核心，以工程應(yīng)用為目標(biāo)的思想[ 6 ]，將《電力電子技術(shù)》的教學(xué)內(nèi)容細(xì)分為基礎(chǔ)模塊、核心模塊和應(yīng)用模塊，見圖2。

同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，在基礎(chǔ)模塊中應(yīng)使學(xué)生掌握各種電力電子器件的特性和正確的使用方法，例如，強(qiáng)化對(duì)全控型器件的學(xué)習(xí)，這是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的基本學(xué)習(xí)內(nèi)容。在核心模塊中應(yīng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的典型電路使學(xué)生更易掌握變流電路的工作原理。在應(yīng)用模塊應(yīng)結(jié)合PWM控制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)使學(xué)生了解變頻器、電力有源濾波器、新能源發(fā)電逆變器、靜止無功補(bǔ)償?shù)入娏﹄娮友b置的技術(shù)實(shí)驗(yàn)原理[ 7 ]。

（三）教學(xué)方式和教學(xué)手段的多樣化

電力電子技術(shù)涵蓋了三個(gè)學(xué)科——電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論。研究的是弱電控制強(qiáng)電、強(qiáng)電和弱電結(jié)合的技術(shù)，對(duì)于電氣工程和電子工程專業(yè)的學(xué)生來說都是及其重要的一門專業(yè)課程。

為了讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來更有興趣，教師在授課過程中需采用多種教學(xué)方法和借鑒一些比較新式的教學(xué)手段，例如借助多媒體課件及動(dòng)畫演示、項(xiàng)目小組討論的教學(xué)形式、課堂學(xué)習(xí)互動(dòng)等方法，以啟發(fā)式、行動(dòng)式的教學(xué)方式向?qū)W生傳授電力電子技術(shù)的理論知識(shí)，提升課堂教學(xué)的效果。

在課程的教學(xué)過程中可以著重采用引導(dǎo)式教學(xué)，對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力進(jìn)行培養(yǎng)和塑造，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。教師可將學(xué)生分組，布置技能任務(wù)項(xiàng)目，在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目分析、集體討論、查找資料，學(xué)生自主運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、技能，寫出相關(guān)設(shè)計(jì)思想與方法，繪出設(shè)計(jì)原理圖，選擇合適元器件，從而解決實(shí)際問題。

1）教學(xué)地點(diǎn)可以選用電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)室和教室相結(jié)合的方式，教學(xué)工具有實(shí)訓(xùn)裝置、MATLAB仿真軟件、臺(tái)式電腦等[ 8 ]。對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，為了解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限、難以滿足學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的情況，可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VRML）可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的、境界逼真的三維立體教學(xué)環(huán)境，學(xué)生能自由地操控虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備，反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)的各種可能情形，獲取更多的信息。同時(shí)置身于高仿真的三維信息空間中[ 9 ]，能夠極大地喚起學(xué)生們學(xué)習(xí)的熱情。

2）教學(xué)環(huán)境中增加課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。電力電子技術(shù)的實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)，在課程的中后期，利用2-3個(gè)以上的學(xué)時(shí)帶學(xué)生到企業(yè)中建立更加感性的認(rèn)識(shí)。例如到光伏發(fā)電廠學(xué)習(xí)變流設(shè)備的應(yīng)用，到工廠觀察如何利用PLC和變頻器對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制等。實(shí)訓(xùn)教學(xué)能夠讓學(xué)生更加貼近企業(yè)及技術(shù)的真實(shí)運(yùn)用場(chǎng)景，讓學(xué)生更加清楚課程內(nèi)容是如何融入和運(yùn)用到行業(yè)與企業(yè)中的，同時(shí)與技術(shù)運(yùn)用的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r接軌，利于學(xué)生學(xué)以致用的啟發(fā)。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)的過程管理

傳統(tǒng)的學(xué)生評(píng)價(jià)手段和方法已經(jīng)逐步不適應(yīng)教學(xué)發(fā)展的要求，需要采用目標(biāo)評(píng)價(jià)與項(xiàng)目評(píng)價(jià)相結(jié)合，理論與實(shí)踐一體化的綜合評(píng)價(jià)模式。同時(shí)，注重教學(xué)的過程管理，豐富教學(xué)評(píng)價(jià)的多元性。包括：課堂提問互動(dòng)表現(xiàn)、課后作業(yè)完成、項(xiàng)目小組表現(xiàn)、期中測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)表現(xiàn)、技能競(jìng)賽以及期末考試結(jié)果，系統(tǒng)性、綜合性地評(píng)價(jià)學(xué)生的整體表現(xiàn)。在評(píng)價(jià)的指標(biāo)上，多注重學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐中分析問題、解決問題的能力指標(biāo)，還可以對(duì)在學(xué)習(xí)和實(shí)踐上有創(chuàng)新的學(xué)生給予特別鼓勵(lì)，引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)習(xí)的過程，而不是一味地為了完成期末考試。

四、結(jié)語

電力電子技術(shù)是工科電氣類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，也是培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)專業(yè)素質(zhì)與能力的關(guān)鍵課程。在“卓越計(jì)劃”人才培養(yǎng)模式借鑒下，通過細(xì)化課程目標(biāo)，整合課程內(nèi)容，豐富教學(xué)方式和教學(xué)手段，對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)采用過程管理，來培養(yǎng)和孵化具備過硬專業(yè)素質(zhì)和能力的“卓越人才”，積極響應(yīng)國(guó)家新型人才的強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。

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作者簡(jiǎn)介：

孔玲玲，女，碩士，講師，主要從事電氣工程領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作；

徐天奇，男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向：智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電接入、微型電網(wǎng)等；

鄧亞琪，女，碩士研究生，主要研究方向：電動(dòng)汽車充電模型，電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，輸電線路覆冰。