“雙碳”背景下“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

甘學(xué)濤 王雷 譚親躍 劉澤 毛秀麗

摘要 要實(shí)現(xiàn)“雙碳”國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建以新能源發(fā)電為主體的新型電力系統(tǒng)，作為新能源發(fā)電的核心技術(shù)，電力電子技術(shù)課程教學(xué)也必將迎來新的變革。文章針對(duì)目前“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一些不足，從改進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教材及實(shí)驗(yàn)方法等方面對(duì)如何提高該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量做了初步分析與探索。

關(guān)鍵詞“雙碳”目標(biāo)；電力電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.029

2021年習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上，對(duì)碳達(dá)峰、碳中和做出重要部署，強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，明確了“雙碳”背景下我國(guó)能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向。在2022年中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)上，習(xí)近平總書記代表第十九屆中央委員會(huì)向大會(huì)作報(bào)告，題目為《高舉中國(guó)特色社會(huì)主義偉大旗幟，為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家而團(tuán)結(jié)奮斗》，習(xí)近平總書記在二十大報(bào)告中提出，“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，立足我國(guó)能源資源稟賦，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)，深入推進(jìn)能源革命，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，積極參與應(yīng)對(duì)氣候變化全球治理”。對(duì)電力行業(yè)而言，要實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，就要大力發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等以新能源發(fā)電為主體的新型電力系統(tǒng)，作為新能源發(fā)電的核心技術(shù)，電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，因此，在“雙碳”背景下，電力電子技術(shù)的發(fā)展必將迎來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，高等學(xué)校也應(yīng)該將“雙碳”建設(shè)目標(biāo)與課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革有機(jī)結(jié)合，為“雙碳”發(fā)展目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)提供人才儲(chǔ)備與技術(shù)支撐。作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)也必將迎來新的變革。本文結(jié)合目前“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)如何改進(jìn)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量做了初步分析與探索。

1“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

目前“電力電子技術(shù)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在以下三個(gè)方面的問題：

第一，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分以傳統(tǒng)電力電子技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為主，這些教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在操作的便利性、安全性等方面有著很多優(yōu)勢(shì)，學(xué)生在進(jìn)行該課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需對(duì)照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的電路圖在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上簡(jiǎn)單插線，就能完成基本的實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)方式簡(jiǎn)化了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)步驟，使學(xué)生能很快完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行測(cè)試。但在“雙碳”背景下，我們不僅需要學(xué)生熟悉基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作技巧，還需要加強(qiáng)學(xué)生在新能源發(fā)電方面的實(shí)驗(yàn)操作技能，但這些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一般不具備也無法滿足這些新能源發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)需求。

第二，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，由于學(xué)時(shí)限制，目前電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)主要完成教材上的基本實(shí)驗(yàn)，如單相和三相整流電流、逆變電路、變頻電路等，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生無須完成實(shí)際電路的構(gòu)建與調(diào)試，這也大大弱化了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)教材也普遍是采用和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用年限問題，必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教材在技術(shù)上無法引進(jìn)最新的科學(xué)技術(shù)。但隨著國(guó)家電網(wǎng)公司大力發(fā)展光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)正高速發(fā)展，而現(xiàn)代電力電子技術(shù)作為新能源發(fā)電的核心技術(shù)也得到了快速發(fā)展，各種新的電力電子技術(shù)、電力電子設(shè)備不斷涌現(xiàn)，而目前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與日新月異的新技術(shù)無法匹配。

第三，在實(shí)驗(yàn)方法上，教師在課程實(shí)驗(yàn)中往往只能關(guān)注本門課程的基本實(shí)驗(yàn)，采取老師指導(dǎo)、學(xué)生照著做的模式，這種實(shí)驗(yàn)方式大大弱化了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，學(xué)生在做完這些實(shí)驗(yàn)后普遍感覺收獲不大，對(duì)電力電子技術(shù)基本的電路、元器件、操作等都不甚了解，學(xué)生畢業(yè)后無法直接投入電力電子技術(shù)的實(shí)際建設(shè)中。同時(shí)，由于學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的掌握程度參差不齊，造成部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象難以很好地掌握與理解，也就無法進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，使得實(shí)驗(yàn)效果與“雙碳”背景下國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)存在不小差距。

為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”背景下國(guó)家大力發(fā)展創(chuàng)新型人才的需求，我們必須現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的不足，將“雙碳”理念融入“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，探索符合“雙碳”要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)際運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力。

2“電力電子和技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施探討

針對(duì)目前“電力電子和技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和不足，本文認(rèn)為應(yīng)該采取如下幾點(diǎn)措施，切實(shí)提高該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的提高。

2.1將“雙碳”建設(shè)理念融入課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，更新現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

在黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于碳達(dá)峰碳中和的重大戰(zhàn)略部署中，明確提出“全面推進(jìn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電大規(guī)模開發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，加快建設(shè)風(fēng)電和光伏發(fā)電基地”“到2030年，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上?！薄半p碳”目標(biāo)為我國(guó)未來新能源的發(fā)展指明了方向，教育部制定的《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》也明確提出“加快構(gòu)建高校碳中和科技創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系”。作為太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)，電力電子技術(shù)面臨著前所未有的機(jī)遇，因此，高校應(yīng)該把握時(shí)機(jī)，積極將“雙碳”建設(shè)理念融入課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在原教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，大力引進(jìn)更新各種電力電子技術(shù)最新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，積極購(gòu)置太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)新型太陽能、風(fēng)能等零碳排放電力發(fā)電技術(shù)以及儲(chǔ)能技術(shù)，加強(qiáng)高比例可再生能源并網(wǎng)、特高壓輸電、新型直流配電、分布式能源等先進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究。探索開發(fā)各種創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，積極建立高校碳中和科技創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系，為國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供科技支撐和培養(yǎng)后備人才。

2.2以“雙碳”目標(biāo)為指導(dǎo)，引進(jìn)最新的電力電子技術(shù)，完善實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

一本好的教材是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是如此。目前在電力電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，普遍采用和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配套的教材，這些教材主要是針對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)編寫的，多為該課程中一些普通性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，而且學(xué)校經(jīng)費(fèi)條件有限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)往往要使用很長(zhǎng)的時(shí)間，這導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其實(shí)驗(yàn)教材的落伍，在技術(shù)上無法引進(jìn)最新的科學(xué)技術(shù)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中也就無法接觸最先進(jìn)的技術(shù)。因此，高校應(yīng)該在改善實(shí)驗(yàn)設(shè)備的同時(shí)，以“雙碳”目標(biāo)為指導(dǎo)，積極探索最新的電力電子技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)教材中增加有關(guān)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、核能、潮汐能等發(fā)電技術(shù)知識(shí)，積極引進(jìn)并及時(shí)更新先進(jìn)的電力電子技術(shù)，讓學(xué)生能接觸這些新技術(shù)，緊跟時(shí)代潮流，為將來的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3“雙碳”背景下，積極探索以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段

目前在電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)過程中，為了學(xué)生的安全，普遍采取老師指導(dǎo)、學(xué)生照著做的模式，當(dāng)電路出現(xiàn)問題時(shí)，學(xué)生更多的是去請(qǐng)教老師，而不是自己動(dòng)手去解決問題時(shí)，這種實(shí)驗(yàn)方式無助于學(xué)生實(shí)踐能力的提高。筆者認(rèn)為應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生自己思考，獨(dú)立完成電路實(shí)驗(yàn)，敢于嘗試，在電路出現(xiàn)問題時(shí)，老師不要急著去幫學(xué)生，而讓學(xué)生自己去解決。在“雙碳”背景下，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生在完成基本實(shí)驗(yàn)后，積極嘗試工程型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，比如讓學(xué)生獨(dú)立制作開發(fā)新型風(fēng)力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)的整流、逆變、控制等知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來，讓學(xué)生仿佛置身于實(shí)際風(fēng)力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷反思、不斷嘗試、不斷改進(jìn)，提高學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。

2.4以“雙碳”行動(dòng)方案為指引，積極帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)現(xiàn)代新能源企業(yè)

對(duì)于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，我們不能局限于學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室。作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要補(bǔ)充，我們應(yīng)該以碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)方案為指引，積極主動(dòng)聯(lián)系現(xiàn)代新能源企業(yè)，讓學(xué)生走進(jìn)現(xiàn)代新能源企業(yè)，讓學(xué)生進(jìn)入太陽能和風(fēng)力發(fā)電站，親身體會(huì)新能源發(fā)電技術(shù)，了解電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電中的重要作用，讓學(xué)生親身去體驗(yàn)新能源發(fā)電的生產(chǎn)過程，了解現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和其對(duì)電力系統(tǒng)的巨大貢獻(xiàn)，在實(shí)際生活中去學(xué)習(xí)、體會(huì)，使學(xué)生切實(shí)感受到電力電子技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的核心作用，加強(qiáng)其學(xué)習(xí)的興趣和緊迫感。

2.5加強(qiáng)和其他課程的實(shí)驗(yàn)聯(lián)系，形成有效的知識(shí)體系

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一門系統(tǒng)的學(xué)科，各門課程之間都有著很強(qiáng)的聯(lián)系，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，不應(yīng)過多強(qiáng)調(diào)單門課程的實(shí)驗(yàn)，而應(yīng)加強(qiáng)和其他相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)交叉、互動(dòng)，如在電力電子技術(shù)的變頻實(shí)驗(yàn)中，可以和電機(jī)學(xué)、控制理論等課程實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來；同時(shí)在其他課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也可融入電力電子技術(shù)的知識(shí)，將相關(guān)課程融會(huì)貫通，形成一個(gè)有效的知識(shí)體系，這對(duì)于學(xué)生掌握整個(gè)學(xué)科有著重要的意義，也必將提高電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

3結(jié)語

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央著眼加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)、保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出的一項(xiàng)重大部署，對(duì)我國(guó)能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等新能源是關(guān)鍵，電力電子技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中得到了更加廣泛的應(yīng)用，對(duì)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)有著十分關(guān)鍵的作用，作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的本科生，將會(huì)更多地參與新型電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的建設(shè)中，高校也應(yīng)該積極對(duì)標(biāo)“雙碳”目標(biāo)，積極引進(jìn)各種新型太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，探索開發(fā)各種創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，積極建立高校碳中和科技創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系，為國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和中國(guó)式現(xiàn)代化培養(yǎng)高層次創(chuàng)新型人才。

基金項(xiàng)目：陜西省本科和高等繼續(xù)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“‘雙碳背景下電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式創(chuàng)新與平臺(tái)創(chuàng)建”（21BY019）；西北農(nóng)林科技大學(xué)教改項(xiàng)目“‘雙碳背景下電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式創(chuàng)新與平臺(tái)創(chuàng)建”（JY2102007）；西北農(nóng)林科技大學(xué)教改項(xiàng)目“《機(jī)器學(xué)習(xí)》課程“教學(xué)+科創(chuàng)+競(jìng)賽”協(xié)同體系建設(shè)研究”（JY2103098）。

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