王云

基于“理虛實一體化”的電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革

王云

（浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院 機電工程學(xué)院，浙江 杭州 311231）

課堂教學(xué)改革是推動高職教育高質(zhì)量發(fā)展的原動力．在電力電子技術(shù)課程課堂教學(xué)改革與實踐中，基于“理虛實一體化”的課堂教學(xué)模式能夠使學(xué)生在“理論學(xué)習(xí)—虛擬仿真—實踐操作”的教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和興趣，深化教學(xué)內(nèi)容的認識和理解，提高實踐操作技能，進而提升課堂教學(xué)質(zhì)量與效果．

電力電子技術(shù)；理虛實一體化；教學(xué)改革

《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020—2023年）》對我國高等職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展提出了新的要求，強調(diào)：要推動職業(yè)學(xué)校“課堂革命”，將課程教學(xué)改革推向縱深；以實踐能力培養(yǎng)為重點，加強實踐性教學(xué)，培養(yǎng)更多的大國工匠、能工巧匠[1]．高等職業(yè)教育中的課堂教學(xué)是把“教師的教”與“學(xué)生的學(xué)”有機融合起來的有效載體，是傳遞系統(tǒng)知識、實現(xiàn)課堂教學(xué)目標、提高課堂教學(xué)質(zhì)量的主要陣地．面對新時代、新階段的新任務(wù)，課堂教學(xué)改革也需要與時俱進、不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)專業(yè)人才培養(yǎng)的要求和高職教育教學(xué)發(fā)展的需要．以電力電子技術(shù)課程為載體，從課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，基于信息化教學(xué)平臺，融合線上線下混合模式[2]，構(gòu)建“理虛實一體化”課堂教學(xué)模式，將理論教學(xué)、虛擬仿真、實踐操作三者有機結(jié)合，實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的可視化、學(xué)習(xí)過程的主體化、學(xué)習(xí)要求的動態(tài)化、學(xué)習(xí)效果的立體化，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型技術(shù)技能人才．

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

電力電子技術(shù)課程是自動化類專業(yè)的一門專業(yè)核心技術(shù)課，課程橫跨電力、電子、控制三大學(xué)科[3]，具有較強的理論綜合性和工程實踐性，在專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用．當(dāng)前，在國家大力倡導(dǎo)要重視高職院校學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的背景下，電力電子技術(shù)課程教學(xué)方法和教學(xué)組織呈現(xiàn)多樣化趨勢，涌現(xiàn)了許多具有實踐價值的教學(xué)方法和教學(xué)理念，但也存在一定的問題，主要表現(xiàn)為2個方面：

1.1 “一體化”教學(xué)模式的桎梏

電力電子技術(shù)課程理論性強，涉及大量的電路圖、波形圖分析[4]，還要求學(xué)生獨立完成相關(guān)電路的實物制作與功能調(diào)試，課程學(xué)習(xí)要求較高．以往的“一體化”課堂教學(xué)模式都是由教師先進行理論知識的講授和實踐操作的示范，然后由學(xué)生模仿完成實訓(xùn)任務(wù)．整個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生是被動地接受、機械地模仿，主體地位未得到充分體現(xiàn)，學(xué)習(xí)積極性不高，難以形成自主的學(xué)習(xí)方法，缺乏解決實際問題的能力，更談不上創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)．

1.2 理論知識理解到實踐技能操練間缺乏過渡過程

以往電力電子技術(shù)課程的教學(xué)進度安排是在完成理論課講授后就直接安排實踐操作，之間缺乏過渡過程[5]．學(xué)生往往會因為對理論知識理解不透徹、對實操準備不充分而降低了實踐效果．同時，容易因操作不當(dāng)而損壞實訓(xùn)室的實訓(xùn)設(shè)備、器件[6]．對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)能力不足的學(xué)生而言，直接從抽象性較強的理論內(nèi)容進入實踐操作，容易產(chǎn)生畏難情緒，導(dǎo)致后期學(xué)習(xí)乏力．因此，無法達到理論知識理解、實踐技能培養(yǎng)與綜合能力提高的教學(xué)目標和教學(xué)效果．

2 “理虛實一體化”教學(xué)改革

電力電子技術(shù)課程涉及大功率器件和強電技術(shù)應(yīng)用，在實踐教學(xué)中往往受到硬件設(shè)備操作存在安全隱患、器件損壞率高等因素的限制，進而導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)與實踐操作脫節(jié)．因此，該課程非常適合應(yīng)用“理虛實一體化”教學(xué)理念．“理虛實一體化”教學(xué)改革以理論教學(xué)、虛擬仿真學(xué)習(xí)、實踐操作為時間順序主線，以理論產(chǎn)品、虛擬產(chǎn)品、真實產(chǎn)品為載體[7]，以線上線下融合為途徑，實現(xiàn)“理虛實一體化”教學(xué)的銜接貫通．“理虛實一體化”教學(xué)模式見圖1．

圖1 “理虛實一體化”課堂教學(xué)模式

2.1 融合信息技術(shù)，以“理”優(yōu)化整合教學(xué)資源

信息技術(shù)的快速發(fā)展為教學(xué)模式改革創(chuàng)新提供了新的思路．電力電子技術(shù)課程是銜接電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課與變頻器技術(shù)與應(yīng)用、電器與電機控制等專業(yè)核心課的載體，課程的理論教學(xué)內(nèi)容圍繞電路基本原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等內(nèi)容展開．因此，借助MOOC和智慧職教平臺，對電力電子技術(shù)課程及其先修課程電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)的理論教學(xué)資源，如電子教材、PPT、微課、試題庫、項目案例、輔助軟件包等素材進行整合優(yōu)化，打造“一站式”線上學(xué)習(xí)平臺．各類教學(xué)資源以單個獨立的知識點或任務(wù)項目為基本單元進行構(gòu)建，以此形成完整的電學(xué)知識體系，以便于學(xué)生學(xué)習(xí)和教師自由、靈活、快速組合出各種針對性的教學(xué)套餐[8]．

2.2 融合虛擬軟件，以“虛”改革創(chuàng)新實訓(xùn)模式

虛擬仿真教學(xué)是銜接理論教學(xué)和實踐教學(xué)的橋梁，為學(xué)生順利從抽象的理論知識學(xué)習(xí)過渡到實際操作搭建了平臺[9]．在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，以真實的任務(wù)項目為依托，借助虛擬仿真軟件Multisim或MATLAB，通過選用真實的元器件、儀器設(shè)備、工具等物理模型，搭建電路并進行分析，營造身臨其境的教學(xué)與實踐體驗，便于學(xué)生更加直觀地理解理論知識，為實踐教學(xué)做好前期準備．同時，通過虛擬仿真教學(xué)，解決部分實踐項目因?qū)嵱?xùn)設(shè)備緊缺、實訓(xùn)條件受限等帶來的現(xiàn)實問題，創(chuàng)新實訓(xùn)模式．

2.3 融合線上線下，以“實”鞏固升華課堂實踐

基于智慧職教平臺，打破線上線下學(xué)習(xí)的界限，將理論知識講學(xué)、虛擬仿真操作、實踐項目訓(xùn)練三者相結(jié)合，幫助學(xué)生更好地掌握知識和提高技能．線上的學(xué)習(xí)涵蓋理論知識的自學(xué)、測試和討論，使學(xué)生掌握基本理論原理，并對虛擬仿真軟件進行線上的自主學(xué)習(xí)和練習(xí)；線下的教學(xué)則側(cè)重實踐項目的強化訓(xùn)練，在多媒體教室對理論知識與仿真軟件操作中的重難點進行講授、答疑和示范，使學(xué)生掌握未來實踐教學(xué)的基本操作步驟；最后在實訓(xùn)室進行設(shè)備操作及真實產(chǎn)品的制作與調(diào)試．

由此，“理—虛—實”教學(xué)環(huán)節(jié)分階段、有側(cè)重、有關(guān)聯(lián)地融入線上線下課堂教學(xué)全過程，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的認識、理解與轉(zhuǎn)化．

3 “理虛實一體化”教學(xué)實踐

以電力電子技術(shù)課程中“晶閘管可控整流電路的設(shè)計與制作”[10]的教學(xué)過程為例，應(yīng)用“理虛實一體化”教學(xué)模式開展課堂教學(xué)實踐．

3.1 理論知識講學(xué)，明確任務(wù)要求

教師在課前將項目任務(wù)書、項目所涉及知識點的教學(xué)課件、自學(xué)測試等資源通過智慧職教平臺推送給學(xué)生．學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，首先進行晶閘管器件和單相整流電路２個章節(jié)內(nèi)容的線上自學(xué)，并完成相應(yīng)的自學(xué)測試，發(fā)現(xiàn)并記錄自身在理論學(xué)習(xí)中存在的問題和不足，在線下課堂學(xué)習(xí)中提高重視．然后，根據(jù)“晶閘管可控整流電路的設(shè)計與制作”項目任務(wù)書要求，分析電路工作原理，初步繪制電路安裝圖，并上傳平臺．教師查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況及反饋信息，及時調(diào)整課堂教學(xué)策略．

在線下課堂教學(xué)中，教師針對學(xué)生線上學(xué)習(xí)的情況，特別是測試中答錯率較高的題目所涉及知識點，對晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作性能、整流電路在不同負載下控制角的有效相移范圍分析等重難點知識進行強化教學(xué)．學(xué)生根據(jù)教師的講授進行查漏補缺，并在教師的指導(dǎo)下，完成晶閘管可控整流電路安裝圖的繪制，為后期項目制作做好理論準備．線上線下融合的理論教學(xué)過程見圖2．

圖2　理論教學(xué)過程

3.2 虛擬仿真驗證，發(fā)現(xiàn)解決問題

MATLAB軟件因其強大的仿真分析功能，且操作簡明方便而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域．因此，在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，采用該軟件進行虛擬仿真教學(xué)．

在理解和掌握晶閘管可控整流電路的工作原理、波形分析及控制過程后，教師在課前將MATLAB軟件的學(xué)習(xí)資源包發(fā)布在智慧職教平臺上，學(xué)生按照要求進行課前線上自學(xué)和軟件基本功能的操作練習(xí)．教師查看學(xué)生操作情況，適時調(diào)整虛擬仿真操作教學(xué)進度安排．

在線下課堂教學(xué)中，教師組織學(xué)生在MATLAB軟件中的SIMULINK模塊下進行電路仿真操作[11]．學(xué)生根據(jù)電路原理圖和安裝圖，利用SIMULINK中的電力系統(tǒng)仿真工具箱SimPower Systems對電路進行搭建、仿真實驗、調(diào)試、故障檢測與排除等虛擬操作．教師通過機房后臺實時監(jiān)控學(xué)生的操作情況，結(jié)合課堂巡查，對虛擬仿真操作中的重難點，如脈沖信號電壓、脈沖寬度、觸發(fā)角等模塊參數(shù)設(shè)置，示波器端口數(shù)設(shè)置等進行講解和示范．同時，選出虛擬操作完成得較好的學(xué)生進行演示和分享，引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)和解決虛擬仿真操作中遇到的問題．學(xué)生反復(fù)進行虛擬操作，分析并記錄不同情況下的電路輸出波形圖，為后期實物電路調(diào)試提供理論依據(jù)．線上線下融合的虛擬仿真教學(xué)過程見圖3．

3.3 實物制作調(diào)試，拓展實踐應(yīng)用

電力電子技術(shù)課程教學(xué)以“器件—電路—應(yīng)用”為主線，選取最基本且具有較高實用價值的項目，強化學(xué)生實踐能力的訓(xùn)練．“晶閘管可控整流電路的設(shè)計與制作”項目包含了電力電子技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的器件——晶閘管和變流技術(shù)中最基本的變換電路——整流電路，涵蓋知識點全面，難度適中，非常適合學(xué)生進行實物電路制作的操作練習(xí)．

實物制作與調(diào)試主要在線下課堂教學(xué)中進行．在完成理論學(xué)習(xí)和虛擬仿真操作后，教師組織學(xué)生進行實物電路的焊接與調(diào)試，學(xué)生先根據(jù)電路原理圖和元器件清單，測試單結(jié)晶體管、晶閘管、二極管等主要元器件功能好壞，再根據(jù)電路安裝圖，進行電路的布局和焊接，最后進行通電試驗，觀察燈泡是否發(fā)光．同時，用示波器、信號發(fā)生器對電路進行調(diào)試，記錄原始電壓數(shù)據(jù)和輸出波形．教師通過課堂巡視，了解學(xué)生的實踐操作情況并及時進行指導(dǎo)．課后，學(xué)生在平臺中上傳制作完成且調(diào)試成功的實物電路照片和測試數(shù)據(jù)，并梳理調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及排除方法，教師給予點評打分，進行課堂教學(xué)總結(jié)．線上線下融合的實踐教學(xué)過程見圖4．

圖3 虛擬仿真教學(xué)過程

圖4 實踐教學(xué)過程

3.4 教學(xué)實踐效果

經(jīng)過幾個學(xué)期的教學(xué)實踐，相較于之前的教學(xué)模式，采用“理虛實一體化”的教學(xué)模式呈現(xiàn)了較好的教學(xué)效果，課程通過率達到100%．通過線上線下結(jié)合的理論知識講學(xué)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得到了提高，學(xué)習(xí)目的更加明確，學(xué)習(xí)的專注度有了明顯地提升；通過虛擬仿真教學(xué)，原本復(fù)雜的電壓計算和波形推導(dǎo)通過仿真軟件直接明了地呈現(xiàn)出來，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自信心增強了，激發(fā)了后續(xù)課程學(xué)習(xí)的動力；通過實踐拓展，學(xué)生動手能力、分析能力、創(chuàng)新能力得到了鍛煉，為后期進入企業(yè)實習(xí)實踐奠定了基礎(chǔ)．

同時，選擇的“晶閘管可控整流電路的設(shè)計與制作”項目是自動化專業(yè)中級維修電工職業(yè)鑒定考試中“電子電路安裝與調(diào)試”部分的考試項目，通過“理虛實一體化”教學(xué)模式的強化訓(xùn)練，考試通過率得到了較大的提升，增強了學(xué)生的就業(yè)競爭力．

4 結(jié)語

針對電力電子技術(shù)課程工程實踐性較強的特點，探索基于“理虛實一體化”的教學(xué)模式．教學(xué)實踐表明，理論學(xué)習(xí)—虛擬仿真—實踐操作一體化的教學(xué)模式不僅有效地提高了課堂教學(xué)效率和教學(xué)效果，還能夠進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，在鍛煉實踐技能的同時提升專業(yè)素養(yǎng)，以符合高素質(zhì)創(chuàng)新型技術(shù)技能人才的要求．

[1] 中華人民共和國教育部．教育部等九部門關(guān)于印發(fā)《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020—2023年）》的通知[EB/OL]．[2021-10-10]．http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-09/29/content_5548106.htm.

[2] 許勝．線上線下混合式教學(xué)模式探索與應(yīng)用：以“電力電子技術(shù)”課程應(yīng)用為例[J]．電氣電子教學(xué)學(xué)報，2021（5）： 42-46．

[3] 韓濤，肖波，詹習(xí)生，等．基于MATLAB的電力電子技術(shù)實驗教學(xué)改革[J]．湖北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021 （4）：103-107．

[4] 李愛晶，劉書閣，趙笑笑，等．基于Matlab的高等職業(yè)院校電力電子技術(shù)課程行動式教學(xué)研究[J]．中國電力教育，2020 （7）：92-93．

[5] 曹春雷．理虛實一體化教學(xué)模式初探[J]．中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（14）：94-95．

[6] 張耀鋒．基于Matlab仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2020（5）： 38-42．

[7] 陳燕．高職院校理虛實一體化教學(xué)模式實施研究[J]．西部素質(zhì)教育，2018（23）：186-187．

[8] 高芳．基于信息技術(shù)的“理、虛、實一體化”教學(xué)資源建設(shè)探討[J]．中國培訓(xùn)，2016（10）：155-156．

[9] 葉向群，王嬌君，單巖，等．“理虛實”一體化教學(xué)思路實踐[J]．實驗技術(shù)與管理，2017（5）：1-4．

[10] 周深淵．電力電子技術(shù)[M]．3版．北京：機械工業(yè)出版社，2017：43-46．

[11] 袁青云，劉潭，王永剛，等．Matlab/Simulink在電力電子課程實踐教學(xué)中應(yīng)用[J]．電子世界，2020（1）：34-36．

Teaching reform of course of power electronic technology based on theoretical-virtual-real integration

WANG Yun

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou 311231，China）

classroom teaching reform is the driving force to promote the high quality development of higher vocational education．The classroom teaching mode based on theoretical-virtual-real integration is applied in the reform and practice of classroom teaching for the course of power electronic technology．This new teaching mode can inspire learning enthusiasm and interest，deepen the knowledge and understanding of the teaching content， improve the practical skills，and finally promote the quality and effect of the classroom teaching．

power electronic technology；theoretical-virtual-real integration；teaching reform

1007-9831（2022）03-0085-05

TM13∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.03.018

2021-11-02

浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院2021年校級教育教學(xué)改革項目（kg202113）

王云（1987-），女，浙江杭州人，工程師，碩士，從事電氣自動化技術(shù)研究．E-mail：wy@zj#edu.cn