王云

基于“理虛實(shí)一體化”的電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革

王云

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 杭州 311231）

課堂教學(xué)改革是推動(dòng)高職教育高質(zhì)量發(fā)展的原動(dòng)力．在電力電子技術(shù)課程課堂教學(xué)改革與實(shí)踐中，基于“理虛實(shí)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(shí)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(rèn)識(shí)和理解，提高實(shí)踐操作技能，進(jìn)而提升課堂教學(xué)質(zhì)量與效果．

電力電子技術(shù)；理虛實(shí)一體化；教學(xué)改革

《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動(dòng)計(jì)劃（2020—2023年）》對(duì)我國高等職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展提出了新的要求，強(qiáng)調(diào)：要推動(dòng)職業(yè)學(xué)校“課堂革命”，將課程教學(xué)改革推向縱深；以實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，加強(qiáng)實(shí)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(jī)融合起來的有效載體，是傳遞系統(tǒng)知識(shí)、實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)、提高課堂教學(xué)質(zhì)量的主要陣地．面對(duì)新時(shí)代、新階段的新任務(wù)，課堂教學(xué)改革也需要與時(shí)俱進(jìn)、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(tái)，融合線上線下混合模式[2]，構(gòu)建“理虛實(shí)一體化”課堂教學(xué)模式，將理論教學(xué)、虛擬仿真、實(shí)踐操作三者有機(jī)結(jié)合，實(shí)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)的理論綜合性和工程實(shí)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(shí)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(shì)，涌現(xiàn)了許多具有實(shí)踐價(jià)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(gè)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(qiáng)，涉及大量的電路圖、波形圖分析[4]，還要求學(xué)生獨(dú)立完成相關(guān)電路的實(shí)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(jìn)行理論知識(shí)的講授和實(shí)踐操作的示范，然后由學(xué)生模仿完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)．整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生是被動(dòng)地接受、機(jī)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(shí)際問題的能力，更談不上創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)．

1.2 理論知識(shí)理解到實(shí)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(jìn)度安排是在完成理論課講授后就直接安排實(shí)踐操作，之間缺乏過渡過程[5]．學(xué)生往往會(huì)因?yàn)閷?duì)理論知識(shí)理解不透徹、對(duì)實(shí)操準(zhǔn)備不充分而降低了實(shí)踐效果．同時(shí)，容易因操作不當(dāng)而損壞實(shí)訓(xùn)室的實(shí)訓(xùn)設(shè)備、器件[6]．對(duì)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(qiáng)的理論內(nèi)容進(jìn)入實(shí)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(dá)到理論知識(shí)理解、實(shí)踐技能培養(yǎng)與綜合能力提高的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)效果．

2 “理虛實(shí)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(qiáng)電技術(shù)應(yīng)用，在實(shí)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(jìn)而導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作脫節(jié)．因此，該課程非常適合應(yīng)用“理虛實(shí)一體化”教學(xué)理念．“理虛實(shí)一體化”教學(xué)改革以理論教學(xué)、虛擬仿真學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作為時(shí)間順序主線，以理論產(chǎn)品、虛擬產(chǎn)品、真實(shí)產(chǎn)品為載體[7]，以線上線下融合為途徑，實(shí)現(xiàn)“理虛實(shí)一體化”教學(xué)的銜接貫通．“理虛實(shí)一體化”教學(xué)模式見圖1．

圖1 “理虛實(shí)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(jī)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(tái)，對(duì)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(xiàng)目案例、輔助軟件包等素材進(jìn)行整合優(yōu)化，打造“一站式”線上學(xué)習(xí)平臺(tái)．各類教學(xué)資源以單個(gè)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)或任務(wù)項(xiàng)目為基本單元進(jìn)行構(gòu)建，以此形成完整的電學(xué)知識(shí)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(duì)性的教學(xué)套餐[8]．

2.2 融合虛擬軟件，以“虛”改革創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)模式

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

2.3 融合線上線下，以“實(shí)”鞏固升華課堂實(shí)踐

基于智慧職教平臺(tái)，打破線上線下學(xué)習(xí)的界限，將理論知識(shí)講學(xué)、虛擬仿真操作、實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練三者相結(jié)合，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)和提高技能．線上的學(xué)習(xí)涵蓋理論知識(shí)的自學(xué)、測(cè)試和討論，使學(xué)生掌握基本理論原理，并對(duì)虛擬仿真軟件進(jìn)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(shí)踐項(xiàng)目的強(qiáng)化訓(xùn)練，在多媒體教室對(duì)理論知識(shí)與仿真軟件操作中的重難點(diǎn)進(jìn)行講授、答疑和示范，使學(xué)生掌握未來實(shí)踐教學(xué)的基本操作步驟；最后在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行設(shè)備操作及真實(shí)產(chǎn)品的制作與調(diào)試．

由此，“理—虛—實(shí)”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(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)、理解與轉(zhuǎn)化．

3 “理虛實(shí)一體化”教學(xué)實(shí)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(jì)與制作”[10]的教學(xué)過程為例，應(yīng)用“理虛實(shí)一體化”教學(xué)模式開展課堂教學(xué)實(shí)踐．

3.1 理論知識(shí)講學(xué)，明確任務(wù)要求

教師在課前將項(xiàng)目任務(wù)書、項(xiàng)目所涉及知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)課件、自學(xué)測(cè)試等資源通過智慧職教平臺(tái)推送給學(xué)生．學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，首先進(jìn)行晶閘管器件和單相整流電路２個(gè)章節(jié)內(nèi)容的線上自學(xué)，并完成相應(yīng)的自學(xué)測(cè)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(jì)與制作”項(xiàng)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(tái)．教師查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況及反饋信息，及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)策略．

在線下課堂教學(xué)中，教師針對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的情況，特別是測(cè)試中答錯(cuò)率較高的題目所涉及知識(shí)點(diǎn)，對(duì)晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作性能、整流電路在不同負(fù)載下控制角的有效相移范圍分析等重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化教學(xué)．學(xué)生根據(jù)教師的講授進(jìn)行查漏補(bǔ)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(xiàng)目制作做好理論準(zhǔn)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(yàn)證，發(fā)現(xiàn)解決問題

MATLAB軟件因其強(qiáng)大的仿真分析功能，且操作簡(jiǎn)明方便而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)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(jìn)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(tái)上，學(xué)生按照要求進(jìn)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(shí)調(diào)整虛擬仿真操作教學(xué)進(jìn)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(jìn)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(duì)電路進(jìn)行搭建、仿真實(shí)驗(yàn)、調(diào)試、故障檢測(cè)與排除等虛擬操作．教師通過機(jī)房后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生的操作情況，結(jié)合課堂巡查，對(duì)虛擬仿真操作中的重難點(diǎn)，如脈沖信號(hào)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(jìn)行講解和示范．同時(shí)，選出虛擬操作完成得較好的學(xué)生進(jìn)行演示和分享，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)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(jìn)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(shí)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(shí)物制作調(diào)試，拓展實(shí)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(shí)用價(jià)值的項(xiàng)目，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的訓(xùn)練．“晶閘管可控整流電路的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)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(shí)點(diǎn)全面，難度適中，非常適合學(xué)生進(jìn)行實(shí)物電路制作的操作練習(xí)．

實(shí)物制作與調(diào)試主要在線下課堂教學(xué)中進(jìn)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(jìn)行實(shí)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(cè)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(jìn)行電路的布局和焊接，最后進(jìn)行通電試驗(yàn)，觀察燈泡是否發(fā)光．同時(shí)，用示波器、信號(hào)發(fā)生器對(duì)電路進(jìn)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(shí)踐操作情況并及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)．課后，學(xué)生在平臺(tái)中上傳制作完成且調(diào)試成功的實(shí)物電路照片和測(cè)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(diǎn)評(píng)打分，進(jìn)行課堂教學(xué)總結(jié)．線上線下融合的實(shí)踐教學(xué)過程見圖4．

圖3 虛擬仿真教學(xué)過程

圖4 實(shí)踐教學(xué)過程

3.4 教學(xué)實(shí)踐效果

經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，相較于之前的教學(xué)模式，采用“理虛實(shí)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(dá)到100%．通過線上線下結(jié)合的理論知識(shí)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(jì)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(qiáng)了，激發(fā)了后續(xù)課程學(xué)習(xí)的動(dòng)力；通過實(shí)踐拓展，學(xué)生動(dòng)手能力、分析能力、創(chuàng)新能力得到了鍛煉，為后期進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)．

同時(shí)，選擇的“晶閘管可控整流電路的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目是自動(dòng)化專業(yè)中級(jí)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(xiàng)目，通過“理虛實(shí)一體化”教學(xué)模式的強(qiáng)化訓(xùn)練，考試通過率得到了較大的提升，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力．

4 結(jié)語

針對(duì)電力電子技術(shù)課程工程實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，探索基于“理虛實(shí)一體化”的教學(xué)模式．教學(xué)實(shí)踐表明，理論學(xué)習(xí)—虛擬仿真—實(shí)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(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，在鍛煉實(shí)踐技能的同時(shí)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(dòng)計(jì)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(bào)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]．湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（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(dòng)式教學(xué)研究[J]．中國電力教育，2020 （7）：92-93．

[5] 曹春雷．理虛實(shí)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(bào)，2020（5）： 38-42．

[7] 陳燕．高職院校理虛實(shí)一體化教學(xué)模式實(shí)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(shí)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(shí)”一體化教學(xué)思路實(shí)踐[J]．實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)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(jì)科技職業(yè)學(xué)院2021年校級(jí)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（kg202113）

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