王子赟 王 艷 紀(jì)志成

（江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 江蘇·無錫 214122）

0 引言

國際工程教育的研究和報(bào)告表明，未來工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展方向與工科人才的培養(yǎng)方針和教育方式密切相關(guān)，日益系統(tǒng)化與智能化的工程項(xiàng)目緊緊地依托在工科教育中。[1]當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展時(shí)期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革使工業(yè)發(fā)展日趨合理高效。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿科技的新興發(fā)展，現(xiàn)階段國家科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)要素呈現(xiàn)出新的態(tài)勢(shì)，以制造業(yè)為主的傳統(tǒng)工業(yè)不斷受前沿科技的沖擊。面對(duì)新形勢(shì)下的科技變革與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，迫切需要對(duì)傳統(tǒng)工科教育做出調(diào)整，以適應(yīng)日新月異的社會(huì)發(fā)展。我國教育部自2017 年以來積極推進(jìn)“新工科”的教育體系，著重培養(yǎng)新時(shí)代的工程技術(shù)人才，并先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。[2]新工科有兩條主線：第一條主線是高校教育路線，它一方面注重計(jì)算機(jī)科學(xué)、電力電子技術(shù)等原有傳統(tǒng)工科的改造升級(jí)，融入新元素以期與時(shí)代接軌，另一方面又注重綜合交叉學(xué)科的衍生與建樹，比如在智能控制領(lǐng)域，它就是自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)和運(yùn)籌學(xué)等學(xué)科的交叉，是一門反映現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的高級(jí)控制理論；第二條主線是社會(huì)產(chǎn)業(yè)路線，它注重的是新體系與新結(jié)構(gòu)，是對(duì)原有傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行符合發(fā)展現(xiàn)狀的結(jié)構(gòu)調(diào)整與變革。無論是哪一條主線，都有一個(gè)共同的主旨，那就是適應(yīng)目前的生產(chǎn)力水平與科技發(fā)展現(xiàn)狀。

電力電子技術(shù)是一門利用晶閘管、IGBT、MOSFET等電子元器件和模塊化電路對(duì)電能進(jìn)行控制與變換的技術(shù)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。通過這門課程的教學(xué)，力求使學(xué)生掌握常用電子元器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與特性參數(shù)、四種變流技術(shù)的電氣拓?fù)渑c應(yīng)用（AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC），理解相控技術(shù)、PWM技術(shù)等專業(yè)技術(shù)以及能夠?qū)σ恍╇娔茏儞Q電路進(jìn)行控制?，F(xiàn)階段“新工科”的教育背景下，這門課程的課堂教學(xué)又有了新的內(nèi)涵與要求。

教材建設(shè)作為學(xué)科建設(shè)的重要組成部分，是課堂教學(xué)的主要載體以及學(xué)術(shù)成果、科學(xué)技術(shù)的集中反映，認(rèn)真貫徹落實(shí)新形態(tài)教材建設(shè)，也是“新工科”背景下工科建設(shè)的必由之路。[3]然而，不同版本的教材只是當(dāng)時(shí)社會(huì)科技程度的寫照，具有鮮明的時(shí)代性。隨著科技進(jìn)步與時(shí)代發(fā)展，大多數(shù)舊版本教材已經(jīng)不能反映前沿科技的水平狀況，與目前的生產(chǎn)力嚴(yán)重脫節(jié)，且多媒體技術(shù)已允許新型教材數(shù)字化，教材新形態(tài)建設(shè)問題亟待解決。與傳統(tǒng)的紙質(zhì)書籍相比，數(shù)字化新形態(tài)教材有效利用了多媒體手段，比如可以在電力電子技術(shù)教材的某個(gè)電路圖旁邊嵌入二維碼，學(xué)生通過掃描二維碼，就可以打開此電路圖的仿真軟件，通過動(dòng)態(tài)仿真相關(guān)電子元器件的工作情況更加深刻地理解整個(gè)電路的工作方式。教材的數(shù)字化減少了傳統(tǒng)紙質(zhì)化課本印刷、發(fā)行的成本與周期，且相對(duì)于紙質(zhì)書的較低翻新頻率，數(shù)字化教材可以及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。

1 新形態(tài)教材建設(shè)思路

新形態(tài)教材就是充分利用信息化技術(shù)手段，整合互聯(lián)網(wǎng)的課程資源，給傳統(tǒng)的紙質(zhì)化課本增添了新的線上要素，它是創(chuàng)新型教學(xué)改革與新時(shí)代教材建設(shè)的重要舉措與應(yīng)有之義。[4]傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材雖然凝結(jié)了科技工作者的智慧結(jié)晶，集中反映了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平并承擔(dān)了培養(yǎng)一大批技術(shù)人才的任務(wù)，但在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，教材里面的內(nèi)容顯然已經(jīng)有點(diǎn)過時(shí)。傳統(tǒng)教材主要形式就是文字、公式、圖或者表，表現(xiàn)方式較為單一。現(xiàn)在的多媒體技術(shù)使得一些動(dòng)態(tài)gif圖或視頻可以嵌入到教材中去，極大豐富了教材的內(nèi)容與表現(xiàn)方式。

新時(shí)代的教育建設(shè)呼吁數(shù)字化新形態(tài)教材。傳統(tǒng)紙質(zhì)化教材優(yōu)點(diǎn)是錯(cuò)誤率較少，紙張對(duì)光線的漫反射有利于緩解眼疲勞，書本具有質(zhì)感。而數(shù)字化電子教材則是攜帶方便，不使用紙張，節(jié)約環(huán)保。且豐富的圖片、視頻等資源可以幫助學(xué)生更好理解課本內(nèi)容，內(nèi)容翻新率較高。但過多電子屏幕光線的攝取容易產(chǎn)生眼疲勞，且書本上經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)別字和亂碼的情況。[5]新形態(tài)教材則結(jié)合了紙質(zhì)化教材與數(shù)字化教材各自的優(yōu)點(diǎn)，通過兩者結(jié)合的方式，極大豐富了教材內(nèi)容，有助于推進(jìn)“新工科”建設(shè)。在課本中嵌入二維碼就是新形態(tài)教材的一項(xiàng)重要舉措，學(xué)生們掃描二維碼可以獲取到豐富的與對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的資源資料，作為特定知識(shí)點(diǎn)的拓展與延伸。

2 “電力電子技術(shù)”課程新形態(tài)教材建設(shè)

就電力電子技術(shù)領(lǐng)域的傳統(tǒng)經(jīng)典紙質(zhì)化教材來說，王兆安、黃俊主編的《電力電子技術(shù)》2000 年出版了第四版，2009 年出版了第五版。全書特點(diǎn)是內(nèi)容緊湊，結(jié)構(gòu)合理，體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展水平，且理論與實(shí)際應(yīng)用各有側(cè)重，難易適中，適合本科教學(xué)。華中科技大學(xué)的陳堅(jiān)主編的《電力電子學(xué)》于2004 年出版第二版，特點(diǎn)是理論推導(dǎo)詳細(xì)，內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)系統(tǒng)，但是由于理論部分過于深入，實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少，適合考研與研究生教學(xué)。此外還有洪乃剛、林渭勛等版本的教材，都各有側(cè)重，反應(yīng)了當(dāng)時(shí)的科技水平。[6]不可否認(rèn)這些經(jīng)典教材在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的突出地位和作用，然而即使是經(jīng)典的教材也需要與時(shí)俱進(jìn)，加入新時(shí)代元素。當(dāng)代電力電子技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：

（1）全控型電子元器件的發(fā)展占據(jù)主流地位。經(jīng)典的半控型器件如晶閘管由于其過載能力較差、易受干擾而誤導(dǎo)通等原因逐漸退出歷史舞臺(tái)，現(xiàn)階段MOSFET 等全控型器件因其開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用。

（2）電子元器件的發(fā)展日趨高頻化。供電電源頻率的提高有利于減少用電設(shè)備的體積和重量，且頻率越高，電路中的波形越理想。

（3）電路結(jié)構(gòu)模塊化與集成化。將電子元器件分立安裝，不僅會(huì)增加工作量，且容易出現(xiàn)安裝錯(cuò)誤。如果將實(shí)現(xiàn)某一特定功能的電路進(jìn)行集成化封裝再批量生產(chǎn)，則可以降低成本，提高可靠性，同時(shí)也有利于企業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

（4）控制數(shù)字化。模擬信號(hào)量受環(huán)境影響較大，例如溫漂導(dǎo)致的誤差等，而離散的數(shù)字信號(hào)則不受工作環(huán)境的影響。利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)控制方案，不僅可以減少電子器件的個(gè)數(shù)，也方便實(shí)施各種控制策略。

這些發(fā)展趨勢(shì)引領(lǐng)著電力電子技術(shù)新形態(tài)教材的發(fā)展方向，通過課本嵌入二維碼實(shí)現(xiàn)新形態(tài)教材的建設(shè)工作。比如可以在復(fù)雜的全控型器件講解內(nèi)容旁邊插入二維碼，學(xué)生可掃碼獲取此器件的結(jié)構(gòu)剖析圖、工作原理以及此器件的主要生產(chǎn)廠家和未來趨勢(shì)，這種教學(xué)方式不僅可以使學(xué)生對(duì)器件有更為立體的理解，也能對(duì)從事制造此類器件的廠家有感性的認(rèn)識(shí)，利于教材與實(shí)際生產(chǎn)接軌；在交-交變頻器等較復(fù)雜的模塊化電路圖旁邊插入二維碼，學(xué)生可掃碼獲取此電路圖的配音講解與動(dòng)態(tài)gif圖，甚至是此圖的仿真軟件，通過形象的講解內(nèi)容與仿真實(shí)操更好理解其工作原理；在PWM 等技術(shù)旁嵌入二維碼，學(xué)生可掃碼獲取此技術(shù)手段在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用以及此技術(shù)的發(fā)展前景，培養(yǎng)學(xué)生的知行合一的意識(shí)，激發(fā)其對(duì)此技術(shù)的新應(yīng)用的憧憬；在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)嵌入二維碼，學(xué)生可掃碼下載仿真軟件以及實(shí)驗(yàn)講解視頻，這樣不僅省去了學(xué)生網(wǎng)上搜尋仿真軟件的時(shí)間，也可以看視頻自習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟等等。

3 總結(jié)

面對(duì)日新月異的科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，“新工科”概念的提出對(duì)工科教育改革有了新的要求與期待，而教材作為課堂教學(xué)的重要載體，是課程改革的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，數(shù)字化新形態(tài)教材建設(shè)就顯得尤為重要。本文針對(duì)電力電子技術(shù)新形態(tài)教材的建設(shè)方案提出若干意見，以期推動(dòng)課程改革的發(fā)展，培育時(shí)代新人。