甘學(xué)濤 王雷 譚親躍 劉澤 毛秀麗

摘要 要實現(xiàn)“雙碳”國家戰(zhàn)略目標(biāo)，習(xí)近平總書記強調(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。文章針對目前“電力電子技術(shù)”課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀，提出了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中的一些不足，從改進教學(xué)實驗設(shè)備、實驗教材及實驗方法等方面對如何提高該課程實驗教學(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)；實驗教學(xué)改革

中圖分類號：G424文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.029

2021年習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議上，對碳達峰、碳中和做出重要部署，強調(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”背景下我國能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向。在2022年中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會上，習(xí)近平總書記代表第十九屆中央委員會向大會作報告，題目為《高舉中國特色社會主義偉大旗幟，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家而團結(jié)奮斗》，習(xí)近平總書記在二十大報告中提出，“積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，有計劃分步驟實施碳達峰行動，深入推進能源革命，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，積極參與應(yīng)對氣候變化全球治理”。對電力行業(yè)而言，要實現(xiàn)國家“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)與課程實驗教學(xué)改革有機結(jié)合，為“雙碳”發(fā)展目標(biāo)的早日實現(xiàn)提供人才儲備與技術(shù)支撐。作為電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，“電力電子技術(shù)”實驗教學(xué)也必將迎來新的變革。本文結(jié)合目前“電力電子技術(shù)”課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀，對如何改進該課程的實驗教學(xué)質(zhì)量做了初步分析與探索。

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

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

第一，在實驗設(shè)備上，該課程的實驗教學(xué)大部分以傳統(tǒng)電力電子技術(shù)教學(xué)實驗平臺為主，這些教學(xué)實驗平臺在操作的便利性、安全性等方面有著很多優(yōu)勢，學(xué)生在進行該課程的教學(xué)實驗時，只需對照實驗指導(dǎo)書上的電路圖在實驗平臺上簡單插線，就能完成基本的實驗，這種實驗方式簡化了學(xué)生的實驗步驟，使學(xué)生能很快完成相關(guān)實驗并進行測試。但在“雙碳”背景下，我們不僅需要學(xué)生熟悉基本實驗項目的操作技巧，還需要加強學(xué)生在新能源發(fā)電方面的實驗操作技能，但這些傳統(tǒng)實驗平臺一般不具備也無法滿足這些新能源發(fā)電項目的實驗需求。

第二，在實驗內(nèi)容上，由于學(xué)時限制，目前電氣工程及其自動化專業(yè)主要完成教材上的基本實驗，如單相和三相整流電流、逆變電路、變頻電路等，這些實驗項目均以驗證性實驗為主，學(xué)生無須完成實際電路的構(gòu)建與調(diào)試，這也大大弱化了學(xué)生的實際動手能力。實驗教材也普遍是采用和實驗平臺配套的實驗指導(dǎo)書，由于實驗設(shè)備的使用年限問題，必然導(dǎo)致實驗平臺和教材在技術(shù)上無法引進最新的科學(xué)技術(shù)。但隨著國家電網(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)，而目前的實驗內(nèi)容與日新月異的新技術(shù)無法匹配。

第三，在實驗方法上，教師在課程實驗中往往只能關(guān)注本門課程的基本實驗，采取老師指導(dǎo)、學(xué)生照著做的模式，這種實驗方式大大弱化了學(xué)生的實際動手能力，學(xué)生在做完這些實驗后普遍感覺收獲不大，對電力電子技術(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)的實際建設(shè)中。同時，由于學(xué)生對課堂理論知識的掌握程度參差不齊，造成部分學(xué)生對實驗過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象難以很好地掌握與理解，也就無法進行技術(shù)創(chuàng)新，使得實驗效果與“雙碳”背景下國家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)存在不小差距。

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

2“電力電子和技術(shù)”課程實驗教學(xué)改革措施探討

針對目前“電力電子和技術(shù)”實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和不足，本文認為應(yīng)該采取如下幾點措施，切實提高該課程的實驗教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生實踐能力的提高。

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

在黨中央、國務(wù)院關(guān)于碳達峰碳中和的重大戰(zhàn)略部署中，明確提出“全面推進風(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)電總裝機容量達到12億千瓦以上?！薄半p碳”目標(biāo)為我國未來新能源的發(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)新行動計劃》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遇，因此，高校應(yīng)該把握時機，積極將“雙碳”建設(shè)理念融入課程實驗教學(xué)中，在原教學(xué)平臺的基礎(chǔ)上，大力引進更新各種電力電子技術(shù)最新的實驗設(shè)備，積極購置太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺，開發(fā)新型太陽能、風(fēng)能等零碳排放電力發(fā)電技術(shù)以及儲能技術(shù)，加強高比例可再生能源并網(wǎng)、特高壓輸電、新型直流配電、分布式能源等先進能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究。探索開發(fā)各種創(chuàng)新型實驗設(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，為國家實現(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)，引進最新的電力電子技術(shù)，完善實驗教材建設(shè)

一本好的教材是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，對實驗教學(xué)也是如此。目前在電力電子技術(shù)的實驗教學(xué)中，普遍采用和實驗平臺配套的教材，這些教材主要是針對該實驗平臺編寫的，多為該課程中一些普通性、驗證性的實驗，而且學(xué)校經(jīng)費條件有限，實驗教學(xué)平臺往往要使用很長的時間，這導(dǎo)致了實驗平臺及其實驗教材的落伍，在技術(shù)上無法引進最新的科學(xué)技術(shù)，學(xué)生在實驗過程中也就無法接觸最先進的技術(shù)。因此，高校應(yīng)該在改善實驗設(shè)備的同時，以“雙碳”目標(biāo)為指導(dǎo)，積極探索最新的電力電子技術(shù)，在實驗教材中增加有關(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，積極引進并及時更新先進的電力電子技術(shù)，讓學(xué)生能接觸這些新技術(shù)，緊跟時代潮流，為將來的工作打下堅實的基礎(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)，完善實驗教學(xué)方法與手段

目前在電力電子技術(shù)課程實驗過程中，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，學(xué)生更多的是去請教老師，而不是自己動手去解決問題時，這種實驗方式無助于學(xué)生實踐能力的提高。筆者認為應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生自己思考，獨立完成電路實驗，敢于嘗試，在電路出現(xiàn)問題時，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)，鼓勵學(xué)生在完成基本實驗后，積極嘗試工程型、創(chuàng)新型實驗，比如讓學(xué)生獨立制作開發(fā)新型風(fēng)力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)，促進學(xué)生將所學(xué)的整流、逆變、控制等知識點結(jié)合起來，讓學(xué)生仿佛置身于實際風(fēng)力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，在實驗過程中不斷反思、不斷嘗試、不斷改進，提高學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新思維能力。

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

對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，我們不能局限于學(xué)校的實驗室。作為實驗教學(xué)的一個重要補充，我們應(yīng)該以碳達峰、碳中和行動方案為指引，積極主動聯(lián)系現(xiàn)代新能源企業(yè)，讓學(xué)生走進現(xiàn)代新能源企業(yè)，讓學(xué)生進入太陽能和風(fēng)力發(fā)電站，親身體會新能源發(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)展趨勢和其對電力系統(tǒng)的巨大貢獻，在實際生活中去學(xué)習(xí)、體會，使學(xué)生切實感受到電力電子技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的核心作用，加強其學(xué)習(xí)的興趣和緊迫感。

2.5加強和其他課程的實驗聯(lián)系，形成有效的知識體系

電氣工程及其自動化專業(yè)是一門系統(tǒng)的學(xué)科，各門課程之間都有著很強的聯(lián)系，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，不應(yīng)過多強調(diào)單門課程的實驗，而應(yīng)加強和其他相關(guān)課程的實驗交叉、互動，如在電力電子技術(shù)的變頻實驗中，可以和電機學(xué)、控制理論等課程實驗聯(lián)系起來；同時在其他課程實驗教學(xué)中也可融入電力電子技術(shù)的知識，將相關(guān)課程融會貫通，形成一個有效的知識體系，這對于學(xué)生掌握整個學(xué)科有著重要的意義，也必將提高電力電子技術(shù)課程實驗教學(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生態(tài)文明建設(shè)、保障國家能源安全、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出的一項重大部署，對我國能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。要實現(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化專業(yè)的本科生，將會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)該積極對標(biāo)“雙碳”目標(biāo)，積極引進各種新型太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺，探索開發(fā)各種創(chuàng)新型實驗設(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，為國家實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和中國式現(xiàn)代化培養(yǎng)高層次創(chuàng)新型人才。

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

參考文獻

[1]習(xí)近平主持召開中央財經(jīng)委員會第九次會議[EB/OL].（2021-03-15）. http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/content_5593154.htm.

[2]習(xí)近平在中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會上的報告：高舉中國特色社會主義偉大旗幟，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家而團結(jié)奮斗[EB/OL].（2022-10-25）. http：//www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/ content_5721685.htm.

[3]教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》的通知[EB/OL].（2021-07-12）. http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-07/29/content_ 5628172.htm.

[4]國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知[EB/OL].（2021-10-26）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm.

[5]章誠，鄭玉潔，凌紅.中國的“雙碳”目標(biāo)與實踐：形成邏輯、現(xiàn)實挑戰(zhàn)、社會風(fēng)險及推進進路[J].河海大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版）， 2022，24（6）：78-87，131.

[6]張珍珍，呂清泉，張健美.“雙碳”目標(biāo)下分布式光伏發(fā)電技術(shù)的研究進展及展望[J].太陽能，2023（1）：17-21.

[7]郝麗麗，張廣明，崔行磊，等.“雙碳”目標(biāo)下電氣工程研究生跨學(xué)科培養(yǎng)模式探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2022（21）：129-131，149.

[8]張巧杰，李慧，張利，等.新工科背景下電力電子技術(shù)分層實踐教學(xué)模式探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2023（1），99-101，107.

[9]陳斌，方藝萍.“雙碳”戰(zhàn)略背景下環(huán)境類新工科“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)與實踐探究[J].高教學(xué)刊，2021，7（s1）：29-33.

[10]呂石磊，王冉.“30 60”雙碳目標(biāo)下建環(huán)專業(yè)的教學(xué)改革與思考[J].高教學(xué)刊，2021，7（30）：62-65，69.