“人工智能+”背景下“電力電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革

“人工智能+〞背景下“電力電子技術(shù)根底〞課程教學(xué)改革〔〕:

摘要：隨著人工智能技術(shù)的快速開展，其與電氣自動化領(lǐng)域的結(jié)合越來越嚴密，但是目前電力電子技術(shù)課程內(nèi)容僅局限于傳統(tǒng)根底知識，教學(xué)內(nèi)容與時代背景脫節(jié)。本文針對目前電力電子技術(shù)課程內(nèi)容局限問題，提出"人工智能+";背景下"電力電子技術(shù)根底";課程教學(xué)改革思路：結(jié)合人工智能技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用實例，通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，啟發(fā)示地讓學(xué)生掌握人工智能背景下的電力電子技術(shù)特點，為我國培養(yǎng)自動化領(lǐng)域的創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；電力電子技術(shù)；仿真實驗；教學(xué)改革

本文引用格式：劉輝,等."人工智能+";背景下"電力電子技術(shù)根底";課程教學(xué)改革[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(97):66-68.

一引言

"電力電子技術(shù)根底";作為自動化及其相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)根底課，是學(xué)生們學(xué)好后續(xù)眾多專業(yè)課的重要保障【1】。基于該課程的重要地位，目前全國各高校對"電力電子技術(shù)根底";課程教學(xué)非常重視，進展大量教學(xué)改革工作并獲得了豐碩的研究成果[2-4]。但是，關(guān)于課程前沿性內(nèi)容的改革卻少有人關(guān)注。高校教育是我國新興人才的主要培養(yǎng)方式，其目的是為國家輸送大量前沿型、創(chuàng)新型和實用型人才。為此，高校的課程建立應(yīng)該與課程相關(guān)領(lǐng)域的前沿知識嚴密結(jié)合。在為學(xué)生打下結(jié)實專業(yè)知識根底的同時，還需要培養(yǎng)學(xué)生的前瞻性和創(chuàng)新性，真正做到"立足當(dāng)下";與"放眼將來";。

人工智能是一門新的技術(shù)科學(xué)，它屬于計算機科學(xué)的分支，是一種交融信息理論、控制方法和計算機應(yīng)用的綜合學(xué)科體系。電力電子技術(shù)是一門屬于電氣領(lǐng)域的新興技術(shù)，其目的在于使用電力電子元件對電能進展變換和控制。人工智能技術(shù)與電力電子技術(shù)結(jié)合的有優(yōu)點包含兩個層面。在技術(shù)層面，人工智能技術(shù)可以進步電氣系統(tǒng)的操作效率，進步電力電子電路的魯棒性從而減少反響時間，最終起到簡化電力電子工程電路的作用。同時人工智能技術(shù)還可以進步傳統(tǒng)電力電子系統(tǒng)的控制精度。在經(jīng)濟層面，相比于傳統(tǒng)電力電子技術(shù)，智能化后的電力電子技術(shù)具有更高的經(jīng)濟價值，大大減少了人工本錢，從而進步工程企業(yè)的消費效率。因此，隨著現(xiàn)代技術(shù)的開展，為了減少運行本錢，進步工作效率，把人工智能的先進研究成果與電力電子技術(shù)控制相結(jié)合必定是將來的主要研究方向。

在這樣的背景下，結(jié)合當(dāng)前人工智能技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域的熾熱研究現(xiàn)狀，我們認為進展"人工智能+";背景下"電力電子技術(shù)";課程教學(xué)改革思路探究意義重大。

二現(xiàn)存教學(xué)缺陷分析

由于"電力電子技術(shù)";內(nèi)容繁瑣，知識零碎抽象，理論性較強且技術(shù)更新迭代周期較短，現(xiàn)有的陳舊教學(xué)體系越來越不能滿足國家對人才培養(yǎng)的要求。目前"電力電子技術(shù)";的教學(xué)缺陷突出表如今以下幾個方面。

〔一〕教學(xué)內(nèi)容局限，缺乏前瞻性討論

"電力電子技術(shù)";課堂內(nèi)容包含各種電力電子器件、整流電路、逆變電路、直流-直流變流電路、交流-交流變流電路、PWM控制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、電力電子器件應(yīng)用的共性問題、電力電子技術(shù)的應(yīng)用等。這些內(nèi)容局限于傳統(tǒng)電力電子技術(shù)的知識體系，缺少對前沿技術(shù)的應(yīng)用與討論，導(dǎo)致目前教學(xué)內(nèi)容不能充分滿足國家對于培養(yǎng)前沿型、創(chuàng)新型和實用型人才的要求。在為學(xué)生打下良好的專業(yè)知識根底的同時，目前的教學(xué)大綱缺少從理論知識向前沿應(yīng)用邁進的步驟。

〔二〕教學(xué)方式枯燥，缺少自主性與交互性

目前"電力電子技術(shù)";的教學(xué)思想還是以教師課程教授知識為主，忽略了教學(xué)培養(yǎng)的本質(zhì)是對學(xué)生才能、素質(zhì)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)側(cè)重于對知識點的死記硬背，無視了自身理論動手才能與創(chuàng)新應(yīng)用才能的培養(yǎng)。其次，在教學(xué)形式上，教師照舊是課程的主導(dǎo)者，從而無視了學(xué)生在課堂中的主體地位，導(dǎo)致課程講授知識點過多過細，學(xué)生在課堂上缺少討論交流的時機，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。而且課堂教學(xué)嚴重依賴電子課件，教師教學(xué)進程過快，課堂沉悶，交互性差【5】。

〔三〕教學(xué)實驗單一，與技術(shù)應(yīng)用脫節(jié)

目前各高校的"電力電子技術(shù)根底";課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)普遍沒有受到重視，存在有效實驗課程少、實驗設(shè)備不全、實驗教學(xué)與理論教學(xué)進度不一致等問題。而且教學(xué)實驗的內(nèi)容單一，僅僅是對課堂知識的簡單復(fù)現(xiàn)，且多為驗證性或演示性實驗，導(dǎo)致學(xué)生缺少親自動手設(shè)計、實現(xiàn)和調(diào)試電路的時機，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性動手理論才能?；谝陨显颍瑢?dǎo)致目前"電力電子技術(shù)根底";的實驗教學(xué)沒有到達應(yīng)有的作用，無法幫助學(xué)生對課堂教學(xué)所學(xué)知識進展穩(wěn)固升華。

三教學(xué)內(nèi)容與方式改革

針對上述"電力電子技術(shù)";課程教學(xué)存在的相關(guān)問題，本課題組針對"人工智能+";背景下"電力電子技術(shù)";進展相關(guān)探究改革，以增加該課程的前沿性與創(chuàng)新性為目的，從教學(xué)內(nèi)容制定、教學(xué)方式創(chuàng)新和教學(xué)實驗設(shè)計三方面，對現(xiàn)有"電力電子技術(shù)";課程教學(xué)進展大膽創(chuàng)新與改革。其詳細內(nèi)容如下。

〔一〕課程內(nèi)容制定

目前人工智能技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含以下方面：〔1〕數(shù)據(jù)智慧采集：對電力電子電路中涉及到的所有開關(guān)量和模擬量，在要求明確的前提下，都能通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)自動采集、簡單數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)存儲；〔2〕數(shù)據(jù)可視化：將采集到的電力電子電路數(shù)據(jù)進展動態(tài)顯示，實時展示電路中各元件的運行狀態(tài)；〔3〕智慧運行監(jiān)控：結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與實時采集數(shù)據(jù)，運行人工智能技術(shù)對電力電子電路狀態(tài)進展智能自動監(jiān)控。當(dāng)電路發(fā)生異常時，可以實現(xiàn)自動警示功能；〔4〕電力電子故障診斷：在以上技術(shù)應(yīng)用的根底上，通過人工智能模型訓(xùn)練，實現(xiàn)電力電子技術(shù)電路故障自動判斷。本文改革的思路牢扣"人工智能+";背景下的電力電子技術(shù)應(yīng)用特點，分別從人工智能技術(shù)概述、人工智能技術(shù)與電力電子的電路數(shù)據(jù)采集、人工智能技術(shù)與電力電子的電路數(shù)據(jù)可視化、人工智能技術(shù)與電力電子的電路運行狀態(tài)監(jiān)控和人工智能技術(shù)與電力電子的電路故障診斷這五個方面進展相關(guān)前沿技術(shù)介紹，并通過增設(shè)人工智能技術(shù)與電力電子應(yīng)用實驗，讓學(xué)生對人工智能在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用有較為全面的認識。詳細的"人工智能+";背景下教學(xué)內(nèi)容改革及要求如表1所示。

〔二〕教學(xué)方式創(chuàng)新

針對上述"電力電子技術(shù)";目前存在的教學(xué)方式枯燥問題，提出電力電子應(yīng)用場景的模擬教學(xué)。通過教師使用實物教學(xué)工具的手段，對電力電子技術(shù)的應(yīng)用場景進展模擬再現(xiàn)。通過這一舉措，可以進步學(xué)生在課堂上對所學(xué)知識汲取理解的程度，增強課堂教學(xué)的興趣性與交互性。

同時，為了加強實驗教學(xué)與理論教學(xué)的嚴密型，增加學(xué)生集中匯報實驗過程、實驗結(jié)果和實驗分析的課程匯報環(huán)節(jié)，并采集全班師生共同點評的方式進展交流學(xué)習(xí)，從而進步學(xué)生課程學(xué)習(xí)的自主性。通過上述方法，可以有效改善目前的"灌輸式";教學(xué)方式，到達調(diào)用學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情的目的，實現(xiàn)"啟發(fā)式";教學(xué)。

〔三〕實驗仿真設(shè)計

針對上述"電力電子根底";實驗方式學(xué)習(xí)效率低下的問題，加大實驗投入，改變實驗方式。"電力電子根底";是一門實際應(yīng)用性很強的課程，本次課程改革通過增加實驗課時的比例、更換老舊實驗設(shè)備以及合理安排實驗理論等舉措，抑制上述實驗教學(xué)走馬觀花、和課程教學(xué)聯(lián)絡(luò)不嚴密缺乏理論動手才能的缺陷。

結(jié)合上述課程內(nèi)容改革，增加相關(guān)人工智能與電力電子技術(shù)的應(yīng)用實驗。相關(guān)實驗內(nèi)容與課堂教學(xué)知識嚴密相連，并采用章節(jié)實驗的方式，保持實驗進度與理論教學(xué)進度保持一致，幫助學(xué)生有效吸收課堂所學(xué)知識。詳細的"人工智能+";背景下教學(xué)實驗改革及要求如表2所示。

四課程考核方式和評價的教學(xué)改革

完善的課程考核和評價方法是保證課程教學(xué)效果最有效的方法。在保存根本閉卷考試形式時，增設(shè)實驗大作業(yè)的考核方法，讓學(xué)生在自主實驗過程中掌握所學(xué)知識，并在實驗分析的過程中完成對課堂知識的進一步掌握。以下是實驗大作業(yè)的評分標準：

〔1〕對所研究的實驗應(yīng)用場景進展深化的分析，抽象建立數(shù)學(xué)模型。

〔2〕設(shè)計算法模型方案，選取合理的電路參數(shù)并進展正確的數(shù)據(jù)預(yù)處理，選取適宜的人工智能算法模型，最終實驗仿真結(jié)果真實可靠。

〔3〕實驗仿真局部獨立自主完成，可使用MATLAB編程、SIMULINK仿真、MATLAB/SIMULINK

混合編程，運用課堂上未講過的算法、工具等。

〔4〕對實驗結(jié)果進展詳細分析，總結(jié)人工智能技術(shù)與電力電子技術(shù)結(jié)合的特點。

五結(jié)語

"電力電子技術(shù)";作為自動化相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)根底課，應(yīng)在進展專業(yè)根底知識教學(xué)的同時，進展電力電子領(lǐng)域前沿知識的探究與考慮，培養(yǎng)該領(lǐng)域的前沿型、創(chuàng)新型和實用型人才?；谝陨峡紤]，本文提出"人工智能+";背景下"電力電子技術(shù)根底";課程教學(xué)改革思路，通過相關(guān)課程內(nèi)容建立、課堂方式創(chuàng)新和實驗教學(xué)設(shè)計三種方法，引導(dǎo)學(xué)生進展啟發(fā)式學(xué)習(xí)，熟悉人人工智能技術(shù)與電力電子技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的學(xué)科特點，為我國培養(yǎng)自動化領(lǐng)域的所需人才。本文所提出的改革思路將會在本人將來教學(xué)中進展理論與分析。

參考文獻

【1】于躍,劉加存,徐今強,等.高校電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革淺析[J].教育現(xiàn)代化,2022,(24):26.

【2】孫秀桂,張洪斌,彭建榮,等工程問題設(shè)計在"電力電子技術(shù)";課程教學(xué)改革中的應(yīng)用與理論[J].大理大學(xué)學(xué)報,2022,(6):9.

【3】