摘  要：注意到《电工技术》课程教材未能有效展示基础理论的前沿应用这一问题，本文从优化教学内容、改革教学方法等方面开展教学创新实践，通过增加电动汽车无线充电技术建模与分析等应用案例，将电工学基础理论与控制理论、信号处理等其他学科知识结合以开展对前沿科技中关键问题研究。通过产学研融合培养激发学习兴趣和创新意识，提高解决问题和创新思维能力，培养复合型高等教育人才。

关键词：教学创新实践；电工技术；控制理论；信号处理

国家教育改革提出的三个要求为教育体系的优化与发展指明了方向，尤其是在课程建设、教材编写和科研反哺教学方面，这些要求对提高教育质量具有深远的影响[1]。首先，全面提高课程建设质量，意味着课程的内容不仅要符合时代发展的需求，还需要关注学生的实际需求以及职业市场的要求。这一要求促使教育者不断反思和改进教学内容、方法以及评估体系，确保学生在课程学习中获得最前沿的知识和技能。这不仅要求课程内容要科学合理，还要具有一定的灵活性和适应性，以应对快速发展的社会需求。其次，推动高水平教材的编写与使用，强调教材不仅要具备学术性，还需要具备实用性和易操作性。高水平的教材能够帮助学生更好地理解抽象的理论知识，同时也能提高学生的实际操作能力。因此，编写教材时需要更多地考虑到如何将理论与实践相结合，以提高学生的学习效果。再次，推动科研反哺教学，意味着科研成果应该与教学内容进行对接，确保学生在课堂上能够接触到最新的科研成果。科研活动不仅可以提升教师的专业能力，还能为教学提供新鲜的素材和方法，从而提高教学的质量和水平。

以《电工技术》课程为例，作为工科专业中的基础核心课程，它的内容涉及电路分析、正弦交流电路、变压器和电机控制等多个领域，既具备深厚的理论性，又需要强大的实践能力。为了让学生更好地掌握这些内容，教师不仅要注重教学内容的传授，还要通过实验、项目以及行业案例来强化学生的实践能力和动手能力。通过理论与实践相结合的教学模式，学生可以更好地理解电工技术的基本原理，同时掌握解决实际问题的能力[2-3]。

一、电工技术课程教学现存问题

（一）教学内容局限

当前广泛使用的《电工技术》教科书在理论知识的应用方面存在显著不足，缺乏案例实践介绍，主要内容集中于成熟的电路基础理论知识，一定程度上影响了教学质量和学习体验。为了适应现代电工技术的迅速发展和广泛应用，面向科技发展前沿更新教学内容以满足当代需求至关重要。新的教材应该更加涉及综合利用电工技术以及相关领域的理论以分析复杂系统的性能、设计解决方案等方面的实际案例的使用。通过增加应用导向型案例研究，可以帮助学生深刻理解理论知识，并将其应用到实际问题分析中。

另一方面，作为理论课程的重要补充，电工技术实验课程通常偏向于验证性实验。这类实验通常操作简单且技术要求较低，但也因此限制了实验内容的创新性和针对性。由于设备和技术的限制，学生难以在实验中进行真正的创新和探索，这使得他们在课堂上难以培养出解决实际问题的能力[4]。

为了改进这种情况，可以考虑更新实验设备，引入更多面临现代技术挑战的实验项目，鼓励学生在实验中提出新的想法和解决方案。此外，通过跨学科的合作和资源整合，可以为学生提供更多实践机会，促进他们的学习兴趣和实际动手能力的发展。

（二）教学模式落后

当前电工课程教学中大多以传统知识讲授和封闭式考试形式完成。这种教学方式虽具有高效和整体性特征，偏重于对知识的记忆性和解题性掌握，但无法对学生的学习动机、创新能力做出有效判断，也忽视了他们的实际学习需求和能力发展[5]，因此在培养学生独立思考和创新思维方面存在显著局限性。例如学生可能会过度依赖书本知识，而不是通过自主探索和实践活动来深化对知识的理解和应用，不利于学生的后续发展。

二、产学研融合电工技术教学探索

    针对电工技术课程教学中存在的三个问题，本教学团队在本科课程教学实践中做出如下探索性改革尝试：

（一）增加基础理论前沿应用介绍。在保留传统电工技术课程中电路分析方法、暂态分析、正弦稳态电路、三相电路、磁路与铁心线圈电路等重要基本内容的基础上，根据项目组科研实际情况对内容进行创新和调整，以电动汽车无线充电为场景的典型应用案例，增加了利用电工技术知识对复杂系统建模方面的介绍。电动汽车无线充电系统（Dynamic Wireless Charging System, DWCS），通过埋于地面下的供电导轨借助于高频交变磁场将发射线圈段电能传输给在地面上一定范围内移动的车辆底盘上的接收线圈，进而经过整流后实现给汽车供电。DWCS技术可解决电动汽车的续航里程焦虑问题，同时电能补给过程不发生直接电路联系，因此也更加安全、便捷。DWCS主要研究电能传输距离、耦合线圈侧移、车辆行驶速度对接收端充电性能和充电效率的影响。吸引了美国、韩国、法国等不少国家研究机构的研发兴趣。国内也有包括重庆大学、东南大学以及上海大学在内等多家高校也在开展DWCS方面的研究。国网苏州公司开发了车辆静态无线充电系统无线充电站（Static Wireless Charging System, SWCS），并投入试运行，但尚未实现移动无线充电功能。

在课程教学中，以电动汽车无线充电为具体场景，介绍移动无线充电系统的建模与分析，具体内容为：介绍利用工程数学中的广义状态空间平均法基本知识，并展示如何利用电工理论中的基尔霍夫定理与广义状态空间平均法结合推导出DWCS系统的建模过程，同时利用电路理论中的毕奥-萨伐尔定律推导出发射线圈与接收线圈间的互感。进一步考虑到有相当比例的本课程学生为自动化或电气自动化等相关专业学生，结合这一特点，进一步延伸介绍了如何基于所建立的线性化参数时变模型设计状态反馈控制器，以优化移动无线充电过程的动态和稳态性能[6-8]。通过本次介绍，有力展示了基础电工技术理论如何与既有的信号变换和控制理论相结合以解决前沿工程中新问题，拓展学生的知识面，激发学习积极性和创新意识。

（二）增加实验展示环节。构建了移动无线充电实验平台以验证所建模型有效性。实验平台主要包括：功率分析仪、数字源表、电流直接输入单元、电子负载、无线发射端和接收端以及移动实验台架等组件。同时借此机会也讲授功率分析仪、数字电表等常用仪表的使用方法，以及展示如何在实验中验证理论结果，发现理论结果的不足之处并设计相应解决方案。

三、教学效果分析

通过为连续两届本科生电工技术课程中增加对车用移动无线充电系统建模与分析介绍、以及实验平台展示，在以下两个方面取得了较好的教学效果：

（一）将学科前沿研究纳入基础课程教学。通过上述引入无线充电系统的相关知识，使得电工技术课程教学不仅仅局限于传授课程大纲中的基础知识，还将前沿研究内容融入本科教学，展示了从基础理论学习到科学研究的连贯过程，增强了学生对理论知识的学习热情。例如，将无线充电系统的相关知识引入《电工技术》课程，不仅拓宽了课程的知识视野，还增强了课程的现实意义。无线充电作为近年来电力工程与电子技术领域的重要突破之一，已经广泛应用于智能手机、电动汽车等设备的充电系统中，涉及电磁场、谐振、电能传输等复杂的工程技术问题。通过将这一前沿技术引入到课程中，学生能够在学习传统的电路分析、交流电机等基础内容的同时，了解无线充电系统的工作原理、技术难点以及应用场景，从而激发他们对课程内容的兴趣和学习热情。通过将基础理论教学与科学研究前沿紧密结合，展示了基础理论知识在实践应用中的重要性，加深对学生所学内容的理解和记忆，为学生提供了在真实场景中解决问题和进行创新思维的机会，培养了解决复杂问题所需的基础能力。

（二）通过增加理论结果的验证环节，加深了学生对理论与实践紧密结合必要性的认识。实验是验证理论知识和理论结果准确性的有效途径。通过实验验证，不仅能够培养学生解决问题和创新思维的能力，还能够显著激发学习的兴趣[9-12]。通过增加对移动无线充电系统数学建模和实验验证的介绍，有效加深了对电路基础理论的理解，极大地增强了学习投入度和学习效果，显著改善学习成绩和长期的学习动机。

四、结语

本文介绍了通过将电工技术基础知识、信号处理理论以及自动控制相关理论相结合，以移动无线充电系统的建模与分析这一前沿研究为载体，构建产学研三位一体的电工技术新型课程体系。这一教学改革探索，不仅仅是课程内容的简单更新，而是教育发展理念的转变。通过在教学中引入前沿科技，可以更好地激发学习兴趣，有助于培养既能迅速解决企业技术问题，又能运用理论知识进行独立探索的复合型本科人才。

教育部产学研合作协同育人项目（202102058009）。

参考文献

[1]张建华,任峰.“三教”改革理念在中职课程的应用分析——以中职“数控铣床编程与操作”课程为例[J].南方农机,2024,55(13):180-184.

[2]李建海,王成刚,王晶,张大为.《电工技术》课程理实一体化教学改革研究[J].中国电力教育,2021,(12):74-75.

[3]付晖.信息化时代下电工电子技术的发展研究[J].科技风，2022(1):56-58.

[4]张镭.《电工电子技术》课程“教学做”一体化教学模式的研究[J].现代教育与实践,2024,6(3):222-224.

[5]马精慧，宋杨.基于线性变参数模型的汽车移动无线充电系统研究，电子测量技术，2018，41(4), 16-23.

[6]张迎辉,张仁醒.高职教育中技能实训模式的比较、研究与创新实践[J].黑龙江高教研究会,2008(11):92-94.

责编 / 马铭阳