電力電子技術(shù)理論實踐一體化教學(xué)初探

電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)，實現(xiàn)對電能的控制、變換和傳輸?shù)目茖W(xué)，是現(xiàn)代電子學(xué)的一個重要分支，是介于電氣工程的三大主要領(lǐng)域——電力、電子和控制之間的交叉學(xué)科，在電力、工業(yè)、交通、通信、航空航天等很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。因此，電力電子技術(shù)是機電一體化專業(yè)學(xué)生必須掌握的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識。

電力電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個方面，成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機工程、計算機科學(xué)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電力電子技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性學(xué)科。電力電子技術(shù)不但本身是一項高新技術(shù)，而且是其他多項高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。正是由于該課程是一門綜合性學(xué)科，對于高職學(xué)生來說，如果按照高等學(xué)校那樣的傳統(tǒng)式教育，即一般所指的“先生講，學(xué)生聽”，教師傳授知識，學(xué)生接受知識的“灌輸式教學(xué)”，不能適應(yīng)現(xiàn)在高職學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，需要根據(jù)學(xué)生的實際情況，采用合適的教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善教學(xué)效果。對于電力電子技術(shù)這門課程，高職學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀是怎樣的呢？

一、高職學(xué)生學(xué)情分析

首先，高職學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的目的是學(xué)會應(yīng)用這些電路，即了解電力電子技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，熟悉典型電力電子器件的工作原理、外特性和主要參數(shù)，各類電力電子變換電路的基本工作原理、分析方法，而不是參與這些電路的設(shè)計與計算。所以如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，除了抽象的波形分析，還有一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)，這些對于高職學(xué)生而言相對比較枯燥，而且覺得深不可測，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，尤其是某些高職學(xué)生的基礎(chǔ)課的知識相對薄弱，一些專業(yè)基礎(chǔ)課例如電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)沒有掌握好的話，學(xué)起來非常吃力，這樣的教學(xué)效果是非常差的。

其次，電力電子技術(shù)是一門理論性和實踐性均較強的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，就算是以理論教學(xué)為主，附加開展個別實驗，尤其是驗證性實驗，學(xué)生還是沒有學(xué)習(xí)興趣，覺得實用性不強，今后也涉及不到這方面的內(nèi)容，學(xué)習(xí)積極性不高。因此，如果實驗沒有從實際應(yīng)用出發(fā)，與學(xué)生今后的就業(yè)相關(guān)不大，這樣的實驗效果就不理想。

根據(jù)學(xué)生的實際情況，結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備，學(xué)生今后畢業(yè)的工作要求，我們提出了電力電子技術(shù)這門課程采用理論實踐一體化教學(xué)。

二、采用理論實踐一體化電力電子教學(xué)

1.劃分模塊，增加應(yīng)用部分。

采用理論實踐一體化教學(xué)之后，我們對電力電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容進行了重新整合，將電力電子技術(shù)這門課程劃分為基礎(chǔ)模塊和應(yīng)用模塊兩大部分，基礎(chǔ)模塊以介紹電力電子器件的工作原理、外特性和主要參數(shù)以及各類電力電子變換電路的基本工作原理為主，應(yīng)用模塊以電力電子變換電路為主，與直流電動機組成相應(yīng)控制電路。

（1）基礎(chǔ)模塊

基礎(chǔ)模塊就是常見的電力電子電路的分析，其中結(jié)合相關(guān)的電路中出現(xiàn)的電力電子器件，簡單地介紹這些器件的工作原理、外特性和主要參數(shù)的介紹。根據(jù)電力電子電路的主要功能分成以下五個課題：不可控整流電路、可控整流電路、交流調(diào)壓電路、直流變換電路和變頻器，這五個課題還有相應(yīng)的子課題，具體如表1.1所示。

（2）應(yīng)用模塊

結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有的實驗設(shè)備，我們將現(xiàn)有的電力電子實驗板和電機板組合起來，搭建直流調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)所能搭建的電路分類，應(yīng)用模塊具體分成以下三個課題：不可逆調(diào)速系統(tǒng)、可逆調(diào)速系統(tǒng)和直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（見表1.2）。

2.以實踐為主，簡化理論教學(xué)。

由于進行了模塊劃分，在進行基礎(chǔ)模塊教學(xué)時，通常將學(xué)生分成幾個小組，循序漸進地完成各個課題。每個課題設(shè)置兩至三個實驗為主，相關(guān)的理論知識以簡單介紹為主，主要是波形分析不涉及相關(guān)的計算。對于學(xué)生來說，通過親自參與試驗動手調(diào)出相應(yīng)的波形，并且畫出波形，記錄相關(guān)參數(shù)，由此了解電路的工作原理，并且配有相應(yīng)的思考題幫助學(xué)生加深了解相應(yīng)電路的工作原理。比如說單相半波不可控整流電路，電感性負(fù)載時電路的工作原理，讓學(xué)生將電感接入電路，變成電感性負(fù)載，如圖1.1所示。

讓學(xué)生測量電路的輸出電壓波形，學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)輸出電壓的波形發(fā)生了改變，出現(xiàn)了一段負(fù)電壓區(qū)。對這種情況，學(xué)生會自己思考“為什么會產(chǎn)生這樣的波形？如何才能消除負(fù)電壓區(qū)？”自己去查找原因，通過當(dāng)場與教師交流，來解決問題。親自動手充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能夠主動參與整個學(xué)習(xí)過程，這種學(xué)習(xí)方式比起在課堂中枯燥的理論教學(xué)更生動具體，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率高。

3.搭建應(yīng)用平臺，讓學(xué)生學(xué)以致用。

在基礎(chǔ)模塊的基礎(chǔ)上，將基礎(chǔ)模塊的基本電路與直流電動機組成調(diào)速系統(tǒng)，讓學(xué)生了解電力電子電路的簡單應(yīng)用，這樣就為學(xué)生搭建了一個應(yīng)用平臺，組成了應(yīng)用模塊。對于應(yīng)用模塊可以根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況提供難易不同的課題供學(xué)生選擇，讓學(xué)生完成相應(yīng)的課題。通過完成課題，學(xué)生初步了解了電力電子變換電路的應(yīng)用，如何完成電路的控制。比如說，由晶閘管組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，學(xué)生拿到課題之后可以參閱相關(guān)資料，自己確定電路圖，將整流電路與直流電動機連接，調(diào)出設(shè)定的轉(zhuǎn)速，畫出實際的波形圖，通過提供一個反電動勢負(fù)載模擬逆變過程。學(xué)生通過完成課題，掌握了通過調(diào)節(jié)控制角調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法。一些學(xué)得較好的學(xué)生，還可以掌握通過兩組晶閘管的配合控制，完成可逆調(diào)速系統(tǒng)的控制。這樣學(xué)生覺得自己是學(xué)習(xí)的主體，從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”。

4.科學(xué)評價，建立激勵機制。

由于是理論實踐一體化的教學(xué)模式，我們不再采用傳統(tǒng)的學(xué)生學(xué)業(yè)評價中的“一考定全局”終結(jié)性評價模式，采用多樣化的考試方式，學(xué)生的學(xué)業(yè)成績的構(gòu)成也是多元化的，要將每個課題的完成情況作為平時考查成績和最后的考試成績按一定比例綜合成為課程總成績。特別要重視與評價學(xué)生的創(chuàng)建和研究與創(chuàng)新能力及其成果，給予一定的加分，作為一種激勵措施。課程考核評價方案應(yīng)在開課時公開的告訴學(xué)生，讓學(xué)生能夠自動參與評價，充分體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。

三、教學(xué)效果

這種以理論實踐一體化的教學(xué)方法是以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。課程的學(xué)習(xí)逐步深入，通過實踐不斷有新的問題出現(xiàn)，學(xué)生有興趣解決這些問題，因此他們會積極地組織自己的學(xué)習(xí)，通過書本或者其他的信息渠道尋找答案，在尋找答案的過程中，查閱資料，學(xué)會了如何搜集有用的信息；在與同學(xué)、教師的討論中，他們學(xué)會了如何與人交往，在課堂上向大家表述自己小組的結(jié)論和想法，鍛煉了學(xué)生綜合信息以及團隊合作能力和自我表達能力。教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對知識的掌握有不同的層次，只進行閱讀掌握10%；如果只是聽教師講，沒有視覺感應(yīng)，掌握26%；如果只是視覺效果，掌握30%；如果聽和看結(jié)合，掌握50%；如果可以簡單地重復(fù)講出來，掌握70%；而如果自己通過做而講出來就掌握了90%，因此，這種理論實踐一體化的教學(xué)模式，使學(xué)生參與教與學(xué)的過程，學(xué)生能夠最大程度地掌握所學(xué)的知識，而且各方面能力得到了鍛煉，課程講授也達到了最終目標(biāo)。

四、結(jié)語

我們對電力電子技術(shù)實施理論實踐一體化的教學(xué)，其實也是一種參照德國雙元制的教學(xué)模式的改革，這種改革使我們反思了“教”與“學(xué)”的關(guān)系，在教學(xué)過程中強調(diào)以學(xué)生為主，教師作為教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者。今后這類教學(xué)改革，我們還要不斷地進行，使學(xué)生更快更好地掌握電力電子技術(shù)，能夠在工作崗位上更好地應(yīng)用這些知識，成為應(yīng)用型人才。

參考文獻：

［1］王兆安，黃俊主編.電力電子技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［2］楊海蓮.以學(xué)生為中心進行基礎(chǔ)生物化學(xué)研究性教學(xué)［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2006，(2).

［3］謝秉智.積極推動研究性教學(xué)的創(chuàng)新能力［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2006，(2).