電力電子與自控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

摘要：通過(guò)對(duì)電力電子與自控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，總結(jié)了北京建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心實(shí)踐教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)，將課程中涉及的理論、實(shí)踐和工程實(shí)訓(xùn)進(jìn)行多層次、模塊化劃分并有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新能力；模塊化；教學(xué)體系

作者簡(jiǎn)介：陰振勇（1956-），男，北京人，北京建筑工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。（北京100044）

中圖分類(lèi)號(hào)：G642#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）06-0106-02

科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展需要基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)寬厚、具備創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的高素質(zhì)人才。突出綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)是高等學(xué)校本科教育的目標(biāo)。教育部早在《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》文件中明確指出：“實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有特殊作用。”因此，高等教育必須適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求，實(shí)踐教學(xué)始終是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，有著其他教學(xué)過(guò)程無(wú)法替代的顯著作用。應(yīng)用型人才應(yīng)具有一定的理論基礎(chǔ)、較高的專(zhuān)業(yè)技能和很強(qiáng)的工程實(shí)踐應(yīng)用能力。根據(jù)北京建筑工程學(xué)院“立足首都，面向全國(guó)，依托建筑業(yè)，服務(wù)城市化”努力培養(yǎng)為城市化服務(wù)的、德智體美全面發(fā)展、具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才的辦學(xué)基本定位，針對(duì)北京地區(qū)二類(lèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，結(jié)合北京建筑工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我院”）的辦學(xué)特色和歷屆畢業(yè)生的追蹤反饋信息及建筑生產(chǎn)企業(yè)對(duì)高校教學(xué)的要求，對(duì)“電力電子”、“電機(jī)拖動(dòng)與自控系統(tǒng)”及“交流調(diào)速”課程體系進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

一、課程體系總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)我院辦學(xué)定位，提出了以“工程應(yīng)用能力”培養(yǎng)為主線(xiàn)，專(zhuān)業(yè)內(nèi)容以“應(yīng)用為目的”，基礎(chǔ)理論以“夠用為尺度”的教學(xué)改革思想。通過(guò)對(duì)課程的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，強(qiáng)調(diào)了掌握概念、強(qiáng)化技能、培養(yǎng)工程應(yīng)用能力的教學(xué)重點(diǎn)。明確了專(zhuān)業(yè)課程教育目的是為北京市城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)從事建筑行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)應(yīng)用型人才。建立起了以北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“建筑電氣與智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”為核心，搭建起多層次、模塊化教學(xué)為主平臺(tái)，輔以多元化教學(xué)方式的實(shí)踐基地。

二、傳統(tǒng)課程存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)普通高等學(xué)校的教學(xué)模式普遍存在著重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象。由于我院電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是由傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化過(guò)渡而來(lái)的，是一個(gè)強(qiáng)電為主，強(qiáng)弱電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相互滲透的寬口徑專(zhuān)業(yè)，而“電力電子”、“電機(jī)拖動(dòng)與自控系統(tǒng)”及“交流調(diào)速”課程的特點(diǎn)是所涉及的基礎(chǔ)理論和知識(shí)面廣，要求基礎(chǔ)理論扎實(shí)，學(xué)生要有很強(qiáng)的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力以及實(shí)踐能力。而傳統(tǒng)課程表現(xiàn)出教材厚、內(nèi)容廣、學(xué)時(shí)多，教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)的系統(tǒng)性和理論的完整性，缺乏工程應(yīng)用的針對(duì)性和實(shí)用性，尤其是課程所設(shè)及的內(nèi)容不能結(jié)合建筑領(lǐng)域，學(xué)生不知上述課程學(xué)完以后在建筑行業(yè)能有什么用處，學(xué)習(xí)積極性不高，這種學(xué)術(shù)型的教學(xué)模式顯然不適應(yīng)對(duì)高級(jí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)目標(biāo)，因此，對(duì)上述課程改革勢(shì)在必行，為了強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，首先需要改革的便是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

三、教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐

1.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，探索新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

近年來(lái)，我院實(shí)驗(yàn)中心在如何拓寬學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)平臺(tái)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等方面進(jìn)行了一系列有針對(duì)性的研究和實(shí)踐。

（1）調(diào)整實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃。在學(xué)時(shí)安排上增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，壓縮了理論學(xué)時(shí)，如電力電子實(shí)驗(yàn)課由過(guò)去的6學(xué)時(shí)改為8學(xué)時(shí)，并增加了2周電力電子綜合大實(shí)驗(yàn)。將“交流調(diào)速”與“直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)”兩門(mén)課程合并，原實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不變。把原有3周直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)大實(shí)驗(yàn)改為4周交、直流調(diào)速系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)。為此，新購(gòu)進(jìn)20套實(shí)驗(yàn)設(shè)備。同時(shí)為了提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，將“電力電子”、“交流調(diào)速”、“電機(jī)拖動(dòng)與自控系統(tǒng)”課程的實(shí)驗(yàn)分為不同學(xué)期，這樣可以使學(xué)生由過(guò)去的3個(gè)人一組改為2個(gè)人一組，增加了學(xué)生的動(dòng)手能力。

（2）完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在實(shí)驗(yàn)中心的正確領(lǐng)導(dǎo)下，和任課教師一起修改了實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)大綱，重新編寫(xiě)了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。完善了學(xué)生重修、重做一般性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)管理制度，學(xué)生實(shí)驗(yàn)登記制度。從教學(xué)管理上督促學(xué)生從思想上重視實(shí)踐能力的培訓(xùn)。

（3）重視實(shí)驗(yàn)考核和實(shí)驗(yàn)成績(jī)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核上，強(qiáng)調(diào)要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和項(xiàng)目中規(guī)定的考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，既有實(shí)際操作技能的考試，同時(shí)增加了筆試內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谄谀┏煽?jī)的比重，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占期末總成績(jī)20%~30%，特別注重過(guò)程考核和綜合能力測(cè)評(píng)，以確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于綜合實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)型大實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)課，采用單獨(dú)考試，以答辯的形式進(jìn)行考核。幾年來(lái)取得了明顯效果。

現(xiàn)在“電力電子”、“交流調(diào)速”、“電機(jī)拖動(dòng)與控制系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)正按照教學(xué)改革計(jì)劃制定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系有目的、有步驟地進(jìn)行和完善。從已完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)看，教學(xué)的目的性、針對(duì)性及其實(shí)際效果都有了明顯的提高。

2.建立多層次、模塊化教學(xué)體系

根據(jù)對(duì)人才所需知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求，重新構(gòu)建了電專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系，確定了由易到難循序漸進(jìn)的分層次、模塊化教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)了理論與實(shí)踐并重，理論為應(yīng)用服務(wù)的原則，增大實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比重，采用“基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)”多層次實(shí)踐教學(xué)模式，體現(xiàn)以培養(yǎng)具有獨(dú)立思考和創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為重點(diǎn)的教育特色。

（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)多以驗(yàn)證性為主，屬于培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)踐能力。主要對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)、基本方法、基本技能的規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性訓(xùn)練和指導(dǎo)。通過(guò)這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握常用儀器、儀表的使用，學(xué)會(huì)參數(shù)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等基本實(shí)驗(yàn)技能。以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力為目的，鞏固深化理論知識(shí)。這其中安排了鋸齒波觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)、單相橋式可控整流實(shí)驗(yàn)、三相半波可控整流實(shí)驗(yàn)、三相全波可控整流實(shí)驗(yàn)、開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和三相交流調(diào)壓調(diào)速試驗(yàn)等。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加深了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、科學(xué)、思維開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

（2）綜合性實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、開(kāi)發(fā)智力和創(chuàng)新意識(shí)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。要求學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)能靈活掌握，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的應(yīng)用能力，鍛煉學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能，積累科學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成具有綜合知識(shí)內(nèi)容的綜合性實(shí)驗(yàn)。主要安排了三相可控整流仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)試驗(yàn)、異步電動(dòng)機(jī)SPWM與電壓空間矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、基于DSP的矢量變換控制與直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)涉及到模電、數(shù)電、電力電子、自控系統(tǒng)、電機(jī)拖動(dòng)、自控理論及交流調(diào)速等課程。學(xué)生通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)，將這些知識(shí)有機(jī)的串聯(lián)起來(lái)，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)和創(chuàng)新能力的目的。

（3）綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。主要是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、科學(xué)的研究和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力是在認(rèn)識(shí)能力、應(yīng)用能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更高層次的能力培養(yǎng)。我們?cè)趯?shí)踐教學(xué)方法中采用了開(kāi)放式的實(shí)踐教學(xué)模式，學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室。我們主要教學(xué)計(jì)劃是：第一，安排2周時(shí)間，通過(guò)電力電子等課程所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)制作一臺(tái)不間斷穩(wěn)壓電源；第二，安排3周時(shí)間，設(shè)計(jì)調(diào)試直流拖動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課一改過(guò)去教師扶著學(xué)生走的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，而讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)原理圖、硬件電路及流程圖。并親自動(dòng)手焊接、調(diào)試電路。這對(duì)學(xué)生是一種全新的實(shí)驗(yàn)方式，在這里將給學(xué)生一定的自主權(quán)，使他們面對(duì)實(shí)際問(wèn)題來(lái)發(fā)揮自己的聰明才智，檢驗(yàn)自己的學(xué)識(shí)水平，在解決實(shí)際問(wèn)題中來(lái)提高自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生學(xué)會(huì)了查閱文件資料，撰寫(xiě)論文，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最后拿出自己的設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)成果，為今后科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

（4）工程實(shí)訓(xùn)。注重培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能和動(dòng)手能力，強(qiáng)化工程應(yīng)用能力和實(shí)操訓(xùn)練是工科院校教學(xué)實(shí)踐的內(nèi)容。結(jié)合我院的辦學(xué)定位和行業(yè)特色，明確了專(zhuān)業(yè)課程教育目的是為北京市城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)從事建筑行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)應(yīng)用型人才。為此，電信學(xué)院建立了“建筑電氣智能控制中心”實(shí)訓(xùn)基地和電力電子與電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)大興校區(qū)實(shí)訓(xùn)基地。兩個(gè)實(shí)訓(xùn)基地，可完成電梯控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)水泵交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、動(dòng)力和照明配電系統(tǒng)、低壓電器控制設(shè)備等內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)。這些系統(tǒng)完全是建筑電氣領(lǐng)域中真實(shí)系統(tǒng)的微縮，完全模擬實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的真實(shí)情況，是真實(shí)可操作的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它突出行業(yè)特點(diǎn)，整個(gè)工程實(shí)訓(xùn)過(guò)程也就是鞏固理論、擴(kuò)展知識(shí)面、增加動(dòng)手能力和開(kāi)拓智力的過(guò)程。它使以往所學(xué)的知識(shí)在緊張的思維設(shè)計(jì)、巧妙的具體使用中得到升華，并在解決一個(gè)又一個(gè)的難題中得到樂(lè)趣。

學(xué)生在實(shí)訓(xùn)基地中既可接受實(shí)際操作的職業(yè)素質(zhì)訓(xùn)練和職業(yè)技能訓(xùn)練，又可以對(duì)現(xiàn)代建筑中的幾大典型電氣控制系統(tǒng)建立真實(shí)的感官認(rèn)識(shí)和工程應(yīng)用技能操作訓(xùn)練，對(duì)未來(lái)所從事的行業(yè)充滿(mǎn)信心，可以更好地找到理論與實(shí)踐的結(jié)合點(diǎn)。

四、結(jié)論

實(shí)踐證明，幾年來(lái)，實(shí)驗(yàn)中心依照“基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)”的多層次、模塊化的實(shí)踐教學(xué)方式，突出了以創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點(diǎn)的專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)特色；體現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)改革內(nèi)容體系的創(chuàng)新。通過(guò)對(duì)“電力電子及自控系統(tǒng)”課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與改革，已初見(jiàn)成效，使北京建筑工程學(xué)院的電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的實(shí)踐意識(shí)、操作技能、工程應(yīng)用等專(zhuān)業(yè)綜合素質(zhì)得到了很大提高，使實(shí)踐教學(xué)步入多元化、科學(xué)化的軌道，拓展了學(xué)校的發(fā)展空間。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）