“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探

摘要：針對目前“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，指明了“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方向，即改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，開展研究性教學(xué)，同時(shí)提供實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)。通過這些行之有效的方法，激發(fā)了學(xué)生科研的興趣，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，在“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中取得了良好的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞：綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；研究性教學(xué)；計(jì)算機(jī)仿真；電力電子技術(shù)

作者簡介：李小武（1979-），男，湖南邵陽人，湖南科技學(xué)院電子工程系，講師；張新安（1956-），男，湖南永州人，湖南科技學(xué)院電子工程系，副教授。（湖南永州425000）

基金項(xiàng)目：本文系湖南省教育廳教改項(xiàng)目（編號(hào)：湘教通[2009]321號(hào)序號(hào)350、湘教通[2010]243號(hào)序號(hào)377）的研究成果。

中圖分類號(hào)：Ｇ642.423#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）13-0093-02

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程與自動(dòng)化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國工業(yè)的整體面貌。電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，也就是使用電力電子器件（如晶閘管、GTO、IGBT等）對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。[1]電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。[2]利用這些電路，根據(jù)應(yīng)用對象的不同組成各種用途的整機(jī)稱為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、信號(hào)檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。由此，“電力電子技術(shù)”課程對于電子信息工程專業(yè)以弱電為主要學(xué)習(xí)對象的學(xué)生來說具有一定的難度，該專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程總覺得索然無味，一堂課學(xué)下來迷茫如初。筆者針對這一問題進(jìn)行了多年的“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)探討與改革，對其教學(xué)方法和內(nèi)容進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)。

一、“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

“電力電子技術(shù)”課程是一門基礎(chǔ)課程，也是實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的一門課程，其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)占據(jù)十分重要的地位，但是目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多問題。

1.教學(xué)內(nèi)容模式化，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)缺乏

目前，“電力電子技術(shù)”所開實(shí)驗(yàn)都為驗(yàn)證理論課程中的一些原理電路，例如：單相橋式全控整流電路的驗(yàn)證；三相橋式全控整流電路的驗(yàn)證。[3]即80%的實(shí)驗(yàn)都為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是為驗(yàn)證理論書中的某個(gè)原理電路圖而開設(shè)，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、設(shè)計(jì)的欲望，只為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性極低，沒有達(dá)到綜合運(yùn)用知識(shí)的目的，導(dǎo)致畢業(yè)生“原始創(chuàng)新活動(dòng)少，模仿性創(chuàng)新不多，高水平的創(chuàng)新成果更少”。[4]

2.綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)缺乏

“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)室一般采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較陳舊，目前所使用的元件大部分為半控型器件晶閘管，很少用到全控型器件，同時(shí)缺乏綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這就導(dǎo)致教學(xué)工作與工程實(shí)踐脫節(jié)，很多學(xué)生走向工作崗位后感覺課堂上學(xué)的內(nèi)容不能服務(wù)于工作。

基于以上分析，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生只為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，沒有充分調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)新性，不利于他們的就業(yè)。因此，為了提高“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)效率，該課程的改革勢在必行。

二、“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本思路

結(jié)合電力電子技術(shù)基礎(chǔ)的課堂教學(xué)內(nèi)容以及“電力電子技術(shù)”課程特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容必須包括電力電子器件工作原理、基本電力電子電路原理、典型電力電子系統(tǒng)應(yīng)用等，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等環(huán)節(jié)上，必須堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、理論與實(shí)踐相結(jié)合為宗旨的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，使學(xué)生既動(dòng)手又動(dòng)腦，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)課程知識(shí)的積極性，同時(shí)豐富工程實(shí)踐知識(shí)，并且能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力，提高他們應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

1.“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的改革

由于電力電子技術(shù)是一門弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，對于初次接觸該門實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生來說操作起來具有很大難度，操作不當(dāng)對元器件的影響也是可想而知的，特別是弱電和強(qiáng)電的接口部分。現(xiàn)在大部分的電力電子實(shí)驗(yàn)室設(shè)備基本能夠滿足驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的需要，但是綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)就有待提高了。所以為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能、動(dòng)手能力和分析問題解決問題的能力，在實(shí)驗(yàn)室中不僅可以做基本原理實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能開設(shè)綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在電力電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)中可以配置電腦，對于綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以利用MATLAB/ Simulink 仿真軟件對電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真。MATLAB是矩陣（Matrix）和實(shí)驗(yàn)室（Laboratory）兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，著重針對科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖的要求，現(xiàn)已成為大學(xué)教學(xué)和科研中最常用且必不可少的工具。[5]目前MATLAB已推出了 MATLAB 6.5及以上版本。MATLAB提供的動(dòng)態(tài)仿真工具Simulink 可以有效地對系統(tǒng)進(jìn)行建模，由于仿真過程是交互式的，可以靈活改變仿真參數(shù)，并且可以立即得到修改參數(shù)后的仿真結(jié)果。[6]在電力電子領(lǐng)域通常利用Simulink 建立電力電子裝置的簡化模型并連接成系統(tǒng)，即可直接進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)和仿真，這樣可以彌補(bǔ)模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足，同時(shí)又能在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中開設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，降低了實(shí)驗(yàn)成本，減少實(shí)驗(yàn)室的投入，同時(shí)又提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

2.在“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)中開展研究性教學(xué)

自1916年美國教育家杜威在《民主主義與教育》一書中創(chuàng)立了“問題教學(xué)法”之后，他的學(xué)生克伯屈依據(jù)其“從做中學(xué)”的教育思想創(chuàng)建了“設(shè)計(jì)教學(xué)法”，研究性教學(xué)法遂成為歐美國家綜合性實(shí)踐類課程的主要教學(xué)方法。在我國，為落實(shí)《2003～2007年教育振興行動(dòng)計(jì)劃》，實(shí)施高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程，教育部于 2005 年在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中提出，要“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”，[4]要求高等學(xué)校在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上為提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力增加綜合性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，積極推進(jìn)討論式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法和合作式學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立研究的能力。[7]

研究性教學(xué)以來自實(shí)踐的真實(shí)問題為基礎(chǔ)，讓學(xué)生在接近真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)。研究性教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力，通過這些能力的培養(yǎng)能增強(qiáng)學(xué)生對未來工作的適應(yīng)能力。其核心問題是如何充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，但其著力點(diǎn)卻是變革教師的教學(xué)思想、觀念、策略和方法，使教師由普通意義上的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)榇偈箤W(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者。因此，可以說研究性大學(xué)開展研究性教學(xué)對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要的意義。

在“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)中為了突破以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可以將實(shí)驗(yàn)劃分為由易到難的三個(gè)層次：基本實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新研究課題。學(xué)生在理解和實(shí)踐基本實(shí)驗(yàn)的同時(shí)參與課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新研究課題，在設(shè)計(jì)和創(chuàng)新中發(fā)現(xiàn)問題，促使學(xué)生需要自學(xué)一些內(nèi)容才能理解和自主設(shè)計(jì)課題的方案，對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力、分析問題和解決問題的能力具有重要意義。同時(shí)在某一個(gè)課題中可能跨一門課內(nèi)容或多門課的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生將所學(xué)課程有機(jī)整合起來，使他們的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加系統(tǒng)化，這樣有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力和綜合能力的提高。

3.“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)實(shí)行開放性教學(xué)

由于“電力電子技術(shù)”傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容確定，方法單一，實(shí)驗(yàn)過程程序化，在某種程度上學(xué)生只能機(jī)械地按圖索驥，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，也阻礙了學(xué)生創(chuàng)新思維的形成。[8]而開放性教學(xué)可以讓學(xué)生自己擬訂實(shí)驗(yàn)方案、制訂實(shí)驗(yàn)步驟，獨(dú)立地通過實(shí)驗(yàn)的觀察和分析去探索研究。但是由于“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開放存在很多困難，因?yàn)閷W(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能有限，如果任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)都作為開放實(shí)驗(yàn)放手讓他們操作，儀器、元件故障發(fā)生率會(huì)比較頻繁，同時(shí)由于學(xué)生儀表操作不規(guī)范，儀器、元件設(shè)備燒損也不可避免，這使得實(shí)驗(yàn)正常開放困難重重，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)提出了更高的要求，這些問題對開放實(shí)驗(yàn)是不利的。[9]同時(shí)開放實(shí)驗(yàn)主要是為有探索要求的學(xué)生而開設(shè)，所以實(shí)驗(yàn)室為了避免在開放實(shí)驗(yàn)中上述問題的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)可以采取由易到難的模式：首先是每個(gè)學(xué)生都必須參與的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑浯问菍τ信d趣想做設(shè)計(jì)性、探索性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，最后是對有極強(qiáng)實(shí)踐要求的學(xué)生，在其通過MATLAB/ Simulink 仿真軟件仿真實(shí)驗(yàn)成功之后提供實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成他們仿真成功的設(shè)計(jì)方案。[10]這樣一套循序漸進(jìn)三級(jí)模式實(shí)驗(yàn)可以滿足不同需求學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，對“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)室開放也提供了可行性方案，在提高實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)臺(tái)利用率的同時(shí)也能提高實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)效率。

三、結(jié)束語

本文針對目前大學(xué)本科階段“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和存在的問題進(jìn)行了分析，提出了“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向，即改革教學(xué)平臺(tái)，開展研究性教學(xué)，同時(shí)對主動(dòng)積極學(xué)習(xí)的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)。這些行之有效的方法必將對“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，有助于本專業(yè)學(xué)生人才素質(zhì)的提高。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）