“電力電子裝置及技術”課程教學改革探討

摘要：為了提高“電力電子裝置及技術”課程的教學效果，對該課程的教學內容、教學方法和手段以及考核方式進行了改革。通過教學內容改革，學生掌握了幾類電力電子裝置的工作原理、運行特性以及所采用的控制方法；采用興趣教學、高質量的多媒體教學和仿真輔助教學的方法和手段，提高了教學效率，激發了學生學習電力電子裝置的興趣；通過考核方式改革，杜絕了學生小論文抄襲的問題。實踐證明，教學改革取得了良好效果。

關鍵詞：電力電子；教學方法；教學改革；考核方式

作者簡介：姚志壘（1981-），男，江蘇溧陽人，鹽城工學院電氣工程學院，副教授。（江蘇 鹽城 224051）

基金項目：本文系鹽城工學院2013年度校級教改研究項目（項目編號：32）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0052-02

“電力電子裝置及技術”是電類專業的一門專業選修課。[1]該課程是在“電力電子技術”課程的基礎上，進一步介紹變流電路的結構、工作原理、功能指標，電力電子實用裝置的構成、基本電量的計算方法和所有裝置需解決的共同技術問題。[2-3]該課程涵蓋知識的內容多、面廣、難度大、實用性強，能培養學生將知識融會貫通，提高學生綜合應用知識解決實際問題的能力。因此，如何從教學內容、教學方法和手段以及考核方式等方面進行改革值得探討。

一、教學內容的改革

1.理論教學內容的改革

該課程的課時數為40學時。由于它是一門應用性課程，因此需要在書本內容的基礎上，緊跟時代前沿，增加一些當今熱門課題的內容，如：電力電子裝置在新能源發電系統和節能環保中的應用等，以便為學生找工作或讀研找課題提供參考。

選用楊蔭福等編寫的《電力電子裝置及系統》作為本課程的教材。[3]由于該教材第1章中半導體電力電子開關器件和第2章高頻開關電源的內容已分別在“電力電子技術”和“開關電源及技術”課程中詳細講述，因此該課程不再贅述。

所選教學內容具體如下：

（1）電力電子裝置及系統概述（2學時）：電力電子裝置及系統的概念；電力電子裝置的主要類型；電力電子裝置的應用概況；電力電子裝置的發展前景。

（2）逆變器（4學時）：逆變器概論；單相和三相恒頻恒壓正弦波逆變器；感應加熱電源。

（3）不間斷電源UPS（6學時）：UPS的功能及原理；UPS的組成和設計（包括蓄電池組、整流器和PFC電路、逆變器、切換電路、濾波電路、旁路控制電源和系統輔助電源、接地裝置、保護和報警系統）；UPS輸出電壓控制。

（4）晶閘管變流裝置（6學時）：晶閘管交流變換器；交流凈化型穩壓電源；晶閘管諧振型逆變器。

（5）電力系統用電力電子裝置（6學時）：電力系統無功補償；電力系統有源濾波裝置；電力系統諧波與無功功率綜合補償；遠距離直流輸電。

（6）電力電子裝置的研制與試驗（14學時）：電力電子裝置研制流程；研究對象的方案論證；主電路設計（包括輸出濾波器、輸出變壓器、緩沖電路、直流濾波電路和主開關器件設計）；控制系統及輔助電源設計（包括抗沖擊負荷電路、調壓環節、過溫保護、輔助電源和驅動電路的設計）；電磁兼容技術和措施；電路仿真；整機調試與電性能試驗；結構設計和例行試驗。

（7）電力電子裝置在當今熱門課題中的應用（2學時）：選擇應用于當今熱門課題的某個電力電子裝置作為教學內容，如：直直變換器在光伏發電系統中的應用、并網逆變器在新能源發電系統中的應用等內容。

2.開設實驗教學內容

為了進一步驗證理論分析，提高學生的實踐能力，應開設一定的實驗教學內容。該課程的實驗教學可以充分利用江蘇省電氣與新能源實驗教學示范中心的新能源實驗室和電力系統無功補償實驗室，完成一些高頻電力電子裝置實驗項目，如：電力系統無功補償、電力系統有源濾波、升壓變換器在光伏發電系統中的應用和并網逆變器在風力發電系統中的應用等實驗項目。

二、教學方法和手段的改革

1.興趣教學，激發學生學習積極性

緊貼社會的要求進行學前教育，把社會的需求和學生學習的需求有機統一，從而激發學生的學習積極性。

學生從高中進入大學后，學習的目標改變了，如果說學生在中小學時是以升學作為他們的目標，那么，進入大學后他們的目標已經轉向了就業。因此，要使學生了解社會對人才知識結構的需求及其變化，使學生意識到該課程作為大四的專業選修課對今后工作以及再深造的重要性，從而使他們一開始就認識到該課程必須學，而且要學得非常好。

第一次上課，在講完電力電子裝置的應用概況后，了解每個學生對電力電子裝置感興趣的應用領域，布置學生通過網絡搜索或圖書館查找其感興趣應用領域的相關資料，并做成PPT，以備上該應用領域課時做報告。此后，每次上課時，先讓對該節課教學內容感興趣的學生用PPT做報告（每個學生報告5分鐘，學生提問2分鐘），講述相應應用領域的研究背景和國內外研究現狀，然后由教師講解具體教學內容。通過該興趣教學的方法，可以激發學生的學習積極性，培養學生做科技報告的能力，為學生畢業設計選題和答辯奠定良好的基礎。

2.提高多媒體教學質量

隨著現代化水平的不斷提高，上課基本都已采用多媒體進行教學。但多媒體課件也不能是黑板板書的簡單復制，最好配以一定的動畫和聲音，以便吸引學生的注意力，調動學生學習的積極性。如：在講解電路工作模態時，采用“動作路徑”的動畫格式，讓學生清楚地看到電流在電路中的流通路徑，更深刻地理解所學知識；學生在下半節課時往往會開小差，注意力不集中，可通過在切換幻燈片時配以一定的聲音，吸引學生的注意力；在講解習題或舉例時，先以某個習題為例進行講解，解題步驟逐步顯示，而不是一下子顯示所有答案，保留了板書的優點，然后總結歸納解題方法，最后再以習題對所述方法進行鞏固。

3.采用仿真輔助教學

用仿真的方法不僅可以初步驗證電路原理和參數設計的正確性，還能仿真試驗極限條件下的特殊情況，從而有效地減少電力電子裝置的設計費用，縮短電力電子裝置的設計周期，優化參數設計，提高裝置的可靠性。常用的電力電子仿真軟件有：Saber、Pspice和Matlab中的Simulink等。以其中的Saber仿真軟件為例對所設計4kW、400Hz的中頻電源進行仿真驗證。學生可以通過仿真進一步加深對理論知識的理解，此外，對較復雜或不易懂的電路可以通過仿真查看電路各點的波形反推電路工作過程，從而掌握電路的工作原理。

三、考核方式的改革

該課程采用小論文的考核方式。考核的總成績包括平時成績（20%）、平時PPT報告成績（30%）和小論文考核成績（50%）。其中，平時成績包括學生的出勤和平時作業；平時PPT報告成績主要是檢查學生對電力電子裝置感興趣應用領域相關知識的預習情況，考核學生運用Powerpoint軟件制作PPT的能力、口頭表達能力和回答同學提問時的應變能力；小論文考核成績主要包括測試學生書寫小論文的能力（包括中英文摘要、引言、正文、結論和參考文獻）、利用word軟件書寫小論文和排版的能力。小論文要求學生從電源設計領域、電機調速用電力電子裝置、電力系統領域、汽車電子領域、綠色照明領域、新能源開發領域和其他與電力電子裝置相關的領域中選擇1種領域撰寫。此外，要求寫相同領域小論文的學生相互商量各自研究方向，確保每個學生的小論文題目和內容不雷同。通過上述小論文考核，杜絕了學生相互抄襲小論文的現象，學生在選題上發揮了主觀能動性，選題范圍比較寬。學生在查閱資料完成小論文的過程中，了解了國內外電力電子裝置相關領域的國內外研究現狀，初步掌握了電力電子裝置主電路設計、控制系統設計、仿真及結果分析這一流程。

四、結束語

近年來，我們緊跟時代前沿，及時更新“電力電子裝置及技術”課程的教學內容，在實際教學中采用興趣教學、高質量的多媒體教學和仿真輔助教學的教學方法，采用“一人一題”的小論文考核方式，對“電力電子裝置及技術”課程進行了一系列改革，取得了良好的教學效果，得到了學院領導和學生的一致好評。

參考文獻：

[1]陳仲.“電力電子裝置及控制”課程教學設計的研究與探索[J].電氣電子教學學報，2008，（S1）.

[2]葉斌.電力電子應用技術[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統[M].北京：清華大學出版社，2012.

（責任編輯：劉輝）