以強(qiáng)電為特色的《電力電子技術(shù)》課程改革淺析

王紅+黃知超+李彩林

【摘 要】通過《電力電子技術(shù)》課程的教學(xué)改革，突出本專業(yè)強(qiáng)電特色，明確培養(yǎng)目標(biāo)，改進(jìn)教學(xué)方法，更新教學(xué)內(nèi)容，從以經(jīng)典元器件為主體的教學(xué)內(nèi)容逐步轉(zhuǎn)向以全控型器件為主導(dǎo)的電力電子電路的教學(xué)模式，加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，引入仿真軟件，增設(shè)實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制，提高學(xué)生的工程應(yīng)用意識(shí)和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù) 教學(xué)改革 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 仿真

1 引言

我院開設(shè)《電力電子技術(shù)》課程已有二十余年，是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程之一，本課程知識(shí)面廣，涉及面寬，觸角已伸到各行各業(yè)，小到一個(gè)開關(guān)的設(shè)計(jì)，大到宇航飛機(jī)的研究都有它的身影。根據(jù)對(duì)往年畢業(yè)生就業(yè)情況調(diào)查可知，社會(huì)對(duì)本專業(yè)的需求很大，國(guó)企有電力公司、供電局、發(fā)電站、國(guó)家電網(wǎng)、變電所，其他企業(yè)有施耐德電氣、通用電氣、三菱電機(jī)、西門子，畢業(yè)生能做的工作：在強(qiáng)電方面有工廠電氣、工控（PLC）、軟件方面可做項(xiàng)目開發(fā)和技術(shù)支持等。據(jù)就業(yè)于上海、廣州等沿海一帶的畢業(yè)生反饋情況，“社會(huì)需要有真才實(shí)學(xué)的，應(yīng)用實(shí)踐能力強(qiáng)的人才”，“學(xué)生務(wù)必要學(xué)好專業(yè)知識(shí)，不能存在僥幸心理和無所謂的態(tài)度，將來受害的還是自己。”我院一直重視課程改革，取得了一些成績(jī)，但在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，形勢(shì)依然嚴(yán)峻，沿海發(fā)達(dá)城市人才競(jìng)爭(zhēng)激烈，為了更好使畢業(yè)生服務(wù)于社會(huì)，嚴(yán)抓本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，使畢業(yè)生學(xué)有所用，學(xué)有所長(zhǎng)，根據(jù)筆者從事本專業(yè)教學(xué)15余年的體會(huì)，走訪國(guó)內(nèi)幾所高校，借鑒專業(yè)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為原有的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式已不符合本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)。如何充分有效地利用課堂，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中融入素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出社會(huì)市場(chǎng)需要的人才，已成為當(dāng)前教學(xué)改革迫切需要解決的問題。

2 調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法

2.1 多本教材內(nèi)容辯證學(xué)習(xí)，突出強(qiáng)電特色

筆者調(diào)研了幾所一流大學(xué)，如清華大學(xué)，華中科技大學(xué)，西安交通大學(xué)等，這些高校大都采用“九五”國(guó)家級(jí)重點(diǎn)教材，規(guī)劃教材及省部級(jí)優(yōu)秀教材，如機(jī)械工業(yè)出版社出版，王兆安、劉進(jìn)軍教授合編的《電力電子技術(shù)》（第5版），華中科技大學(xué)陳堅(jiān)教授主編的電力電子變換和控制技術(shù)，西南交通大學(xué)出版社出版的郭世明、黃念慈教授主編的《電力電子技術(shù)》，等。以上教材各有特色，陳堅(jiān)教授主編的教材內(nèi)容連貫，分析透徹，主要面向電氣專業(yè)研究生，其他三本教材學(xué)生反映理論推導(dǎo)多，講解深澀，例題少，有印刷錯(cuò)誤等。根據(jù)教材和教育發(fā)展的新形勢(shì)和要求，筆者認(rèn)為選用教材應(yīng)遵循“以應(yīng)用為目的”的培養(yǎng)目標(biāo)，在保證本學(xué)科知識(shí)內(nèi)容體系完整的前提下，既緊跟電力電子技術(shù)發(fā)展的脈搏，反映本學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，又遵循高等技術(shù)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，我院電氣工程一級(jí)學(xué)科主要偏向強(qiáng)電應(yīng)用，這是與控制工程專業(yè)及其他自動(dòng)化類相關(guān)專業(yè)的顯著區(qū)別。在參考多本教材基礎(chǔ)上，如何使教材內(nèi)容更具有實(shí)用性，符合電氣工程專業(yè)的人才培養(yǎng)要求，是開展教學(xué)改革的首要解決的問題。在內(nèi)容上應(yīng)重點(diǎn)講授 IGBT、GTR、GTO 等全控型電力電子器件及由這些元件構(gòu)成的電路，在四大類基本變流電路中刪減應(yīng)用較少的器件和電路，逐步轉(zhuǎn)向以交流變頻和逆變電路的應(yīng)用為主，介紹開關(guān)電源、PWM控制技術(shù)和UPS裝置的工作原理及組合變流電路為輔的教學(xué)模式。

2.2 更新教學(xué)方法

教師在教學(xué)過程中應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，以學(xué)生為主體，教師起到引導(dǎo)啟發(fā)鼓勵(lì)的作用，在遵循大綱的基礎(chǔ)上圍繞各知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生的理解能力組織安排教學(xué)內(nèi)容。針對(duì)該門課程波形多，公式多，計(jì)算量大的特點(diǎn)，可以選擇講授部分典型電路的工作原理和公式推導(dǎo)，另部分內(nèi)容啟發(fā)學(xué)生自行完成，通過課堂提問檢驗(yàn)自學(xué)情況，根據(jù)表現(xiàn)酌情增加平時(shí)成績(jī)。經(jīng)過實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法是積極有效的，一定程度上弱化學(xué)生的依賴性，對(duì)培養(yǎng)和發(fā)展自學(xué)能力有一定的提高，重拾面對(duì)困難的勇氣和信心。

2.3 輔助多媒體教學(xué)

課堂教學(xué)中把傳統(tǒng)板書和多媒體教學(xué)緊密結(jié)合，繼續(xù)發(fā)揚(yáng)黑板現(xiàn)場(chǎng)推理，對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容反復(fù)標(biāo)記及留存記憶的特點(diǎn)，同時(shí)配合多媒體課件的視頻、音頻、動(dòng)畫、圖形、文本等元素的表現(xiàn)，使波形動(dòng)態(tài)展示，刺激學(xué)生大腦興奮點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生了解下文知識(shí)的興趣。如采用flash動(dòng)畫播放單相橋式電壓型逆變電路的工作過程，動(dòng)態(tài)顯示PWM控制下載波與信號(hào)波變化情況，實(shí)踐表明，學(xué)生表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣，內(nèi)容上也容易理解。

3 加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，鍛煉實(shí)踐能力

3.1 改變考核機(jī)制 全面調(diào)動(dòng)學(xué)生

《電力電子技術(shù)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，單獨(dú)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，由原來的三個(gè)實(shí)驗(yàn)6課時(shí)增加到四個(gè)實(shí)驗(yàn)8課時(shí)，成績(jī)計(jì)算是由每次實(shí)驗(yàn)平均得到，由于缺乏必要的考核手段，大部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重要性缺乏認(rèn)識(shí)，往往是對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_，實(shí)驗(yàn)步驟不了解，一個(gè)批次十余人一臺(tái)控制柜，動(dòng)手接線的只有少數(shù)學(xué)生，大部分只是應(yīng)付點(diǎn)名簽到，記錄數(shù)據(jù)等，相當(dāng)多的學(xué)生不懂得常用電工儀器的操作，基本的用電安全知識(shí)等。為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，規(guī)范實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)管理，應(yīng)改變?cè)械目己梭w制，酌情增加實(shí)驗(yàn)考核，實(shí)驗(yàn)考試的成績(jī)?cè)u(píng)定可由平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)兩方面組成，具體由實(shí)驗(yàn)老師制定，根據(jù)學(xué)生情況逐漸加大考核比例。實(shí)驗(yàn)課的考核形式包括筆試、口試和操作三種形式，實(shí)驗(yàn)老師可根據(jù)需要選擇以上三種形式的一種或幾種組合進(jìn)行考試。

3.2 增加綜合性實(shí)驗(yàn)， 突出強(qiáng)電特色

我院《電力電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課多為驗(yàn)證性，驗(yàn)證課堂的理論知識(shí)和已有的實(shí)驗(yàn)成果，但實(shí)驗(yàn)中學(xué)生的收獲不大，大部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募邦A(yù)期結(jié)果知之甚少，而且通常是在整個(gè)理論教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束之后，才進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生知識(shí)上銜接不牢。因此本著培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的目標(biāo)，應(yīng)該提高綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例。 綜合性實(shí)驗(yàn)由老師按照工程設(shè)計(jì)的要求給出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生按照所學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)電路并在老師的指導(dǎo)下完成，這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。改進(jìn)后在實(shí)驗(yàn)時(shí)間上結(jié)合教學(xué)進(jìn)度安排，在典型章節(jié)講授之后就開設(shè)對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)理論教學(xué)中各知識(shí)點(diǎn)的理解，內(nèi)容上單相橋式有源逆變電路的研究和三相橋式半控整流電路的研究為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性試驗(yàn)——HEF4752變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及直流斬波電路性能研究—設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，偏重于全控器件的應(yīng)用及其組成的強(qiáng)電電路。endprint

3.3 增設(shè)課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)

課程設(shè)計(jì)是工科實(shí)踐教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是根據(jù)教學(xué)計(jì)劃的要求在教師指導(dǎo)下對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)或?qū)I(yè)技術(shù)訓(xùn)練，目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)，分析和解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向技能的初步轉(zhuǎn)化。 電力電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比，課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力方面的作用更大。前幾年我院開出的《電力電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》專業(yè)任選課由于學(xué)生選課人數(shù)過少而取消，很多院校在課程設(shè)計(jì)方面做出了有益的探索，北方交通大學(xué)電氣工程系籌備建立由計(jì)算機(jī)、可編程控制器、各種變流裝置和各種電機(jī)結(jié)構(gòu)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，支持各種綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。 南京航空航天大學(xué)將電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、機(jī)械基礎(chǔ)等課程聯(lián)系起來，學(xué)生根據(jù)不同選題在開放式平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，獨(dú)立實(shí)踐。 為此我院也在大力開展各種電力電子課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和學(xué)時(shí)的改革，希望借鑒一些成果開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足更多的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.4 引入優(yōu)秀仿真軟件

計(jì)算機(jī)仿真是使用計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的模型進(jìn)行研究，具有精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，有利于幫助學(xué)生分析和理解課堂內(nèi)容。市場(chǎng)上出現(xiàn)了大量的仿真軟件，我們引入了電氣與電力電子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析軟件 SIMPLORER。該軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的應(yīng)用于多學(xué)科高性能系統(tǒng)仿真軟件。運(yùn)用仿真可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)和參數(shù)的修正，提高實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試的成功率，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。該軟件不但可用于“電力電子技術(shù)”的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)及輔助教學(xué)，而且可作為后續(xù)課程《電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)》仿真和研究的有力工具。實(shí)踐證明，學(xué)生通過仿真加深了理解，強(qiáng)化了記憶。

4 結(jié)束語

《電力電子技術(shù)》課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其學(xué)術(shù)性和技術(shù)性都較強(qiáng)，涉及的領(lǐng)域很廣。教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，既需要學(xué)校的經(jīng)費(fèi)投入，也要教師的努力探索，還需要學(xué)生的積極配合，在不斷實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高教學(xué)水平，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，一個(gè)不斷探索的過程。目前我院對(duì)本課程的教學(xué)改革還在初級(jí)階段，教師任重道遠(yuǎn)，我們繼續(xù)努力提高教學(xué)水平，積極探索教學(xué)內(nèi)容、深化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革，以適應(yīng)培養(yǎng)新形勢(shì)下的人才需求。

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