應用型人才培養模式下“電力電子技術”教學改革與實踐

摘要：根據學校應用型人才培養的要求，結合電氣工程及其自動化專業“電力電子技術”課程的特點和教學實際，以理論教學為基礎，采用多種方式方法充分調動學生學習的積極性，進而充分利用學校現有的實驗條件，鼓勵學生將理論應用到實際。多個實踐環節的設置可以使學生們充分鍛煉自己的動手能力和創新能力。通過對教學內容、教學方式、理論實踐相結合等一系列改革與實踐，取得了良好的教學效果，為電氣工程類專業課程滿足應用型人才培養模式的改革進行了有益的探索。

關鍵詞：應用型人才；電力電子技術；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0088-02

“電力電子技術”是電氣工程與自動化專業的技術基礎課程，是橫跨電子、電力和控制三個領域的一門新型工程技術學科，它主要是應用電力電子器件和以微電子、計算機為代表的控制方法，對電能特別是大的電功率進行處理和變換的技術。[1]該課程是一門理論性、綜合性和實踐性都很強的重要的技術基礎課程。雖然本課程理論課時（48）與實驗課時（8）設置跟哈爾濱理工大學總校保持一致，但榮成校區一直以培養應用型本科和專業技術人才為目標，因此在相同課時的情況下，教學方法和內容必須進行改革，[2]以適應應用型人才培養的需要。通過走訪榮成市各企業調查發現，現在工科畢業生不能滿足社會和工業界的要求。主要原因就在于：傳統的授課方式不能滿足培養學生將成熟的技術和理論應用到實際的生產中的需要；學生缺乏自主學習、自主實踐的能力。因此，怎樣培養出真正合格的滿足社會需要的應用型人才成為榮成學院教學研究的主要課題，而電氣系以本課程為依托，進行了相關的課程教學改革與實踐的探索。

一、優化理論教學內容，豐富教學形式

教學內容的改革是教學改革的重點和難點。電力電子技術作為電氣工程學科中最活躍的分支，是電氣工程領域迅速發展的朝陽產業，各種新型電力電子器件不斷涌現。[3]在有限的學時里，需要對教學內容進行合理的篩選和補充。首先，理論教學內容側重于基本原理和分析方法的論述。使學生熟悉各種電力電子器件和各種電力電子變換電路及其控制技術的基本原理、模型和特性，能對電力電子變換電路進行原理分析、波形分析及參數計算，能靈活運用所學知識來分析和解決實際系統運行中出現各種問題的能力。另外對于理論教學部分，適當補充電力電子技術新知識、新發展、新應用方面的視野，培養學生對電力電子變換器及其控制系統的分析和研究的能力，初步具備電力電子電路的設計能力。而對于一些已經過時或者后續課程會重點介紹的知識點則不講或少講。

在教學形式上，將板書與多媒體相結合，適時地將課堂從教室移到實驗室。本課程最大的特點是反復研究各種電路的工作原理及工作波形，所以純板書的教學模式會使很多時間浪費在畫各種復雜的電路及波形上。所以，一般情況下以板書詳細講述一組波形，帶領學生一步一步認識各個波形的由來，深刻理解電路的工作原理。用多媒體展示控制條件或負載變化之后其他各組波形的情況。除此之外，也打破了上課只能在教室的局限，部分內容將教室移到實驗室進行講解。比如，“同步信號為鋸齒波的觸發電路”這一小節，通過前面幾屆學生的上課情況發現，此部分內容的教室授課效果較差。因為此典型電路結構比較復雜，雖然把整個電路分成幾大塊，逐一介紹，但學生在理解整個電路工作原理的時候，純粹的聽老師講理解的還是不夠透徹，印象也不夠深刻。對于剛剛結束的2013-2014第二學期，電氣工程及自動化專業12級的學生，在學習此部分內容的時候，我們把授課地點改到了實驗室。實驗室有此部分內容專用試驗箱。通過邊講邊演示，學生同步跟著實際操作、測量、觀察，很快就能理解并掌握該電路的工作原理及各個環節的作用，教學效果非常理想。

二、精選實驗，精編實驗指導書

電力電子技術課程的學習要著重基本概念和基本訓練，也要加強計算和調試能力，做到器件、電路、應用三個方面相結合，而實驗則是理論與實踐的橋梁。通過實驗的開設，強化學生的工程技術理念，使學生對各種電力電子變換電路特別是現代電力電子器件有了更深入的了解。[4]為了實現應用型人才培養的目標，哈爾濱理工大學榮成學院非常重視實驗室的建設。電氣工程系的電力電子實驗室在學院的大力支持下配備了十八臺先進的求是NMCL-II型電機電力電子及電氣傳動教學實驗臺。并給每個試驗臺配備了先進的雙蹤示波器。每學期即使部分設備故障的情況下，也能保證每個班的學生在做每個實驗時最多兩到三個人共用一個實驗臺，充分保證每位同學都有動手實踐的機會。除此之外，考慮實驗課時有限，對于一些無法在實驗室完成的實驗，以作業的形式要求學生利用課余時間做Matlab仿真。Matlab仿真軟件的引用使得學生可以更加放心大膽的進行實用電路的設計和開發，并對電路效果進行模擬實驗，而且仿真實驗的精度更高，效果更好，充分發揮學生想象力，提高學生的思維能力和動手能力。[5]

由于實驗課時只有8課時，所以我們根據實際情況及需求，精心編寫了電力電子實驗指導書。在新編寫的實驗指導書里，有四個必做實驗，還有六個選做實驗。必做實驗是在規定的實驗課時里學生必須完成的實驗，而選做實驗是學生在每次實驗課完成必做實驗內容后，時間有空余時可以擴展練習的實驗。整個實驗指導書所涉及的內容既有基本的驗證性實驗，又有綜合性、設計性實驗。既兼顧基礎又增加代表電力電子最新發展的新型器件的部分實驗內容，更多地將工程技術、工程概念滲透到實驗內容中，通過實驗培養學生的動手實踐，工程應用能力，為推動應用型人才培養體系建設，為課程改革、專業建設、工學結合、校企合作等方面奠定基礎。

三、強化課程設計

電力電子技術在一學期的課程結束后，為了使學生進一步理解和鞏固所學知識，并能進一步提高學生創新意識和實踐能力，還設置了為期一周的課程設計環節。為了充分調動學生自主學習的積極性，發揮學生將所學應用到實踐中的創新能力，在課程設計內容和題目的選取上采取多種形式。首先，鼓勵和提倡學生自擬題目，在電力電子的相關領域范圍內，學生可以根據自己的興趣確定課程設計的題目，并允許學生在完成老師的基本要求下，自定設計目標。其次，學生也可以從老師提供的備選題目里面選擇課程設計的題目。為了防止出現設計方案雷同的現象，除了提供多個備選題目之外，如果有多個同學選擇同一個題目，那就必須隨機改變電路的參數，保證每個同學的設計方案是不同的，最大程度的防止部分同學抄襲的現象，督促學生通過親自動手實踐，達到將理論應用到實際的目的。

整個課程設計的實現過程分成四個階段：第一階段，學生自己通過各種渠道查找參考資料，確定基本的設計方案；第二階段，學生將自己的設計方案利用Matlab進行仿真，并根據仿真結果對電路參數進行調整；第三階段，學生在實驗臺上進行實際電路的搭建，接線，調試，并利用示波器對各個波形進行觀測，將測試結果跟仿真結果進行比較，最后形成統一格式的書面課程設計報告；第四階段，學生參加課程設計答辯，就自己的設計方案進行詳細介紹，做出實物的需要進行實物演示，并回答答辯老師提出的相關問題。

課程設計的成績評定由老師綜合課設期間平時表現、任務的完成情況、答辯及課程設計報告給出。而課程設計的成績如果低于良，那么學生將失去保研或一些評優的資格。所以，這一激勵措施將使學生更加注重實踐環節，反過來學生的實踐熱情高了，也可以使學生的動手實踐能力得到更好的鍛煉，為使學生們成為真正的滿足社會需要的應用型人才打下了基礎。

四、以課題項目帶動教學過程

通過課程設計的完成情況發現，很多同學都有很好的想法，也具備很強的動手實踐的能力，但基于經費和硬件條件的限制，部分同學的想法未能完全實現。哈爾濱理工大學榮成學院作為應用型人才的培養基地，為了能夠給學生提供一個良好的動手實踐的平臺，也為了激發學生的創新能力，總校給學生們提供了非常好的創新實驗條件，鼓勵學生積極申請校級的創新實驗。電力電子技術這門課程在探索應用型人才培養方模式的改革過程中，借助學校創新實驗的有利契機，把握每一次申請的機會，每學期上電力電子技術課程的時候，都會組織相關年級相關專業的學生積極申請與電力電子技術相關的創新實驗項目。在教學過程的同步進行中，使學生更有興趣，更有目的的去聽課，不斷的對相關知識進行理解，實踐，驗證，擴展，提升學生的自學能力和應用能力。比如，在剛剛結束的2013-2014學年第二學期，榮成學院電氣工程系電氣工程及其自動化專業12級的學生就申請了《一款解決功率過載問題的交流降壓調功插座》這一大學生創新創業訓練計劃項目。隨著課程的進行，課題項目也在同步實現過程中。本次創新實驗涉及到的核心電力電子知識就是交流調壓電路，因此在本學期的上課期間，學生們經常就課題涉及的知識跟老師同學進行討論，極大的增加了學生們的學習興趣。最終在同學們的積極努力和反復實驗下，交流降壓調功插座順利的完成調試并做成成品，順利的通過的學校專家組的驗收，并獲得了好評。本設計方案的完整電路原理圖和實物圖如圖1，2所示。

五、結束語

通過在以上幾個方面對電力電子技術教學進行改革與實踐，上學期電力電子技術的教學效果得到很大的改善。學生們對于這門課程表現出了更大的興趣，基礎知識掌握的更加牢固，動手實踐的積極性也更高。當然，隨著社會的飛速發展，電力電子技術也在不斷與時俱進，應用型人才本身應該具備的能力也必須跟隨時代發展的需求而改變，因此電力電子技術的改革也需要不斷的探索、調整和突破。

參考文獻：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].第四版.北京：機械工業出版社，2005.

[2]孫曉波，徐永明，張雪君.電機制造工藝教學研究與探索中國電力教育，2012，（8）：56-57.

[3] 張興.高等電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[4]洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統的Matlab仿真[M].北京：機械工業出版社，2007.

[5]張寶生，王念春.Matlab在電力電子技術教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2004，26（3）：102-104.

（責任編輯：劉翠枝）