適應于特色專業的“電力電子技術”課程改革

2010年7月7日，教育部財政部公布了《教育部財政部關于批準第六批高等學校特色專業建設點的通知》，蘭州交通大學自動化與電氣工程學院電氣工程及其自動化專業榜上有名。按照兩部有關加強“質量工程”本科特色專業建設的要求，緊密結合國家、地方經濟社會發展需要，改革人才培養方案、強化實踐教學、優化課程體系、加強教師隊伍和教材建設，切實為同類型高校相關專業和本校的專業建設與改革起到示范帶動作用。

“電力電子技術”是電氣工程及其自動化專業的一門專業基礎課，是交叉了電子技術、控制技術及電力技術等多門學科的綜合課程，在本專業的人才培養中占有非常重要的地位。針對教育部財政部對于高校建設國家級特色專業的要求，結合蘭州交通大學電氣工程及其自動化專業的特點，應對“電力電子技術”課程的教學目標、教學內容及教學方式等方面進行改變和革新。本文將從幾個方面對“電力電子技術”的課程改革提出一些建議。

教學目標及教學內容的全新定位

依托于本校的特色，本專業的定位為在電氣工程領域，以鐵道電氣化為依托，拓展為地方電力系統和城市軌道交通牽引供電系統服務的職能，既服務于鐵路建設事業，又能適應地方電力部門需要。“電力電子技術”課程的教學內容必須緊密聯系特色專業的定位和行業發展動向，聯系新技術及其應用。對教學內容應進行合理組織，精心編排，有機融合相關知識點，避免將各種電力電子器件、功能電路做孤立講解。此外，可將電子技術、電力電子技術、自動控制技術、牽引供變電技術、高電壓技術等課程結合起來，形成支撐特色專業建設的學科體系，同時也體現出“電力電子技術”這門課程在專業知識鏈中的橋梁作用。

教學內容的全新定位也離不開教材的建設。在傳統教材及參考書的基礎上，加入電子教案、多媒體教學課件、習題庫、網絡課程等多種元素，豐富教學資源，有利用促進教學改革、提供教師水平，開拓學生知識獲取途徑。

教學方式及教學手段的多樣化

“電力電子技術”教學過程中主要采用分析法，通過對各種電量的波形分析，使學生了解到電力電子器件和變換電路在各時段的工作狀態。傳統的教學方式都是以教師的講授為主，將動態的電路工作過程通過語言和靜態的波形輸出圖給學生逐一分析，細致不夠形象，往往適得其反，會讓學生因為需要被動地接受知識而產生厭煩情緒，教學效率會受到影響。反之，若是單純依靠學生去自主學習，課堂上只做簡單引導，只能適于學習能力較強的學生，并不適合學習自制能力較弱的學生。對于這種兩相矛盾的情況，應該從兩個角度入手。一方面，在課堂上對于重點難點應盡力突出，內容要由淺入深，既要保證課程的系統完整性，又要反復強調重、難點，提高課堂效率。另一方面，結合特色專業的特點，采取開放型教學方式，啟發、引導學生。具體可采用以下方式：

案例與自學討論

根據特色專業建設和教學目標的需要，可選取實踐性較強的電路案例提供給學生，如SWPM逆變電源，高頻高壓脈沖電源等。學生可在教師的幫助下深入學習教材中涉及案例的相關內容，并通過文獻檢索工具查閱相關資料，進行拓展學習。并利用軟件平臺進行仿真驗證。之后根據學習與實踐的結果提交一份研究性的報告。

對于一些適當的課程內容，可組織學生通過自學討論的方式進行教學。學生課前進行自學，課堂上與教師進行互相問答的方式進行知識的鞏固和細化，最后掌握。

習題討論

學生完成課后習題后，以小組的形式進行談論，互相交流解題思路，之后教師對習題涉及的關鍵知識點進行點評。

實驗實踐

傳統的實驗環節多是規定了具體的實驗內容，學生在實驗課上只是在老師的教學基礎中依葫蘆畫瓢地動手連接電路或是測量數據，一堂課下來甚至于對實驗內容與課程哪些部分相關都毫無印象。實驗的目的更多的是學生去實踐學習如何去搭建和調試電路，并且還要幫助學生把調試成功的電路與理論課上的基本電路聯系起來。另外還可以指導學生進行一些簡單實用的綜合項目，例如直流電源的實踐創新設計，幫助學生提供綜合專業能力。

參觀學習

2010年蘭州交通大學電氣工程專業獲批為國家級特色專業建設點，2011年被教育部授予第二批“卓越工程師教育培養計劃”試點專，并于2012級電氣工程專業招手了第一屆“卓越試點班”。針對本專業服務鐵路面向本地電力系統領域的人才培養原則，在課程的教學過程中要為學生創造能夠去企業參觀的學習的機會，讓學生接觸一些“電力電子技術”這門課程在機車牽引供電、電力傳輸、城軌供電等領域中的應用。這樣電力變換電路不再是書本上的電路，而是完整的電力電子控制系統，讓學生身臨其境大開眼界，做到理論與實際的聯系。

這些方式讓學生真正參與到教學過程中，并且課將學生的表現結合到平時成績考核中，對能力強的學生有提高作用，對學習能力弱的學生有警醒作用。

對于“電力電子技術”課程來說，電力電子器件和變換電路種類繁多，波形變化復雜，需要在教學手段上加入多媒體教學手段才能解決教師板書畫圖占用時間太長且不夠形象的問題。但是多媒體教學時容易因為翻頁過快，學生往往來不及思考，對知識認識比較膚淺，所以在課件的制作時不能單純地復制書本內容，授課時單純地宣讀課件內容，而是配合傳統的板書教學模式，通過制作精良的課件為學生講授。采用多媒體教學方式的同時，也應配合多種仿真分析軟件，可以使教學更加生動和直觀。下面以三相橋式全控整流電路的教學過程來進行具體說明。

首先，在多媒體課件中加入Flash動畫，利用Flash動畫來完整仿真器件導通、關斷過程中電壓電流波形形成的動畫過程，如圖1所示，使學生有直觀印象，更加容易理解。

另外，可以引領學生利用已學過的仿真軟件對教材中的一些典型的、難點的、重點的變換電路進行仿真實踐。Simulink提供了動態系統建模、分析和仿真的交互環境，用戶只需應用鼠標拖放的方式將所需電氣元件的模塊添加到模型編輯窗口，并將它們連接起來就可以快速地組建仿真模型實現電力系統的計算仿真。以三相橋式全控整流電路為例，使用Simulink對三相橋式全控整流電路進行仿真的電路及結果。通過提取模型元件庫中合適的模塊在仿真平臺上按電路原理圖連接建立仿真模型并進行仿真（α=0°），仿真模型及輸出波形如圖2所示。

Multisim仿真軟件系統高度集成，界面直觀操作簡捷，可交互式搭建電路原理圖并對電路仿真。上例中的三相橋式全控整流電路也可以利用Multisim進行模型搭建及仿真運行，如圖3所示。

通過仿真可以看出，α=0°時負載電壓ud為三相線電壓在正半周的包絡線，還可以得到負載電流波形及各相橋臂上晶閘管的電流、電壓波形。

在此基礎之上，應有計劃地進行開放性網絡實驗平臺的建設，即計算機網絡環境下的虛擬實驗室。區別于利用仿真軟件的虛擬實驗，所有實驗數據皆由設在遠端的物理設備真實產生。學生可遠程選擇實驗電路進行組合搭建，并直接獲得由遠端的實際設備裝置測得的實驗數據。

教師與學生觀念的轉變

首先需要轉變的就是一張試卷定成績的情況。除了筆試成績外，應將平時作業遞交、討論任務完成、課堂及實驗環節表現、學習態度等情況記入成績，減少筆試成績所占總評比例，使考核能夠真正、全面、客觀地反映學生的實際情況。

教師的角色由“講授者”轉變為“指導者”，增強教學的研究性質。教師不再是以填鴨的方式向學生灌輸知識，而是以“引導者”的身份引領學生學習。在推導定理、結論時，除了數學和物理分析內容之外，還應穿插這些知識的相關背景、器件電路的應用近況以及發展前景，這要求教師對有關內容有充分的準備，還有比較寬的專業知識面及豐富的科研經驗。

學生的地位“被動”轉變為“主動”。豐富的教學內容和多樣的教學方式要求學生發揮好主體作用，激發主觀能動性，積極配合各項教學環節。

課程的改革建設要根據形式的發展和特色專業建設的需求來進行，要依靠學校的自費支持，教師的積極努力，學生的主動配合，在不斷地實踐和探索的過程逐漸取得成績。（作者供職于蘭州交通大學自動化與電氣工程學院）