電力電子技術課程教學研究與實踐

樊建強 郭晉蜀山西農業大學信息學院 山西太谷 030800

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電力電子技術課程教學研究與實踐

樊建強 郭晉蜀
山西農業大學信息學院 山西太谷 030800

摘 要：揭示了電力電子技術課程在傳統教學模式中存在的問題，詳細闡述了解決問題的思路與具體操作方法。首先指出傳統教學模式在電力電子技術課程教學中存在的各種問題，提出了以教學內容的實時更新和“微課+慕課+仿真”相結合的教學方法作為相應對策，然后詳細論述了這些對策的具體操作方式，最后強調了這些對策的教學實踐效果。

關鍵詞：電力電子技術；教學研究；實踐

電力電子技術是電氣類、自動化類本科專業重要的專業基礎課之一。電力電子技術橫跨電子學、電力學、控制理論3個專業方向，廣泛應用于交通運輸、航天通信、家用電器等眾多重要領域［1］。電力電子技術是現代工程技術領域發展最為迅速且應用愈益廣泛的諸多重要學科之一，這使得它在電氣類、自動化類本科專業基礎課中砥柱中流的作用日益凸顯，該課程的特點是兼具實用性、工程性和綜合性［2］。

隨著社會進步和技術發展，在電力電子技術課程中沿用傳統的教學內容和教學方法，已經開始與除舊布新與時俱進的發展要求不相符合。電力電子的技術進步洪流，帶動各種新型電力電子器件及其相關應用技術不斷涌現，原有教學內容已不能適應科技迅速發展的需求，電力電子技術課程的教學內容亟須不斷地充實和更新。在傳統的教學中，教師雖然采用多媒體課件授課，但其本質仍舊是以“教師為中心”的注入式教學占主導地位，盡管教師為了在課堂上提供了更多案例和Flash動畫等教學資料而費盡心機，但學生仍然是被動地接受，教學效果事倍功半就成為并不鮮見的“常態”。顯然，在電力電子技術課程的教學中沿用傳統的教學方法已難以調動學生的學習積極性，如果考慮到各校學生的實際情況不同，學生的入學基礎參差不齊且有的學生基礎較差，教學效果就會受到更大的負面影響。因此，在電力電子技術課程的教學方法上努力除舊布新與時俱進，才能適應社會進步和技術發展的要求［3］。

以實用性、工程性和綜合性為導向而充實和更新教學內容，并以“微課+慕課+仿真”教學方法相結合的教學模式，是電力電子技術課程的教學與時俱進的有效努力方向。為了調動學生的學習熱情和自主學習的積極性，轉變傳統教學中教師的“教”與學生的“學”相互之間配合差、互動少的狀況，并為使學生改變他們以往事半功倍的學習習慣，引導他們逐步實現由厭學—有興趣學—掌握方法—學會—會學的轉變，我在實際教學中采用了“微課+慕課+仿真”相結合的創新型教學方法并取得了較好的教學效果。

1　教學內容的安排

為了實現上述教學要求，經過我校電氣、自動化教研室教師的討論，所達成的共識是：電力電子技術課程的內容應以開關器件為基礎，以四類基本變換技術為核心，以兩種控制方法為輔，以四類技術的應用為目標，并應適當兼顧當前新技術的發展趨勢。這樣的內容設置既有利于學生掌握課程核心內容，也能夠促使學生更好地掌握電力電子技術在實際工程中的應用，并使他們對電力電子技術的最新發展有一定的認識，為今后的工作以及深造打下一定的基礎。

在基礎性開關器件的內容安排上，以全控型器件為主，兼顧半控型器件的相關內容。晶閘管是半控型器件的典型代表，也是目前幾乎所有電力電子技術課程教材中都會介紹的器件，它在目前的工程應用中仍占有一定的比重。現在以電力場效應管和IGBT為代表的全控型器件的迅速發展，已經成為電力電子領域的核心器件，從而會影響到主電路的拓撲結構和控制方法［4］。我們在教學中，按照工程中的實際應用以及器件的歷史發展，將半控型器件的相關內容結合整流電路進行講解，而對全控型器件及其組成的逆變器流交流變換技術、斬波技術的特性進行詳細介紹。并且會給學生增加一些教材內容之外的全控元件的介紹。

在課堂上及時傳授該學科的前沿知識并介紹其發展趨勢，有利于培養學生緊跟相關學科最新發展動態的良好習慣。例如，將當前諸如無功功率發生器（SVG）、電網諧波抑制技術、高壓直流輸電技術、高壓變頻器、矩陣式交-交變換器等電力電子最新應用的內容，作為補充拓展的知識介紹給學生。此外，還應該將那些諸如電子鎮流器的應用、太陽能發電等與學生身邊生活密切相關的應用內容，插入到適當章節的教學中，來增加學生對其身邊電力電子技術的感性認識。

2　“微課+慕課+仿真”相結合的教學方法

充分注意到“95后”學生求新、求變的特質，是做好教學工作的基本前提。目前我們面對的學生基本是95后，他們對傳統的教學方法比較厭倦甚至反感，然而他們對互聯網、新技術、新教學方式的喜愛并渴求掌握的愿望又是非常強烈的。因此在此基礎上我們采用了“微課+慕課+仿真”相結合的教學方法，充分調動學生學習電力電子技術課程的興趣和積極性。

2.1微課的應用

微課是指基于某種特定的教學設計思想應用多媒體技術，在五分鐘以內就一個知識點進行針對性講解的一段視頻。在教育教學中，微課所講授的內容呈“點”狀、碎片化，這些知識點，可以是教材解讀、題型精講、考點歸納等具體教學內容，也可以是學習方法傳授、教學經驗介紹等方法論方面的知識講解和展示。微課是課堂教學的有效補充形式，微課不僅適合于移動學習時代知識的傳播、也適合學習者個性化、深度學習的需求［4］。在不同的教學環境中，微課可以有不同的應用形式。

2.1.1微課在新授課上的作用及效果

微課在新課教學的課前預習、新課內容導入、新課重難點講解等不同環節可以扮演不同角色。首先，在新課教學之前，可以根據學生已有的知識基礎和新知識所需的銜接知識點，給學生提供相應的微課視頻，從而可以讓學生在課下先看此微課視頻，為新課做好預習準備。其次，在新課導入環節，教師常用的教學方法是，為了吸引學生的注意力，為新課的講解做好鋪墊，教師會根據新課知識點設計新穎的問題。依據此教學方法制作微課，在開始上課并復習舊課內容后先讓學生看此視頻，以此作為學習新課的新穎序曲。最后，還可以將教師對新課中重難點做點撥、對典型例題引導學生探究其規律等內容，也制作成微課，用以在學生自主探究或團隊合作探究后一起看此微課視頻。

電力電子技術課程內容知識點多而難，并且里面的輸出波形較多，如果簡單的讓學生看書預習，對于學生來說難度較大。結合以上微課的諸多特點，在教學過程中，授課教師會在備課時，自己制作或從網絡資源上搜索并購買相應的微課內容，在上課前一周通過與學生建立的班級微信群進行發布，讓學生對新內容進行熱身，以達到吸引他們學習的注意力并達到預習的效果。

2.1.2微課在學生自主學習中的應用優勢

微課視頻以其短小精悍的特點，使其在學生的自主學習中應用中擁有幾項不可多得的優勢。其一，隨著網絡通訊的發展和計算機的普及，學生基本上都有各自的筆記本電腦或是智能手機，當教師把學習中的重點和疑難問題制作成微課，上傳到網上，學生便可以隨時點播學習。其二，微課短小精悍，其所圍繞的一個議題或一個重點，都是針對學生學習中的疑難問題設計，非常適合學生自學。其三，學生學習微課的時間和地點選擇的自由度很大，學生有了很大的自主空間，只要有學習的愿望，即可實現對微課視頻的充分利用。其四，微課可以適應不同的學生，由于視頻播放的快慢可以調節，這就讓不同程度的學生可以根據的自己的基礎和接受程度控制視頻播放的快慢，以達到最佳學習效果；其五，由于視頻可以反復播放，這使得那些平時反應慢而又羞于發問的學生能夠從容地反復觀看，這就為較好地解決了后進生的轉化問題提供了一條簡便可行的途徑［3］。

在每次課后，教師通過班級的微信群發布相應的作業要求，當有學生進行反饋該作業的困難時，通過統計分析學生們的共性問題以及易錯、易疏忽的問題時教師就對該知識點和作業制作相應的微視頻發布，這樣不僅可以了解學生整體對該知識點的掌握情況，同時也可以達到增強學生與教師的互動交流和感情。

2.2慕課的應用

慕課（MOOC，Massive Open Online Course）是大規模的網絡開放課程，它是為了增強知識傳播而由具有分享和協作精神的個人或組織發布的、散布于互聯網上的開放課程。慕課是新近涌現出來的一種在線課程開發模式，它發展于過去的那種發布資源、學習管理系統以及將學習管理系統與更多的開放網絡資源綜合起來的新的課程開發模式。

隨著電力電子技術的飛速發展以及互聯網的快速普及，很容易從網上找一些與電力電子技術相關的在線視頻，它們既可以使教師提高自身的學識水平，也可以通過各種形式形成電力電子技術課程的慕課教學內容。例如，西安交通大學等國內頂尖高校電力電子技術精品課的在線視頻公開課，就可以作為在電力電子技術課程中應用慕課形式的參考資料，使用這些資料進行慕課教學，不但可以最大限度地共享網絡資源，也使得學生們有更多機會領略國內名校的名師風采，這對于開闊學生們的眼界并且激發他們的學習熱情，顯然益處多多。當然，學生在課堂外的自主學習中也可以重新復習這些視頻，這要比以往的看書本復習效果好得多。隨著以后雙語教學的逐步普及，電力電子技術課程中慕課的資源共享范圍，還可以擴展到包括美國等西方發達國家在內的全世界。

2.3實驗及實踐中仿真的實施

應用計算機軟件進行仿真設計并對設計結果進行仿真驗證，已經成為現代工程設計領域的常態，它也應該成為工程教育領域電力電子技術課程教學中的常態。在電力電子技術課程教學實驗環節中，無論是擁有充足實驗設備的學校，還是缺乏實驗設備的學校，都可以采用Matlab軟件實現為實驗教學做出必要補充的努力。在電力電子技術實驗教學過程中，主要是利用Matlab仿真軟件中的SIMULINK元件庫來建立電力電子電路仿真模型并給出仿真結果，來加深學生對所學內容的理解。將計算機仿真軟件引入實驗課堂教學中，不僅能提高學生對學習電力電子技術課程的興趣，而且更容易使學生學好這門專業課程。同時，在電力電子技術課堂教學中，采用仿真教學能夠部分代替實驗教學，節省大量的教學資源［4］。

在實踐課中仿真的實施環節，注重培養學生的團隊合作能力和多門課程的綜合應用能力。布置課程的設計任務時，要求3個人組成團隊共同完成，以培養學生們的團隊合作能力。給出具體的題目、技術指標和設計要求等內容后，注意引導學生如何綜合運用所學的電力電子技術、數模電技術、編程語言（C語言或Matlab）完成相應的設計。鼓勵學生積極參加省級、國家級的電子設計競賽和“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽，將所學的知識應用于實際的科技制作。在實習環節帶領學生參觀相關的電力電子設備生產單位、發電廠以及其他電力電子設備的應用單位。

3　結束語

電力電子技術課程是一門實用性、工程性和綜合性較強課程，因此其教學改革是一項復雜而系統性的工程，技術性涉及面也較廣，它的核心在于“實用”［5］。因此，在教學中必須于提高學生學習興趣的基礎上強調實際的應用。經過兩屆學生的教學實踐，學生普遍感到電力電子技術課程的教學內容安排和“微課+慕課+仿真”相結合的教學方法效果較好，能夠有效地激發他們的學習熱情。

參考文獻

［1］ 王兆安，劉進軍.電力電子技術［M］.北京:機械工業出版社，2012.

［2］ 張文蔚.“電力電子技術”課程建設探索與實踐［J］.中國電力教育，2012（6）:66-67.

［3］ 楊奕.《電力電子技術》課程教學改革初探［J］.南通大學學報，2006（22）:95-96.

［4］ 李秀娟，劉偉.“電力電子技術”課程改革思考［J］.電氣電子教學學報， 2009（6）:30-31.

［5］ 胡新新.《電力電子技術》課程教學改革研究［J］.職業技術研究，2012（8）:194.

Teaching Research and Practice of Power Electronic Technology

Fan Jianqiang， Guo Jinshu
Department of Mechanic and Electric Engineering， Information College， Taigu， 030800， China

Abstract:This paper reveals the problems of the traditional teaching mode of "power electronic technology"， and expounds a new method of solving the problems in detail. Firstly， this paper pointed out the problems when teaching in the course of "power electronic technology"， and put forward to the new teaching method of “Micro-course + MOOC + Simulation” combining with the teaching content updated in real time. Then， the paper discussed the specifc operation modes. Finally， the paper emphasized the teaching practice effects.

Key words:power electronic technology； teaching research； practice

收稿日期：2015-09-23

作者簡介：樊建強，碩士，助教。通訊作者：郭晉蜀，碩士，副教授。