“電力電子技術”課程引導型教學模式研究

張玉峰 周奇勛 賀虎成 童軍

摘要：在面向應用型技術人才培養的高等教育中，為提高教學質量，改善教學效果，針對“電力電子技術”知識面廣、應用性和實踐性強的特點，以實際工程系統為主線，以學生為主體，從教學內容、教學模式、教學方法和教學效果考核各個環節進行引導型教學的改革嘗試。教師通過指導學生自主學習、歸納總結和實驗驗證，加深對知識的理解，提高分析能力和知識應用能力。通過定點試行引導式教學模式，取得顯著效果，為創新性實踐人才培養的課程改革提供了有益思路。

關鍵詞：電力電子技術；教學改革；引導模式；工程案例

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）28-0188-02

電力電子技術是由電力學、電子學和控制理論交叉、融合而形成的綜合性技術和學科，具有專業性、實用性和綜合性的特點。隨著新材料、電路理論、數字控制理論和節能技術的發展，電力電子技術得以飛速發展，其應用領域已遍及工業、交通、通訊、電力、航天、航空、航海等各個領域，亦成為工業自動化、電氣工程及其自動化專業等學科的專業課程。

在電力電子技術快速發展、教學條件不斷健全的現狀下，僅依賴傳統教學方法，很難實現培養應用型技術人才的需要。為此，各個高校結合自己學校的特色和具體情況進行了電力電子技術課程的教學改革研究。文獻[1]、[2]結合工程技術現狀對教學內容進行了研究，文獻[3]、[4]對電力電子技術教學方法進行了研究，文獻[5]～[7]對實踐教學環節進行了研究。但這些研究往往只針對教學環節的某個方面進行，并且絕大多數是在傳統教學法的基礎上，引進多媒體或加強實踐環節而展開。

本文結合我校的具體情況，響應普通本科高校向應用型轉變的號召，以培養應用型技術人才為目標，探討以工程案例貫穿整個教學過程，以學生為主體，采用引導型教學模式的電力電子教學新思路。

一、工程案例選擇

電力電子技術的教學分為理論教學和實踐教學。教學內容主要涉及電力電子器件、四類基本變流電路、電力電子電路的控制技術、軟開關技術和工程應用的基本知識。變速永磁發電系統在風力發電、內燃機發電等領域應用廣泛，涉及電力電子技術課程的絕大多數教學內容。本文選取小型變速永磁發電系統實際工程作為主線，串聯課程知識。所選變速永磁發電機系統結構如圖1所示。

變速永磁發電系統由主電路和輔助電路構成。主電路由永磁發電機組和變流電路構成。正常工作時，內燃機帶動永磁發電機發出幅值頻率變化的交流電，經整流電路后變成直流電，由直流升壓電路將電壓變換至350V，由逆變電路產生220V、50Hz的交流電輸出給負載。輔助電路由雙向升降壓變換電路構成，可將350V的直流電壓變換成30V的低壓，給28V的儲能電池充電；在需要時也可以將儲能電池中的電能通過升壓補充到直流高壓中，改善供電性能。由圖1可以看出，所選工程實例涉及知識涵蓋了電力電子技術課程的整流變換、直流變換、逆變、軟開關技術及相應的工程應用知識，完全可作為工程案例主線貫穿整個教學內容，再補充個別支線工程案例即可構建完備的基于工程實例的電力電子教學實例。

二、教學模式研究

當前高校的兩個主要任務是人才培養和科學研究。對于工科院校而言，將兩者合理的結合，在進行人才培養的時候，將理論與工程實踐結合，既鍛煉了學生發現問題、解決問題的能力，也為科研課題和科研人才的培育奠定了基礎。這就需要轉變傳統的課堂教學模式，將教學過程以教師為主轉變為以學生為中心，教師進行引導、督促學生完成學習、分析、總結和實踐的學習過程。通過加大學生在教學過程的主動性，提高教學效果，為實際工程技術能力的培養奠定基礎。

1.課堂講授。教師對新知識的課堂講授采用引導方式：（1）首先采用工程案例視頻展示知識點在實踐工程中的應用，讓學生對知識點有感性的認識；（2）通過教學課件對知識點的知識架構進行講解，讓學生建立相應的知識體系框架；（3）結合工程案例，對重點、難點內容進行示范性分析，加深學生對知識點的理解，提高學生對知識點在工程中的應用能力；（4）針對知識點內容，提出問題，讓學生帶著問題去學習并找出解決問題的方法。例如，通過變速永磁發電機組整流部分的實例展示，引出整流電路的常見類型和特點，對單相橋式相控整流電路和單相橋式斬控整流電路典型工況的分析，引導學生采用類比方式對其余類型整流電路進行學習、分析和總結。

2.課堂討論。學生在規定教學時間內對基本知識點進行自主學習、總結，并在教師的指導下，通過理論分析和借助軟件仿真手段，在給定工程背景下進行相近電路的性能分析、對比，從而加深對知識點的理解，區分相近知識點。如針對變速永磁發電機的整流部分，分別采用各種典型整流電路來實現相同的技術指標，并從波形、數值等多個方面進行對比，總結各類整流電路的特點和應用場合。在設定教學節點處，指導學生按組進行階段性學習總結，并進行課堂討論，通過書面報告或課堂總結匯報形式，將討論結果進行總結并與其他小組進行交流，鞏固所學知識。

3.基礎驗證實驗。通過課內小實驗和虛擬實驗平臺，如在課堂通過專用教學演示設備對不同整流電路進行實驗演示和分析講解，從而實現對學習內容進行自主驗證，通過理論與實踐結合，進一步促進學生對知識點的理解，也為提高學生的實踐動手能力奠定基礎。

4.設計實驗。在階段性學習結束后，教師根據實際科研項目，設定相關題目，讓學生利用已學知識提供解決方案的設計與驗證，其目的是讓學生借助于電力電子技術知識對實際工程問題解決方案進行模擬設計，訓練學生對電力電子技術知識的綜合運用能力、提高學生查閱科技文獻的能力、培養學生分析問題和解決問題的能力。這類實驗綜合性強，考慮到教學時間的限制，一般通過團隊形式完成，通過需求分析、理論計算、原理設計、仿真驗證和設計實現等環節，培養學生團隊協作能力和利用所學知識分析問題、解決問題的綜合能力。

5.教學成果考核。根據教學過程的環節，將考核成績分為課堂討論成績、基礎實驗成績、綜合實驗成績和卷面成績，分別從自學效果、基礎應用能力、綜合應用能力和理論綜合學習效果四個方面進行考核。

電力電子技術是一門知識面廣、應用型強的專業課程。我校電控學院自2008年開始對電力電子技術精品課程進行建設和教學改革，在校級精品課程建設、省級精品課程建設和校級培育基金以及有關科研項目的支撐下，不但通過精選教材、師資隊伍建設、教學教具建設、實驗設備建設等極大改善了教學條件，而且結合我校實際情況和具體辦學宗旨的變化，以培養應用型技術人才為目標，不斷嘗試以實際工程案例為主線，充分利用教學、科研資源，采用引導式教學模式調動學生自主學習的積極性，促進教學質量的提高。通過在小范圍定點試行，綜合課程成績、相關學生的電子競賽成績和畢業設計成果進行評價，所提教學模式的教學效果有明顯改善。今后，電力電子教學組將通過不斷總結教學改革成果，通過進一步改進，在更大范圍內推行，切實為我校電氣工程相關專業的應用型專業技術人才的培養奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]陶俊珍.“電力電子技術”教學內容更新例析[J].中國電力教育，2011，（9）：160-166.

[2]唐杰，林立，李海娜.“電力電子技術”課程教學內容改革研究[J].中國電力教育，2011，（24）：178-180.

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[7]楊達亮，盧子廣，杭乃善，等.電力電子技術實踐創新平臺的構建[J].電力系統及其自動化學報，2014，26（5）：66-70.