借鑒國外經驗提升電力電子技術課程教學

王磊

摘 要：本文從電力電子技術課程的教學實踐出發，在借鑒國外電力電子技術專業教育改革成功經驗的同時，結合學生的實際情況和教學中出現的問題，從課堂教學、實驗管理和課外興趣小組三個方面改進了電力電子技術課程的教學，對教師科研課題研究的硬件制作方面也可以起到一定的促進作用。

關鍵詞：電力電子技術；電氣工程；課程教學；國外經驗

中圖分類號：G642.3文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）04-0089-01

一、引言

全球性的能源危機和環保問題使人們傾向于采用新型的綠色能源，如太陽能、風能，這些能源必須經過轉換才能供給電器使用，因此電力電子技術在生產、生活中受到人們越來越多的關注。

電力電子技術是高等院校中電氣工程及自動化專業最重要的專業基礎課程之一，是在近代發展起來的基于半導體技術的新興交叉學科，主要在自動控制原理、現代控制理論、模電、數電、電路原理等基礎課的基礎上進行理論深化和工程應用的實踐。

目前國外高等教育部門在電力電子技術專業教育改革率先走到了前面[1-3]。為此本文在教學實踐的基礎上，從教學組織、實驗管理和課外興趣小組的三個方面，首先列出了國內外明顯的差異，其次結合教學中的實際問題提出了比較全面的改進方案，取得了一定的成效。

二、課堂教學內容的組織和講授

教材是課堂教學的一個很重要的起點。國外教材內容和國內目前較多采用的教材差異較大。國內通常把相關知識分成幾門課來教，各門課程看來互相獨立，各自屬于不同的理論體系；國外會把相關基礎內容整合成一本厚教材，對學生融會貫通比較有益。

國內教材內容全面系統，但是受篇幅所限，只局限于本學科，將其他學科聯系部分交代較少，難于理解。因此合理使用教材，取舍及補充，按照由淺入深的順序重新安排章節。

下面以課程中使用的教材為例[4]，給出一些實際的安排調整。教材里四種基本電力電子變換器是按照AC-DC，DC-AC，DC-DC，AC-AC的順序安排，其實直流變換器部分是重點，更容易入手，因為涉及的拓撲簡單，開關少，輸入輸出都是恒定的。因此教學中應按照DC-DC，DC-AC，AC-DC，AC-AC的順序進行講解。

除了和其他學科的串聯講解，更要注意書前后的呼應講解，如DC-DC中拓撲在AC-DC中的應用。

教與學是教學的兩個方面，對學生學習的督促是一個教師容易忽視的任務。

比較而言，國內學生課外查閱文獻資料和閱讀材料的環節需要加強。學生要學會利用網絡資料解決電源制作中出現的問題。對此教師要加以引導，讓學生注意到網絡資料的價值并學會分辨和利用。

另一個方面是督促學生主動提前自學，而不是等到考試才自學。要求課前預習，以課堂提問來檢查。經過預習環節，能夠消除學生在學習該課程時的盲目性，讓他們學習更為高效。

三、實驗的設計和管理及課程設計

實驗不僅強化了對課堂內容的理解，實踐本身也是課程學習的目的之一。

國外實驗條件較好，而且實驗室對學生開放，設備利用率較高，有興趣的學生可以學到很多。特點是很扎實，實驗報告做的很詳細。國內實驗條件不好，利用率也很低，有限的時間里學生的動手能力無法得到鍛煉，實驗輔導也沒有跟上。

在本校這門課的實驗和理論課是同時開的，針對每個章節的內容都要設計對應的實驗，要精心設計按步驟和計劃。在講授概論知識的時候，安排入門級實驗。實驗內容可以安排元器件的識別與檢測，在萬用板上焊接的技能，萬用表、電子毫伏表和示波器的使用方法。在半導體器件部分，安排學生按照半導體二極管、功率MOS管的型號在網上找說明書、應用的典型電路，以及器件的重要參數值，如導通電阻、額定電壓、電流，并焊接其應用電路，得到器件典型特性的實驗波形，和學到的知識相印證，而且要求寫出完整的測試報告。

入門級實驗的內容還包括讓學生提前焊接控制電路的模塊，以便在后面的設計性實驗不至于太手忙腳亂。

設計性實驗按照由淺入深分為三個階段，在教師輔助下開環電源的制作，同樣要注意開環的浪涌分析與抑制。

由于時間和課時所限，設計了圍繞反激電源的系列制作，按照層次遞進的關系其功能分別是：（1）直流變換（2）交-直流變換（3）單級變換器，最終要求詳細的變壓器設計過程，及加入過壓、過流保護電路。

設計性實驗較為復雜，因此要在實驗的前期準備工作上多下工夫，學生給出的設計方案要經過充分論證、講評后才開始實驗階段。

四、課外興趣小組

課外興趣及項目小組最基礎的作用是組織學有余力的學生，形成良好的學習氛圍。

這部分可以借鑒國外課程設計部分的組織，在兩個學期的理論實驗課后，第三個學期是專門的課程設計部分。

興趣小組主要由大三、大四學生組成，依據學生的動手能力、勤奮程度和主觀意愿。以學生為主導，老師為指導。選擇表現突出的學生作為組長，對老師直接負責。學生按其能力和專長形成三個梯隊，大二新進來負責找元件、焊接，大三負責調試、測試、修理，大四負責畫PCB板、設計。每組由3～4位同學組成，按照每組的整體水平，題目設置也會由淺入深。

基于不同的特征，興趣小組的課題是電源高級制作，如數字控制下電源制作，注意數字控制及干擾，教師課題研究相關的硬件制作，也可以作為小組的題目。

課題完成后會舉辦討論、講座、專題報告進行內部交流。

五、總結

借鑒國外經驗可以從方方面面提升電力電子技術的教學，課程可以延伸至畢業設計，經過興趣小組兩年的鍛煉，個別學生硬件水平可以提前達到碩士畢業的要求。為了取得最佳教學效果以及項目進度的需要，需要配備開放的實驗室以及給學生適當的薪酬、獎金會給他們更多的動力，讓項目得以更好完成。

參考文獻：

[1]劉晉，牛印鎖，文俊，國內外“電力電子技術”課程教學研究[J]，中國電力教育，2012.

[2]鄭君里，于歆杰，美國MIT EECS系本科生課程設置簡介[J]，電氣電子教學學報，2006.

[3]關曉菡，張衛平，張東彥，國內外高校電力電子技術教育現狀綜述[J]，電氣電子教學學報，2006.

[4]王兆安，劉進軍.電力電子技術第五版[M].北京：機械工業出版社，2009.