基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革

張民++丁新平++周曉燕++田艷兵++國珍

【摘要】依據(jù)電力電子技術(shù)內(nèi)容特點(diǎn)，提出基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革。在教學(xué)內(nèi)容上，進(jìn)行必要的刪減和補(bǔ)充，使內(nèi)容符合當(dāng)前工程實(shí)際，具有先進(jìn)性；在實(shí)驗(yàn)方面，調(diào)整實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，保證實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性、代表性和方向性。充分利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，培養(yǎng)高素質(zhì)電力電子技術(shù)的創(chuàng)新人才。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù) 教學(xué)改革 創(chuàng)新人才培養(yǎng)

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）07-0039-02

【Abstract】 The reform of the teaching content of Power Electronic Technology（PET） is put forward based on the Cultivation of Innovation Students according to the characteristics of the PET. The current situation and characteristics of the present stage of the PET are summarized， the key problems are pointed out， and the implementation plan is put forward. The teaching content is deleted and supplemented if necessary， so that the advanced content is in line with the current engineering practice. The experimental course content is adjusted to ensure that the experiment is advanced， representative and directional. The Cultivation of Innovation Students of PET are trained using Innovative Laboratory and Electronic Design Competition of University Student.

【Keywords】Power Electronic Technology； the reform of the teaching content； the Cultivation of Innovative Students

一、引言

電力電子技術(shù)是一門新興技術(shù)，它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，已成為現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)本專業(yè)人才中占有重要地位。

電力電子技術(shù)發(fā)展快，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要基礎(chǔ)之一，是改革傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要手段。隨著國防、一般工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、電子裝置用的電源、辦公及家用電器等方面現(xiàn)代化的快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量不斷提高。目前亟待解決的問題是：減少電子裝置所引起的諧波污染、功率因數(shù)下降和電磁干擾等公害，研究開發(fā)“綠色”電力變換器；解決能源危機(jī)問題，走可持續(xù)發(fā)展的道路，研究開發(fā)太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮堋⑷剂想姵氐刃履茉吹膽?yīng)用；解決傳統(tǒng)的燃油交通工具和一些特種行業(yè)對(duì)大氣污染的難題，研究開發(fā)新型“綠色”交通工具和高質(zhì)、高效、低價(jià)位的電力電子除塵裝置；滿足各個(gè)方面對(duì)控制精度、性能等越來越高的要求等問題。上述問題的解決，在很大程度上取決于電力電子技術(shù)的發(fā)展及其手段。因此，迅速而大批地培養(yǎng)掌握這些先進(jìn)技術(shù)并且理論聯(lián)系實(shí)際的具有創(chuàng)新能力的人才成為電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革必須解決的關(guān)鍵問題。

二、現(xiàn)狀分析

“電力電子技術(shù)”內(nèi)容繁雜抽象，實(shí)踐性較強(qiáng)且技術(shù)更新發(fā)展較快，新型器件不斷涌現(xiàn)。如果說在中等容量領(lǐng)域IGBT代替晶閘管已被人們接受的話，那么隨著基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件的研制及其未來的應(yīng)用，相信必將引發(fā)電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容的深度改革，原來陳舊的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段越來越不能滿足該課程的教學(xué)需求，各種“教”與“學(xué)”弊端不斷顯露。主要反映在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段上。在教學(xué)理念上，目前“電力電子技術(shù)”教學(xué)的思想還是以教師課堂傳授知識(shí)為主，而忽略了傳授知識(shí)的本質(zhì)是對(duì)學(xué)生能力、素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，以至于學(xué)生畢業(yè)后職業(yè)素質(zhì)、實(shí)踐動(dòng)手及創(chuàng)新能力都有限；在教學(xué)內(nèi)容上，突出表現(xiàn)在電力晶閘管內(nèi)容過多，全控型器件，如IGBT內(nèi)容過少；在教學(xué)方法上，依然采用教師為核心、課堂講授教材知識(shí)為中心的教學(xué)模式，忽略了學(xué)生在“教”與“學(xué)”中的主體地位，致使課堂講授過多過細(xì)，而學(xué)生參與討論學(xué)習(xí)較少，從而抑制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)；在教學(xué)手段上，過多依賴電子課件，沒有或很少使用粉筆黑板、實(shí)物（競賽產(chǎn)品）、教具及仿真軟件等多種教學(xué)手段，結(jié)果導(dǎo)致授課進(jìn)程過快、課堂沉悶、互動(dòng)性差、無法激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣等弊端。其次實(shí)踐教學(xué)薄弱、動(dòng)手與創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺失。目前“電力電子技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)普遍薄弱，多存在重視程度不足、有效課時(shí)較少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備老舊、不能與課堂教學(xué)同步進(jìn)行等缺陷，致使實(shí)踐教學(xué)不能起到很好地促進(jìn)課堂教學(xué)、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力的作用，所做實(shí)驗(yàn)多為晶閘管部分或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。第三大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏自主性。一是學(xué)生在學(xué)習(xí)“電力電子技術(shù)”時(shí)沿用中學(xué)時(shí)代的應(yīng)試學(xué)習(xí)方法，學(xué)習(xí)能力較差。如，教師講什么就學(xué)什么、死記硬背、缺乏獨(dú)立思考、不求甚解，只求應(yīng)付考試等；二是學(xué)生學(xué)習(xí)惰性強(qiáng)，普遍缺乏自主性。如，期末考試考什么就學(xué)什么，不考則不學(xué)；上課就學(xué)，課后則拋之腦后，自主學(xué)習(xí)手段單一，不會(huì)主動(dòng)利用各種教學(xué)資源進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)等。

這些現(xiàn)狀不利于承前啟后，不能很好地為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才。目前同行們都在探索這樣的問題：在電力電子技術(shù)內(nèi)容不斷更新，學(xué)時(shí)又不增加的情況下，如何改革電力電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

三、關(guān)鍵問題的解決

針對(duì)電力電子技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀，從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段實(shí)施教學(xué)改革。具體如下。

1.轉(zhuǎn)變教育教學(xué)思想主要是要改變育人模式，以加強(qiáng)全面素質(zhì)培養(yǎng)觀念為重點(diǎn)。按照“知識(shí)、能力、素質(zhì)”的模式，培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展的知識(shí)、能力、素質(zhì)相結(jié)合具有創(chuàng)新能力的工程實(shí)踐人才。

2.調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)新形勢下的教學(xué)要求。電力電子技術(shù)在近十年來得到飛速發(fā)展，新器件和新控制方法不斷涌現(xiàn)，電力電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容必須根據(jù)自身技術(shù)的發(fā)展及時(shí)更新，但實(shí)際授課的教材由于編寫過程中的滯后性，往往教材的內(nèi)容與電力電子技術(shù)的發(fā)展不協(xié)調(diào)，造成課堂教學(xué)與工程實(shí)踐相脫節(jié)。因此在授課時(shí)，應(yīng)根據(jù)電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減和補(bǔ)充，以保證課堂上所講授的內(nèi)容的先進(jìn)性。

在教學(xué)中，壓縮和刪減半控型器件晶閘管及其控制電路的內(nèi)容；強(qiáng)化全控型器件及控制電路的內(nèi)容，尤其是加強(qiáng)功率MOSFET和IGBT的內(nèi)容，包括以這些器件構(gòu)成的系統(tǒng)裝置的控制方法，如PWM控制技術(shù)。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大多數(shù)都是PWM型逆變電路。近年來，PWM技術(shù)在整流電路中也開始應(yīng)用，并顯示其高功率因數(shù)等突出的優(yōu)越性。在教學(xué)中，增加學(xué)科發(fā)展動(dòng)向及新器件與控制方法的教學(xué)，如PIC（功率集成電路）、IPM（智能功率模塊）、基于寬禁帶半導(dǎo)體材料、LSC（發(fā)光太陽能聚光器）、我國首條±1100千伏特高壓輸電工程完成可研評(píng)審的介紹等。

3.改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段。與工程緊密結(jié)合，例如展示大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽作品，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)；充分利用現(xiàn)代技術(shù)，豐富教學(xué)手段。在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)中，運(yùn)用掛圖、實(shí)物、動(dòng)畫多媒體課件可以增加直觀程度，增大授課信息量。

4.注重理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

結(jié)合具體研究內(nèi)容，深化電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革。要破除以教師為主體的觀念，樹立以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮其主動(dòng)性和自覺性，調(diào)整、更新、改革教學(xué)內(nèi)容，并加強(qiáng)教學(xué)手段的改革，重視學(xué)生能力的培養(yǎng)。

四、實(shí)施方案及可行性分析

具體實(shí)施方案應(yīng)結(jié)合上述要解決的關(guān)鍵問題，具體如下。

1.轉(zhuǎn)變教育觀念，以學(xué)生為主體。讓學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過程（課前準(zhǔn)備，課間互動(dòng)，課后延伸），發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、自覺性、選擇性、創(chuàng)造性。

2.根據(jù)電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行必要的刪減和補(bǔ)充，以保證授課內(nèi)容符合當(dāng)前工程實(shí)際，具有先進(jìn)性。

3.改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段。結(jié)合電力電子技術(shù)的課程特點(diǎn)，適時(shí)帶著具體實(shí)物教學(xué)。如調(diào)光臺(tái)燈、變頻器和DC-DC電源等，并在課堂上演示，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，感到電力電子技術(shù)的應(yīng)用就在身邊。

4.重視利用現(xiàn)代教育技術(shù)。

5.調(diào)整實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，保證實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性、代表性和方向性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，首先要考慮理論教學(xué)的進(jìn)度及其知識(shí)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，以利于學(xué)生對(duì)基本理論、基本原理的掌握；其次要對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行篩選、補(bǔ)充、綜合，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，多開一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。開設(shè)直流斬波、交—交變換以及PWM控制技術(shù)部分的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，由教師給出電路參數(shù)，學(xué)生自行設(shè)計(jì)主電路，選擇器件及其驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路，進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力。可保留原有的晶閘管整流、逆變的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)本課程的應(yīng)用有初步認(rèn)識(shí)。

6.充分利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室資源。注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生合理充分利用實(shí)驗(yàn)室資源。學(xué)院的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽為培養(yǎng)高素質(zhì)電力電子的創(chuàng)新人才提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

五、特點(diǎn)和結(jié)論

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革帶有鮮明的特點(diǎn)。

1.本項(xiàng)改革可實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的對(duì)接，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的培養(yǎng)和行業(yè)知識(shí)的儲(chǔ)備，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和自主意識(shí)。

2.增加學(xué)科發(fā)展動(dòng)向及新器件與控制方法的教學(xué)，如PIC（功率集成電路）、IPM（智能功率模塊）、基于寬禁帶半導(dǎo)體材料、LSC（發(fā)光太陽能聚光器）等。

3.結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，注重電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出實(shí)際所需的一些電力電子電路，包括方案論證、理論計(jì)算、電路定型、元器件選擇等，培養(yǎng)學(xué)生具有分析問題和解決問題的能力。

本文提出了基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革模式，針對(duì)當(dāng)前電力電子技術(shù)教學(xué)中存在的實(shí)際問題，結(jié)合工程實(shí)際要求進(jìn)行研究與實(shí)踐，為電力電子技術(shù)教學(xué)改革和課程建設(shè)提升探索出一條嶄新的道路。對(duì)于提升專業(yè)內(nèi)涵、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重大意義。

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