面向工程應用的電力電子技術課程教學實踐研究

趙濤+沈亞斌+徐友+徐開蕓

摘 要 針對社會對電力電子技術專業人才需要掌握的能力的要求，從電力電子技術課程內容、教學方法、課程設計、實踐創新訓練和畢業設計等方面進行教學改革與實踐，促進學生工程應用能力的提高和創新意識的培養，取得較好的教學效果。

關鍵詞 電力電子技術；工程應用；教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）22-0098-02

Teaching Research of Course of Power Electronics Technology for Engineering Application//ZHAO Tao， SHEN Yaibin， XU You， XU Kaiyun

Abstract In this paper， according to the requirement of the society for the power electronic technology professionals， the teaching re-

form of the course of the power electronic technology have been im-

plemented from several aspects such as course contents， teaching methods， project design， practical innovation training， and gradua-tion project. The engineering application ability and consciousness of innovation of students is improved. Better results in teaching have

been achieved.

Key words power electronics technique； engineering application； teaching reform

1 引言

電力電子技術是對電能進行變換和控制的一門技術，是自動化及相關專業的一門重要的專業基礎課[1-2]。隨著科學技術的發展，電力電子技術應用已滲透到國民經濟各部門。對電力電子技術的人才的需求越來越迫切，除了對相關理論知識的要求外，更強調對工程實踐能力、工程設計、工程應用能力的要求。這些要求具有普遍意義，反映了對這類人才的通用標準。本文根據電力電子技術專業人才需要掌握的能力的要求，就如何提高學生工程應用能力、創新能力，從教學方法、教學手段、課程設計及大學科技活動和畢業設計等方面進行教學改革與實踐。

2 面向工程應用的問題導向法

電力電子技術課程內容涉及知識面廣、概念多。要在有限的教學學時內把電路、波形講透，讓學生都能理解，是件不容易的事情。此外隨著信息技術的不斷發展，知識也呈現碎片化的特點，其獲取也越來越容易。在這一背景下，教師的角色需要由過去的知識傳播者轉變為引導者和激勵者；過去是告訴學生所不知道的知識，現在應該引導學生運用正確的思維方法，自主獲取知識，并使之系統化。為此，教學內容、教學方法和教學手段都應有所改變。

首先要激發學生的求知欲，將過去冰冷、枯燥和抽象的知識點融入工程應用中；發現問題、提出問題及解決問題，學生尋求解決問題的過程，也是獲得知識的過程。在這一過程中，計算機仿真是不可或缺的學習手段。基于PSPICE、MATLAB、PSIM和MathCAD等軟件，采用虛實結合教學方式，充分利用軟件資源，提高學生求知欲及解決問題的能力[4-5]。利用仿真軟件搭建仿真電路進行仿真實驗，仿真實驗不受時間、場地的限制，學生可以觀測任意一點的電壓和電流波形。為了取得良好的仿真實驗效果，必須較好地掌握仿真原理、仿真操作和調試方法等。正確的仿真波形也是對學習的一種鼓勵和獎賞。

3 基于工程項目的課程設計

課程設計是完成電力電子技術課程教學的重要環節。其目的是使學生掌握基本電力電子器件的性能和應用方法，以及基本電力電子電路的設計思路，培養學生在電力電子技術領域中獨立分析和解決問題的能力。

目前，有不少院校開設了電力電子技術課程設計，但課題多是進行理論計算和設計，主要完成參數計算、電路設計和仿真等。嚴格地說，該類課程設計對學生實踐能力、工程應用能力的培養效果有限。電力電子技術課程設計實際課題開設較少的一個主要原因是實驗安全性和設備耐用性差。而課程設計一般為開放性的，其主要任務之一是讓學生完成焊接、調試電路，不宜采用課內實驗用的集成的實驗裝置。因此，如何在課程設計過程中保障學生的人身安全和設備安全，是實施課程設計的一個難題。

南京工程學院自動化學院于2013年重新開設電力電子技術的課程設計。為了解決上述難題，針對電力電子技術應用最為廣泛的DC-DC變換和DC-AC變換的兩種變流電路[6]，

結合數字化控制的發展趨勢，開發了開放式的DC-AC變換和DC-DC電能變換通用實驗平臺。圖1給出AC-DC電能通用實驗平臺結構圖，學生通過該平臺，可以進行SPWM逆變器設計，也可以實現直流電動機的四象限的控制，掌握交—真—交變流電路的結構，單、雙極控制，SPWM調制等控制技術。

擬定課程設計課題，主要考慮5個原則：1）注意內容的先進性、綜合性和實踐性，反映電力電子技術發展的新水平；2）應適合實踐教學和啟發創新；3）內容不應太簡單，難度要適中；4）能夠結合工程實際應用，并且具有一定的實用價值；5）成果最好具有相對的完整性和可考核性。表1為電力電子技術課程設計的部分課題。

由于課題貼近工程應用，學生興趣比較大，能夠獨立完成電路設計，主電路和驅動電路的制作、焊接和調試，及磁性元件的計算與選擇。經過三屆學生的實踐情況，取得良好效果，為后續的課程和畢業設計打下堅實的基礎。

4 三位一體實踐能力培養

電力電子技術工程應用人才培養的定位最終要落實到培養過程之中。具體來說，就是以現代電力電子技術為工程應用背景，結合計算機技術、控制理論及其他相關理論和技術，開設不同層次不同類型的選題。通過課程設計、課外科技活動和畢業設計，三位一體培養學生工程應用能力，做到點、面結合。圖2給出教學、科技創新和畢業設計三位一體的能力培養框圖。

以電力電子裝置典型的工程項目為對象，分解為核心模塊、提高及創新模塊、系統模塊、輔助模塊。課程實踐環節可以完成核心模塊的設計和調試，科技創新和畢業設計可以完成提高及創新模塊、系統模塊。輔助模塊通過相關課程完成。對學有余力的學生通過科技創新和畢業設計環節，進行系統設計及算法研究，保證項目的連續性。三位一體的設計大大激發了學生的創新精神，拓展了學生的視野，提高了學生的綜合設計能力，在各種競賽上取得優異成績。實驗內容與課程設計、畢業設計相互關聯。學生工程實驗能力得到提高。

5 結束語

經過幾年的實踐表明，以工程應用為導向的電力電子技術教學重構，打破了以理論知識傳授為主要特征的課程模式，以電力電子技術工程應用為核心，建立分類分層的課程實踐、科技創新和畢業設計三位一體的實踐能力培養模式，既突出優秀學生能力培養的點，又兼顧多數學生基本工程實踐能力的面，以點帶面。改變學生的被動學習與被動實踐，為學生主動學習能力和主動實踐能力的培養提供機會，提高學生的綜合素質，對學生實踐動手能力的培養及就業和深造等都有較大幫助。參考文獻

[1]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].5版.北京：機械工業出版社，2009.

[2]Rashid M H. Power Electronics： Circuits， Devices， and Application[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[3]陳建業.電力電子電路的計算機仿真[M].北京：清華大學出版社，2007.

[4]趙濤，張永號，劉啟新，等.MathCAD在“電力電子技術”教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2013，35（3）：55-58.

[5]趙濤，等.PSpice在電力電子技術教學改革實踐中的應用[J].電力系統及其自動化學報，2009，21（6）：123-127.

[6]Rashid M H.電力電子技術手冊[M].2版.北京：機械工業出版，2004.