CDIO模式下電力電子技術課程教學改革的思考

孫筠

[摘 要]電力電子技術課程是一門理論和實踐緊密聯系的課程，包括電力學、電子學和控制理論，這是課程的三大支柱。筆者針對當前我國高校電力電子課程教學現狀，結合高校應用型人才培養定位，依托工程教育模式，提出電力電子技術課程CDIO教學模式，對電力電子技術課程進行教學改革思考，以“構思-設計-實現-運行”為主線，貫穿理論教學和實驗教學，讓學生在“做中學”、“學中做”，最終成為應用型專業化人才。

[關鍵詞]電力電子技術；CDIO模式；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0077-02

電力電子技術課程是一門理論和實踐緊密聯系的課程，包括電力學、電子學和控制理論，這是課程的三大支柱。電力電子技術課程是自動化專業、電氣通信專業的核心技術課程，在工業技術領域有極其廣泛的應用。學生通過學習電力電子技術課程，掌握扎實的基礎理論知識，具備極強的實際操作能力，熟悉構思、設計、實現、運行的產品研發過程，并具有相應的溝通協作能力和人際交往能力。在我國社會經濟迅猛發展的背景下，電力電子專業學生就業態勢良好，主要從事各大機關單位配電、配電設備生產及銷售、建筑電氣、電路開發工程師、PLC及控制、中國石化及相關企業、地鐵公司等領域的技術工作。因此，如何教好電力電子技術課程，讓學生有所學、有所用，成為大學生人才培養的重點問題。

CDIO模式是一種在全球各國廣泛推行的工程教育模式，以產品或項目“構思-設計-實現-運行”為載體，為大學生創建企業模擬環境，幫助大學生掌握課程理論知識，培養大學生產品過程能力。CDIO模式以產品、項目的全生命周期為系統教育背景，制訂CDIO課程教學標準和體系，讓學生主動參與學習，在理論中學習，在學習中實踐，通過CDIO模式提高工程能力。

因此，如何結合我國高校教育改革與創新趨勢，把握高校電力電子技術課程應用型人才培養定位，融合CDIO模式理念，構建電力電子技術課程體系和培養方案，探索CDIO模式下電力電子技術課程教學方法成為廣大教師需要思考的問題。電力電子課程是自動化專業、電氣通信專業的核心技術課程，符合CDIO模式教學支撐的課程特點，對電力電子技術課程展開CDIO模式課堂教學和實驗教學的改革與探索，能為電力電子技術課程教學改革提供支撐和助推作用。

一、CDIO模式下電力電子技術課程教學改革

CDIO模式理念涵括了產品、項目全生命周期，注重理論和實踐的聯系，體現了“基于項目的教學”理念，和電力電子技術課程相結合，整合課程傳統教學模式，形成電力電子技術課程CDIO教學模式。本文以“CDIO模式”為主線，構建貫穿電力電子技術課堂理論教學和實驗教學的新型教學模式，并對此進行有益嘗試。

（一）基于CDIO模式的電力電子技術課堂教學

1.教學課程規劃

在電力電子技術課程理論教學中，為了更好地開展理論教學，筆者建議有計劃地將實踐教學融入課堂教學全過程。在電力電子技術課堂教學中，教師向學生講解理論基礎知識，提出重難點，拋出問題，讓學生進行仿真分析和總結。學生按照小組劃分組建項目團隊，對課堂理論知識進行討論學習，從總體設計理論知識和項目任務，深入理解項目目標，主動發現問題。教師針對學生存在的學習問題進行引導，動態掌握學生理論知識學習情況，及時糾正學生理解中的錯誤。同時，教師還應全面開放電力電子技術實驗室，開放電力電子技術項目實施環節，為學生項目團隊設計項目任務。

筆者以“三相橋式全控整流電路”為例，為學生設計全控橋整流項目任務，結合三相交流變壓、晶閘管工作特性、阻感式電路、純阻性電路、觸發電路等內容進行電力電子技術課程教學規劃。

2.課堂教學方法

教師引導學生查找相關資料，對項目任務進行工作分解，以“自上而下”為項目設計導向，構思項目整體概念，從整體到局部，從宏觀到微觀，整合涉及的所有課程基礎知識，結合“三項全控橋”設計、“觸發電路”設計的工作結構和原理，構建模型，分析模型，計算參數，評估設計，模擬故障等，讓學生實踐“原理思考-分解任務-小組探討-模型構建-課程講解”，在教師的啟發下主動學習，帶著問題學習理論基礎知識，帶著目的和方向學習，繪制出電路原理圖和集成出發電路圖，能收獲較好的課堂教學效果。

在電力電子技術課堂教學中，教師要將課堂教學和模型仿真并行，為學生創設“學習-構思-設計-仿真”的一體化電力電子技術課堂教學模式，培養學生電路設計思維和能力。

（二）基于CDIO模式的電力電子技術實驗教學

1.基礎實驗驗證

電力電子技術課程在理論知識課堂講解結束后，需要結合課堂教學內容，設計理論知識基礎實驗驗證，幫助學生鞏固基礎理論知識，并結合實驗過程中遇到的問題進行討論學習，提高學生問題解決能力，讓學生能夠在實驗構思、設計、實現、運行中鞏固理論知識，操練電路設計實踐能力。

筆者以“反激變換器”為例，在給學生講解介紹了反激變換器設計內容和實施步驟后，要求學生應用“電流型脈寬調制器芯片（UC3842）”設計反激變換器，在設計中正弘交流輸入是給定的110V/50Hz，經過降壓、整流后，輸出功率實際為Pout=60W，開關頻率為fs=64kHz，輸出電壓為Vo=15V，要求學生結合電路設計中的各元件參數，確定各參數的選取原則與計算公式，設計仿真方案，制作版圖和電路板調試電路，撰寫項目設計結果分析報告。

2.創新實驗設計

在電力電子技術課程內容教學結束后，教師應梳理電力電子技術發展前沿，緊隨時代步伐，更新課程教學內容，制訂創新實驗設計，讓學生結合時代要求調整實驗設計方案，遵循“理論學習-實驗設計-仿真驗證-實驗”的流程，按照“基礎-實踐-綜合-創新”的教學主線，創新設計電力電子技術綜合實驗。

“反激變換器”實驗設計中的變換器電路設計包括主電路參數設計、控制電路參數設計。第一，主電路參數設計包括整流橋、變壓器、濾波器、開關管等參數的選取，鉗位電路、啟動電路、供電電路等設計。其中，電感和變壓器等磁性元件設計是反激變換器設計中最復雜的難點。在可變的電磁變換環境下，高頻變壓器工作發揮著變壓器和電感雙重作用，變換器性能受原副邊匝數比、線圈電感、磁芯參數等參數關鍵影響，學生需要計算這些參數，然后結合計算結果繞制變壓器。第二，控制電路參數設計包括振蕩電路參數設計、光耦隔離部分參數設計、反饋采樣電阻設計、驅動電路設計。通過設計控制系統，學生有機結合自動控制理論和電力電子技術，深入理解PID控制理論，這樣可培養學生電力電子技術知識運用能力和問題解決能力。

二、CDIO模式下電力電子技術課程教學考核評價

CDIO模式下電力電子技術課程教學考核評價包括過程考核和結果考核。

電力電子技術課程過程考核應構建“自評+互評+師評”的評價指標。其中，自評指標需要學生在正確認識自我基礎上，對自己學習態度、操作能力、創新能力進行客觀評價；互評指標是在項目小組分工下，由小組成員對學生的學習態度、操作能力、團隊參與、項目報告等能力進行客觀評價；師評是教師結合學生在學期內的課堂和實驗表現，對學生學習態度、操作能力、團隊參與、實驗設計等能力進行評價，全面提高學生專業素養。

電力電子技術課程結果考核是試卷考核，教師為學生創新課程試卷，設計“理論知識+實驗設計”的新型試卷，以“理論+實驗”的試卷模式取代“理論+計算”的試卷模式，全面考核學生知識應用和創新能力。

教師應該結合學校專業人才培養方案，在過程考核和結果考核之間設定科學權重，制訂課程教學考核標準，以計算最終課程成績。

三、結論

本文提出CDIO模式下的電力電子技術課程教學改革模式和實施“構思-設計-實現-運行”的流程，幫助學生應用理論知識實施實驗，掌握電力電子技術課程知識，掌握課程實驗操作方法，使課程理論和實踐融會貫通。筆者在電力電子技術課程內容和就業去向分析的基礎上，結合CDIO模式理念，指明電力電子技術課程教學改革趨勢，提出“基于項目教學”的電力電子技術課程CDIO教學模式。本文從教學課程規劃和課堂教學方法，論述了基于CDIO模式的電力電子技術課堂教學改革，從基礎實驗驗證和創新實驗設計，論述了基于CDIO模式的電力電子技術實驗教學。最后，筆者給出CDIO模式下電力電子技術課程教學考核的新辦法，包括“自評+互評+師評”的電力電子技術課程過程考核和“理論知識+實驗設計”的電力電子技術課程結果考核，形成“CDIO”模式下電力電子技術課程新型教學模式，培養應用型專業化人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 胡靜波. “電力電子技術”課程的CDIO教學改革[J].高教學刊，2015（6）：34-35.

[2] 夏晨陽，夏帥，伍小杰，周娟.基于學校特色及專業應用導向的“電力電子技術”教學改革研究[J].揚州大學學報（高教研究版），2014（S1）：14-18.

[3] 王建岡.電力電子技術課程實踐教學改革探討[J].自動化與儀器儀表，2009（6）：139-141.

[責任編輯：鐘 嵐]