電力電子技術(shù)課程工程化教學(xué)模式探索和實踐

孫金根+付麗君+吳東升

[摘 要]為了更好地適應(yīng)經(jīng)濟和社會發(fā)展對應(yīng)用型人才的需求，如何做好電力電子技術(shù)的工程化教學(xué)是教師要思考的問題。電力電子技術(shù)是一門理論性和實踐性都很強的課程。針對目前電力電子技術(shù)課程教學(xué)中存在偏重理論輕實踐的問題，在 “能力軸+教學(xué)圓”的創(chuàng)新教學(xué)模式下，教師可以通過改進教學(xué)手段，提高學(xué)生的工程化教學(xué)效果，使學(xué)生具備工程意識和工程素質(zhì)，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新模式的實施和實踐表明該教學(xué)模式對提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力有比較好的效果。

[關(guān)鍵詞]電力電子技術(shù)；教學(xué)模式；工程化教學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0037-03

為了更好地適應(yīng)經(jīng)濟和科技飛速發(fā)展對應(yīng)用型人才的迫切需求，國家教育部于2015年下半年提出了部分高校或高校的一些專業(yè)要向服務(wù)于經(jīng)濟和社會的生產(chǎn)和實踐應(yīng)用轉(zhuǎn)型。在這種高等教育轉(zhuǎn)型的形勢下，電力電子技術(shù)是一門理論性和實踐性都很強的課程，必須進行相應(yīng)的應(yīng)用教學(xué)的改革。這些年來，在高等學(xué)校的課程教學(xué)過程中，許多教師往往偏重理論的講解，而輕實踐和工程應(yīng)用的教學(xué)，這就導(dǎo)致不少畢業(yè)生動手能力和實際應(yīng)用能力不能滿足用人單位的要求。為此，大學(xué)的課程教學(xué)要向工程應(yīng)用的教學(xué)方向轉(zhuǎn)變和改革。

電力電子技術(shù)課程是高等學(xué)校電類自動化、電氣工程及自動化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。我校的自動化與電氣工程學(xué)院，在自動化、電氣工程及自動化兩個專業(yè)開設(shè)了電力電子技術(shù)課程。2014年，在教學(xué)團隊的共同努力下，電力電子技術(shù)課程被選為遼寧省教育廳的本科教育的精品資源共享課。以電力電子技術(shù)的資源共享課為契機，依托本學(xué)院中央與地方共建高校特色優(yōu)勢學(xué)科實驗室建設(shè)平臺，為適應(yīng)工程應(yīng)用教學(xué)的趨勢，本教學(xué)團隊提出了工程化教學(xué)的創(chuàng)新教學(xué)模式，即“能力軸+教學(xué)圓”模式。通過教學(xué)模式創(chuàng)新，并按照創(chuàng)新模式實施教學(xué)，以提高學(xué)生的工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

一、教學(xué)模式創(chuàng)新

電力電子技術(shù)是一門綜合性學(xué)科，該課程具有理論性強、內(nèi)容多、與工程實際緊密聯(lián)系等特點，涉及的基礎(chǔ)知識比較廣泛，同時該課是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)在直流輸電、風(fēng)電領(lǐng)域、新能源轉(zhuǎn)換技術(shù)等方面都起到了非常重要的作用。針對目前電力電子技術(shù)偏重理論而輕工程實踐的教學(xué)方法，“學(xué)”與“用”脫離的教學(xué)過程，教學(xué)團隊積極探索電力電子技術(shù)的教學(xué)模式，希望通過好的教學(xué)模式及模式的實施，把電力電子技術(shù)課程的“學(xué)”與“用”有機地結(jié)合起來。為此教學(xué)團隊提出電力電子技術(shù)教學(xué)的工程化教學(xué)創(chuàng)新模式，該模式為“能力軸+教學(xué)圓”，該模式通過觀測點信息反饋，組成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。見下圖1。

圖中的“能力軸”是指學(xué)生具備電力電子技術(shù)的知識點對應(yīng)的工程應(yīng)用能力，例如，整流電路的理論對應(yīng)實際的電力電子整流裝置的設(shè)計能力或者電力電子裝置的應(yīng)用能力?！敖虒W(xué)圓”是不同的工程化教學(xué)手段及教學(xué)方法，例如，利用現(xiàn)有實驗裝置進行工程化教學(xué)是“教學(xué)圓”的其中一個環(huán)節(jié)。通過觀測點反饋信息后，改進方法也是“教學(xué)圓”的其中一個環(huán)節(jié)。各種工程化教學(xué)手段包括課堂實例講解、實驗裝置應(yīng)用、課外實踐和調(diào)查、課后作業(yè)、動畫演示、在線網(wǎng)絡(luò)資源、產(chǎn)品實物講解、電力電子設(shè)備說明書等等。教學(xué)團隊希望通過實施“能力軸+教學(xué)圓”的創(chuàng)新教學(xué)模式，提高學(xué)生的工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

二、創(chuàng)新教學(xué)模式的實施

目前，我校電力電子技術(shù)課程教材是最新的國家級規(guī)劃教材，即由機械工業(yè)出版社出版，王兆安、劉進軍主編的《電力電子技術(shù)》第5版，該教材是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，也是普通高等教育電氣工程和自動化類“十一五”規(guī)劃教材。雖然電力電子技術(shù)的教材內(nèi)容分為十個章節(jié)，但是電力電子技術(shù)的核心是四大類電力變換，也就是整流（AC/DC）、逆變（DC/AC）、直流-直流變換（DC/DC）、交流-交流變換（AC/AC）。依據(jù)教學(xué)團隊的“能力軸+教學(xué)圓”創(chuàng)新教學(xué)模式，其中“教學(xué)圓”是不同的工程化教學(xué)手段及教學(xué)方法，例如，課堂實例講解、實驗裝置應(yīng)用、課外實踐和調(diào)查、課后作業(yè)、動畫演示、在線網(wǎng)絡(luò)資源等。由于篇幅有限，本文只是以“教學(xué)圓”的一個環(huán)節(jié)實施為例說明創(chuàng)新教學(xué)模式的實施過程，即采用典型四大類電力電子裝置，通過講解典型的電力電子裝置應(yīng)用，讓學(xué)生掌握典型系統(tǒng)的設(shè)計思路 、設(shè)計方法和調(diào)試技術(shù)等。為學(xué)生電力電子技術(shù)的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ) 。

關(guān)于整流電路的理論知識，按照自動化專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)目標，要求學(xué)生掌握單相、三相整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和定量計算、整流電路的有源逆變等。整流電路的典型應(yīng)用是晶閘管直流電動機系統(tǒng)，對學(xué)生而言，晶閘管直流電動機系統(tǒng)也是難點。為了做好整流電路的工程應(yīng)用教學(xué)，結(jié)合目前主流的整流電路的電力電子產(chǎn)品，選用西門子公司直流調(diào)速裝置作為工程應(yīng)用實例講解。西門子的直流調(diào)速裝置應(yīng)用非常廣泛，尤其是冶金工業(yè)的軋機驅(qū)動控制，一般均采用西門子的直流調(diào)速裝置。西門子6RA70系列直流調(diào)速裝置是全數(shù)字直流調(diào)速裝置，其驅(qū)動功率可以從6kW至2500kW。西門子6RA70直流調(diào)速裝置功能全面，不僅具備整流電路的功能，而且針對直流電機的調(diào)速具備強大的控制功能。另外，多臺6RA70直流調(diào)速裝置可以并聯(lián)使用，驅(qū)動一臺直流電機，以驅(qū)動功率較大的直流電機。再者，西門子6RA70還有工業(yè)通信聯(lián)網(wǎng)功能。在課堂上主要講解6RA70直流調(diào)速裝置的整流電路的應(yīng)用，至于6RA70直流調(diào)速裝置的強大調(diào)速功能，應(yīng)該結(jié)合自動化專業(yè)的直流調(diào)速系統(tǒng)的課程來講解。

按照創(chuàng)新教學(xué)模式，關(guān)于整流電路的理論知識對應(yīng)的工程應(yīng)用教學(xué)，前面做了詳細介紹。至于逆變（DC/AC）、直流-直流變換（DC/DC）、交流-交流變換（AC/AC）的工程應(yīng)用教學(xué)，由于篇幅有限，只能說明理論知識的工程應(yīng)用采用何種電力電子裝置作為工程應(yīng)用講解實例，創(chuàng)新教學(xué)模式的實施過程和整流電路的一樣。對逆變電路（DC/AC）的理論知識，要求學(xué)生掌握逆變電路換流方式、電壓型（單相、三相）逆變電路的結(jié)構(gòu)和特點及工作原理、了解多重逆變電路和多電平逆變電路。針對逆變電路的理論知識，結(jié)合目前主流的逆變電路的電力電子產(chǎn)品，選用西門子公司交流調(diào)速裝置作為工程應(yīng)用實例講解。關(guān)于交流-交流變換（AC/AC）電路的理論知識，要求學(xué)生掌握交流調(diào)壓、交流調(diào)功、交流電子開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。交流電力變換電路對應(yīng)的應(yīng)用電力電子設(shè)備選用目前主流的應(yīng)用產(chǎn)品，即ABB公司的低壓軟起動器。關(guān)于直流-直流變換（DC/DC）電路的理論知識，要求學(xué)生掌握基本降壓或升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)、定量分析；掌握典型帶隔離的直流-直流變流電路；了解復(fù)合斬波電路和多相多重斬波電路。直流斬波電路的應(yīng)用電力電子設(shè)備選用目前主流的應(yīng)用產(chǎn)品，即GE公司的直流斬波控制器。

圖2為6RA70直流調(diào)速裝置的可逆系統(tǒng)主回路圖。

三、結(jié)語

傳統(tǒng)的授課模式， 往往偏重于理論的證明和公式的推導(dǎo)，而沒有與實際應(yīng)用相銜接，體現(xiàn)不了將復(fù)雜問題簡單化、抽象問題具體化的啟發(fā)式教學(xué)特點，不能反映“學(xué)以致用”的教育及學(xué)習(xí)目標。這導(dǎo)致了教師在課上的知識傳授較為抽象、生澀，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，且對該課程缺乏整體把握和深入理解。由于電力電子技術(shù)在實際工程應(yīng)用中具有多樣性和復(fù)雜性，所以做好電力電子技術(shù)的工程化教學(xué)并不容易。教學(xué)團隊按照電力電子技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式進行教學(xué)后，通過對學(xué)生的教學(xué)效果調(diào)查，從學(xué)生的反饋信息可以看到，通過實施創(chuàng)新模式的教學(xué)方法，工程化教學(xué)效果比較明顯，真正提高了學(xué)生的電力電子技術(shù)的工程應(yīng)用能力。通過不斷地探索新的教學(xué)模式，電力電子技術(shù)的教學(xué)得到了改進，更適應(yīng)經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要。

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