應(yīng)用型本科院校“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革

王偉，王靜文

摘 要：針對(duì)應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和我院的實(shí)際情況，對(duì)“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)進(jìn)行了理論和實(shí)踐改革探索。通過(guò)采用案例式教學(xué)、推進(jìn)新媒體教學(xué)、引進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等對(duì)理論教學(xué)進(jìn)行改革。從精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、強(qiáng)化科技創(chuàng)新、開(kāi)展校企合作等方面對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革。這些措施的實(shí)施提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力，改善了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；電力電子技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）21-0137-03

Abstract： Based on the target of talent cultivation of application-oriented universities and the situation of our institute， the author explored the teaching of power electronic technology from the aspects of theory and practice reform. Theoretical teaching reform is focused on the following perspectives： application of case-based teaching， promotion of new media as the teaching tool and introduction of computer simulation technology. Practical teaching reform is conducted in the following fields： selection of experiment program， improvement of scientific and technological innovation and cooperation between colleges and enterprises.

Keywords： application-oriented universities； power electronics technology； teaching reform

引言

圍繞創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、中國(guó)制造2025、大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新等國(guó)家重大戰(zhàn)略，為增強(qiáng)地方高校服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、行業(yè)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)造學(xué)習(xí)者自我價(jià)值的能力，教育部積極引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。與研究型高校不同，應(yīng)用型本科教育更強(qiáng)調(diào)對(duì)專業(yè)知識(shí)的實(shí)用性和實(shí)踐性，旨在培養(yǎng)具有素質(zhì)高、能力強(qiáng)、知識(shí)面寬和基礎(chǔ)扎實(shí)的高級(jí)應(yīng)用型人才[1，2]。電力電子技術(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)，是電子學(xué)、電力學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉形成的一門工程技術(shù)學(xué)科[3]。“電力電子技術(shù)”課程是電氣工程和自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)課，具有工程實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣的特點(diǎn)。相關(guān)調(diào)查表明，傳統(tǒng)“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)模式不適用于培養(yǎng)應(yīng)用型高校學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。因此，我院根據(jù)應(yīng)用型本科教育培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，從授課內(nèi)容、教學(xué)手段、工程實(shí)踐等方面進(jìn)行改革和探索，以下是一些具體做法和體會(huì)。

一、現(xiàn)有教學(xué)問(wèn)題

目前，應(yīng)用型本科院校“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)主要存在以下幾方面問(wèn)題：

（一）學(xué)生基礎(chǔ)不扎實(shí)

應(yīng)用型本科院校的學(xué)生入學(xué)基礎(chǔ)偏弱，先修課程如電路基礎(chǔ)、模擬和數(shù)字電子技術(shù)掌握程度不高，加之學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性一般，不少學(xué)生不能沉下心思去挖掘知識(shí)的深度和廣度。這給開(kāi)展“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)工作帶來(lái)了不小的難度。

（二）工程類教材偏少

“電力電子技術(shù)”課程的教材版本雖然有多種，但適用于應(yīng)用型本科教育要求、內(nèi)容體系科學(xué)合理的教材還很缺乏。應(yīng)用型本科院校應(yīng)更注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，更強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，但現(xiàn)有的大部分教材主要還是面向研究型高等院校學(xué)生編著，理論部分占據(jù)教材大部分內(nèi)容，給學(xué)生的理解和學(xué)習(xí)帶來(lái)了困難，影響教學(xué)質(zhì)量。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)模式抽象

“電力電子技術(shù)”課程包含了大量的變流電路、工作過(guò)程和工作波形，傳統(tǒng)的講授教學(xué)模式很難形象地將這些內(nèi)容呈現(xiàn)和解釋給學(xué)生。在實(shí)踐教學(xué)中，多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生只需按實(shí)驗(yàn)操作步驟完成即可，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的動(dòng)手積極性，達(dá)不到鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用能力的目的。

二、理論教學(xué)改革

針對(duì)以上存在的一些教學(xué)問(wèn)題，探索適用于應(yīng)用型本科院校學(xué)生的理論教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和積極性，獲得良好教學(xué)效果，是一個(gè)值得不斷研究的問(wèn)題。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，多采用案例式教學(xué)

電力電子技術(shù)是電氣工程領(lǐng)域中應(yīng)用范圍最廣，變化形式最多的學(xué)科，考慮到應(yīng)用型院校的學(xué)生基礎(chǔ)，需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和整合。課程教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)集中到基本變換電路的原理、波形分析及參數(shù)計(jì)算，掌握“一類器件——電力電子器件”“四大變換——AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC”“兩種技術(shù)——PWM技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)”的基本知識(shí)和相關(guān)特性參數(shù)。另外，應(yīng)適當(dāng)強(qiáng)化各變換電路及其控制的應(yīng)用，刪減或弱化器件特性、電流型變換電路、諧振電路等復(fù)雜而不常用知識(shí)，對(duì)于后續(xù)電機(jī)拖動(dòng)等課程會(huì)重點(diǎn)介紹的知識(shí)則不講或少講。

打破傳統(tǒng)課堂先提概念和原理，再給出應(yīng)用的教學(xué)模式，盡可能多的采用案例式教學(xué)模式，即給出應(yīng)用實(shí)例，在分析實(shí)例功能、解釋原理的過(guò)程中引出、提煉所需知識(shí)。“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容比較容易在現(xiàn)實(shí)生活中找到對(duì)應(yīng)實(shí)例，因此這種案例式教學(xué)很適合引入課堂教學(xué)，相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生可以很深刻的記憶和理解所學(xué)課堂知識(shí)。

（二）豐富教學(xué)手段，推進(jìn)新媒體教學(xué)

本課程的特點(diǎn)是要對(duì)各種變換電路的工作原理及工作波形進(jìn)行反復(fù)研究，所以純板書式的教學(xué)模式在畫各種復(fù)雜電路及波形上浪費(fèi)很多時(shí)間[4]。因此，教學(xué)形式要堅(jiān)持多樣化原則，積極推進(jìn)新媒體的使用。錄制微課視頻對(duì)一些重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解，如三相橋式整流電路，應(yīng)使用新媒體對(duì)其在不同控制條件或負(fù)載變化時(shí)各時(shí)間段內(nèi)的波形逐步說(shuō)明，這樣學(xué)生可以很直觀的理解電路工作原理和波形。而且這個(gè)過(guò)程可以在課堂前預(yù)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”，即學(xué)生通過(guò)教學(xué)視頻提前自主學(xué)習(xí)，課堂上師生共同討論、深化所學(xué)內(nèi)容。當(dāng)然課后學(xué)生也可以反復(fù)觀看微課視頻，進(jìn)一步加深理解，從而打破了課堂內(nèi)外的界限，便于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

（三）引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是理論聯(lián)系實(shí)際的接口，將其引入電力電子技術(shù)課堂教學(xué)可以科學(xué)直觀的對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，是針對(duì)應(yīng)用型本科學(xué)生一種較好的教學(xué)方法。常見(jiàn)的仿真軟件如Matlab/Simulink、Multisim等可以滿足搭建電力電子仿真模型，驗(yàn)證所學(xué)內(nèi)容的要求。通過(guò)課堂上將部分知識(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證，可以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，加深對(duì)知識(shí)的理解，有利于課堂教學(xué)的自主延伸。同時(shí)，引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還有助于多門課程知識(shí)點(diǎn)的交叉，拓寬分析和解決問(wèn)題的思路，有利于學(xué)科間的融會(huì)貫通。

三、實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型人才實(shí)踐能力至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)層次[5]。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要采取多層次、立體化教學(xué)模式和評(píng)價(jià)體系，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

（一）精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)化考核方式

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院一直以來(lái)都很重視。在學(xué)院支持下，信息工程系電力電子實(shí)驗(yàn)室配備了12臺(tái)天煌DJDK-2型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置，并給每臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置配備了先進(jìn)的示波器、萬(wàn)用表等測(cè)量?jī)x器，保證了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的條件。在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上選擇了具有代表性的4個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)——單相橋式半控整流電路、三相半波有源逆變電路、BUCK電路、單相交流調(diào)壓電路，完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方式，注重學(xué)生實(shí)踐能力的考核。每次實(shí)驗(yàn)成績(jī)按6：4比例由實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)最終成績(jī)由每次實(shí)驗(yàn)成績(jī)平均得出。實(shí)驗(yàn)操作考查的內(nèi)容包括接線質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)效果、即時(shí)提問(wèn)和操作情況等。這樣的考核方式重點(diǎn)考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平和動(dòng)手能力，減少了學(xué)生不注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程而只注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的問(wèn)題，旨在提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

（二）強(qiáng)化科技創(chuàng)新，鼓勵(lì)參與科研項(xiàng)目

為進(jìn)一步理解和鞏固所學(xué)知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，提倡學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自行實(shí)驗(yàn)、自我總結(jié)，我系在學(xué)期末設(shè)置了為期一周的綜合設(shè)計(jì)。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣在電力電子及其相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)確定設(shè)計(jì)題目，實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生全面開(kāi)放，為其開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。同時(shí)，為增強(qiáng)學(xué)生參加科技創(chuàng)新活動(dòng)的熱情，系里每學(xué)年都會(huì)舉辦一次電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)大賽，并專門設(shè)置了學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)。

借助學(xué)校鼓勵(lì)學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐的一系列政策，系部積極鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)與電力電子技術(shù)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。通過(guò)這些科研項(xiàng)目的實(shí)踐，驗(yàn)證了課堂教學(xué)內(nèi)容，加深了學(xué)生對(duì)涉及知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展了所學(xué)知識(shí)寬度，提升了學(xué)生自學(xué)和應(yīng)用能力[4]。

我院2014級(jí)自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生申請(qǐng)了《基于BLDCM的數(shù)字式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的研制》這一自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，核心內(nèi)容就是電力電子中的三相逆變橋電路的控制。因此，項(xiàng)目是隨著課程同步進(jìn)行的，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣和實(shí)踐能力，設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖1所示。

通過(guò)這些內(nèi)容和活動(dòng)的實(shí)施，完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（三）開(kāi)展校企合作，提倡學(xué)以致用

開(kāi)展校企合作教學(xué)可以增強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力。在課程學(xué)習(xí)期間，組織學(xué)生參觀教學(xué)實(shí)踐單位的電力自動(dòng)化設(shè)備和流水生產(chǎn)線，在工程實(shí)際中的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域中的地位和作用，重點(diǎn)理解課堂中電力電子技術(shù)的理論知識(shí)如何應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中，并對(duì)可能存在的生產(chǎn)缺陷進(jìn)行完善和修正，達(dá)到學(xué)以致用的目的，實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

四、結(jié)束語(yǔ)

為適應(yīng)應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求，從學(xué)院的實(shí)際條件出發(fā)，以電力電子技術(shù)這門工程性較強(qiáng)的課程為對(duì)象，從理論和實(shí)踐兩方面對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行了改革。經(jīng)試驗(yàn)，提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的積極性，改善了教學(xué)質(zhì)量，尤其是在提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面取得了良好的效果。當(dāng)然，為更好地培養(yǎng)可以滿足科技發(fā)展需求的高級(jí)應(yīng)用型人才，“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)也需要不斷的改革和探索。

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