具有礦業(yè)特色的項目參與式教學改革初探

李國華++張美金++謝國民

摘 要：本文為了培養(yǎng)學生的應用創(chuàng)新能力，提出一種基于礦山企業(yè)科研項目的參與式教學方法。將某礦業(yè)集團的電力系統(tǒng)諧波抑制科研項目引入到《電力電子技術》的教學中，通過設置4個實踐訓練項目，引導學生學習和應用該課程中的整流電路、逆變電路、驅(qū)動電路、控制電路和保護電路等知識點。從而加深學生對書本知識以及礦山實際問題的理解，為畢業(yè)后進入礦山企業(yè)工作奠定堅實基礎。

關鍵詞：參與式教學 礦業(yè)特色 電力電子技術

中圖分類號：G451.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2017）09-0051-02

遼寧工程技術大學是一所具有鮮明地礦特色的本科大學，多年來為礦山企業(yè)培養(yǎng)了數(shù)以萬計的應用型人才。近年來，學校結(jié)合礦山用人單位實際需要，提出了培養(yǎng)礦山應用創(chuàng)新型人才，打造富有地礦特色人才培養(yǎng)模式的口號。與此同時，也給專業(yè)課程教學提出了更高的要求。

2012年，教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見中明確提出了：“創(chuàng)新教育教學方法，倡導啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學。”上述教學方法的共同之處，在于都強調(diào)了學生在課堂教學中的中心地位，激發(fā)學生學習的積極性和創(chuàng)造

性[1-5]。2013年初，遼寧工程技術大學結(jié)合自身特點，提出了基于項目參與式教學方法的課程建設課題，經(jīng)過一年時間的實施，取得了一定成效。

本文將某礦業(yè)集團的電力系統(tǒng)諧波抑制項目（項目名稱：煤礦電力諧波實時抑制裝置樣機的研制）引入到《電力電子技術》的教學中，并結(jié)合諧波抑制問題設置幾個實踐訓練項目。學生結(jié)合課堂教學內(nèi)容，通過教師引導、討論和搜集資料等方式尋找解決問題的方法和途徑，提出解決方案，并參與設計小功率實驗樣機。從而達到理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生實踐應用能力的目的。

1 實踐訓練項目

《電力電子技術》是電工類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，包括電力電子器件、整流電路、逆變[]電路、直流斬波電路、驅(qū)動電路、控制電路和保護電路等內(nèi)容。課程內(nèi)容實踐性強且比較抽象，學生對該課程普遍缺乏直觀認識，學習難度比較大。

結(jié)合該課程的特點，將礦山電力系統(tǒng)諧波抑制項目（即有源電力濾波器）引入到該課程的教學中，設置了4個實踐訓練項目：

（1）有源電力濾波器整流電路部分的設計。通過有源電力濾波器涉及的整流問題，學習和應用該課程中整流電路和開關器件選型等知識。

（2）有源電力濾波器逆變電路部分的設計。通過有源電力濾波器涉及的逆變問題，學習和應用逆變電路、器件選型和PWM控制等知識點。

（3）有源電力濾波器驅(qū)動電路部分的設計。通過有源電力濾波器涉及的驅(qū)動問題，學習和應用驅(qū)動IGBT等開關器件的方法。

（4）有源電力濾波器控制電路和保護電路的設計。控制電路部分：通過有源電力濾波器中涉及的控制電路問題，學習和應用空間矢量脈寬調(diào)制（即SVPWM）等知識點。保護電路部分包括系統(tǒng)的過電壓保護和過電流保護等。該部分與該課程中的PWM控制技術和保護電路等知識點聯(lián)系緊密，可以加深學生對相關知識點的理解。

學生通過完成上述4個實踐訓練項目，最終完成電力系統(tǒng)有源電力濾波器的整體設計。

2 實施方案

在教學中，通過引入實際問題、教師引導、學生查找資料、討論和教師指導設計相結(jié)合的方式，完成實踐訓練項目，實施步驟見圖1。

（1）提出問題。如圖1所示，首先教師在課堂教學中提出礦山電力系統(tǒng)中存在的實際問題，包括：①礦山供電系統(tǒng)中存在的電能質(zhì)量問題以及諧波產(chǎn)生的原因？②礦山供電系統(tǒng)諧波的危害？③如何解決礦山供電系統(tǒng)諧波問題？并引導學生課下查找相關資料。

（2）分析問題。①教師結(jié)合《電力電子技術》課程中的相關知識點分析電力系統(tǒng)諧波問題，給出解決問題的理論方法，供學生選擇；②教師向?qū)W生提供礦山企業(yè)相關技術資料，供學生學習和參考；③學生通過前期的相關資料擬定諧波抑制的初步方案；④師生之間通過交流討論的方式，改進與完善初步方案；⑤學生之間通過課下交流討論，改進與完善初步方案；⑥教師以定期答疑的方式指導學生。

（3）解決問題。學生通過教師引導、查找資料、討論研究等最終確定有源電力濾波器涉及的整流電路、逆變電路、驅(qū)動電路、控制電路和保護電路的設計方案。要求學生通過仿真軟件驗證設計結(jié)果，并以小組為單位設計小功率實驗樣機。為了降低成本，實驗樣機的開關器件選用價格便宜的電力場效應管及其集成驅(qū)動芯片。

最后，學生撰寫實踐訓練項目研究報告，并通過現(xiàn)場答辯的方式考核知識掌握情況。

3 實驗與分析

（a） 有源電力濾波器實驗樣機 （b）小功率逆變電路及其驅(qū)動設計

（c）補償前、后的電網(wǎng)電流波形

（d）補償前、后的諧波占有率

圖2（a）為學生參與設計的有源電力濾波器實驗樣機，圖2（b）為學生獨立設計的小功率有源電力濾波器逆變電路及其驅(qū)動電路。樣機涉及逆變電路、驅(qū)動電路、控制電路和保護電路等該課程相關內(nèi)容，有助于學生對相關理論知識的理解和掌握。

圖2（c）為電力系統(tǒng)有源電力濾波器實驗樣機的實驗波形。圖中包括補償前、后的電網(wǎng)電流波形對比，通過對比學生可以直觀的理解諧波和諧波補償?shù)母拍睿约半妷盒湍孀兤骱碗娏鞲櫟母拍睿粓D（d）是補償前、后的電網(wǎng)電流的諧波占有率，通過圖（d）能夠直觀的向?qū)W生展示諧波抑制的作用和目的。

4 課程考核方式

該課程的最終成績包括卷面成績和實踐訓練項目成績兩部分。其中，實踐訓練項目成績包括平時表現(xiàn)、研究報告和現(xiàn)場答辯三部分。每個實踐訓練項目占10分，實踐訓練項目成績總計40分。

（1）平時表現(xiàn)指學生在方案和樣機設計過程中的表現(xiàn)，以及出勤率等。

（2）實踐訓練項目研究報告成績，主要考核設計方法的正確性與合理性。

（3）現(xiàn)場答辯主要考核學生對知識的掌握程度，以及語言表達能力。

期末考試卷面成績占60分，該課程總成績100分。

5 結(jié)語

為了進一步提高教學質(zhì)量，突出礦業(yè)特色，提出了基于礦山企業(yè)科研項目的參與式教學方法。結(jié)合礦山供電系統(tǒng)諧波抑制問題設置了4個實踐訓練項目，學生在解決實際問題的過程中，能夠更直觀的學習和應用該課程相關知識點。通過2個學期的實際應用，證明該教學方法有利于提高學生應用書本知識解決實際問題的能力，加深學生對電能質(zhì)量以及諧波抑制等企業(yè)實際問題的理解，為畢業(yè)后進入礦山企業(yè)工作奠定良好的基礎。

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作者簡介：李國華（1981-），男，遼寧工程技術大學電控學院，副教授，研究方向為電力系統(tǒng)諧波抑制與無功補償。

張美金（1970-），男，遼寧工程技術大學電控學院，副教授，碩士生導師。

謝國民（1969-），男，遼寧工程技術大學電控學院，副教授，碩士生導師。