以實踐能力培養為目標的電力電子技術教學模式探索

邾玢鑫　王輝　楊楠　李振華

【摘要】近年來隨著各個領域對電力電子變換器的需求不斷增長，各種新型變流技術和寬禁帶半導體器件得到了快速發展。電力電子技術的本專業中的地位也不斷提高，但該學科的教學模式多數仍停留在本世紀初，一方面教材內容落后，仍以半控型器件為主，有關新型碳化硅或氮化鎵的內容幾乎沒有；另一方面教學模式以課堂教學及驗證性實驗為主，學生在其中幾乎沒有自我自考和實踐的機會，與本學科工程背景強的特性不相符合。顯然目前的教學內容及模式已經難以達到預期的教學和培養目標，針對本課程教學中存在的這些問題，本文將結合課程作業的引入，從教學內容、教學手段等方面，探索以創新意識和實踐能力為培養目標的新型課程教學模式。

【關鍵詞】電力電子；創新意識；實踐能力

【基金項目】教育部研究生課程建設試點單位教研教改項目（SDYJ201608/SDYJ201728）；教育部研究生課程建設試點單位課程建設項目（SDYK201628/SDYK201627）；三峽大學教學研究項目（J2017009）。

【中圖分類號】TM1-4；G642 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）06-0049-02

新能源發電、電動汽車等新興工業領域在能源和環境問題日益突出的背景下得到了快速發展。不論是光伏、風力等新能源發電系統還是電動汽車儲能系統，由于電能形式的不統一均無法直接與電網相連，電力電子技術則是連接上述單元與電網之間的關鍵紐帶。在這些工業應用中得到了大量的應用，這些行業的發展也促使了工業界對電力電子技術專業人員的需求。電力電子與電力傳動這一二級學科在電氣工程中的地位也隨之不斷提高。“電力電子技術”是電氣工程學科中的一門專業基礎課程，從課程位置來看，其位于電路和電子技術之后，位于高壓直流輸電技術、電力拖動自動控制系統等課程之前，起著承上啟下的關鍵作用。從課程內容來看，它的核心是變流技術，即電能變換技術，是一門工程應用背景非常強的課程，要求學生對電力電子器件有較清晰的認識，掌握基本的變流技術，具有較強的動手能力，可以將所學知識與工程實際相聯系，達到學以致用的目標。

近年來受新能源和電動汽車產業快速發展的影響，電力電子技術中不論是新器件還是新的拓撲或控制方法均得到了大量研究和發展，如在寬禁帶器件中15kV的碳化硅MOSFET已經被研發成功。應用于高電壓大功率場合中的各種模塊化、多電平變換器拓撲電路和控制方法也被大量提出。然而與本學科發展難以適應的是所涉及課程的教學內容和教學模式。總的來看可以總結為兩點：第一教學內容，目前多數教材均停留在以晶閘管為主的相控電路上，與工業實際應用不符；第二教學模式上與傳統基礎理論課相類似，以課堂講授為主，在輔以部分驗證性實驗，該模式下學生幾乎沒有自己思考和發揮的空間，也難以將理論與工程實際相聯系，所培養的學生與預期的培養和教學目標相差較遠。針對上述問題，如何更新教學內容、完善教學模式、提高學生創新意識和實踐動手能力的研究與探索也成為本專業教學人員的一個研究熱點[1-3]。

一、內容更新及課程作業引入

從目前電力電子變換器在各個工業領域中的應用可以總結開關電源技術的發展趨勢有：（1）開關器件的使用由半控型晶閘管向各種全控型器件轉變，且全控型器件由于各種模塊化多電平技術的發展也逐步向高電壓大功率的應用場合邁進，如各種柔性交直流輸電技術；（2）從單一變換器到電力電子系統化的轉變，隨著變流技術的進步，變換器的使用也呈現多樣化和系統化的特點；（3）各類寬禁帶半導體開關器件的出現，使得變換器開關頻率的進一步提升有了可能，高頻化也是開關電源發展的一大趨勢。總的來說，電力電子技術正朝著系統化、高頻化、高功率密度及效率、智能化等方向發展。一方面各種新型工業應用對電力電子技術的需求促進了本學科的發展，另一方面先進的電力電子技術也在更多應用場合中得到了應用，這些變化都是有效的拓展了電力電子技術的應用范圍，并給本學科的發展提供了動力和基礎。

通過上述分析可知，電力電子技術是直接面向工程應用的一門課程，這就要求課堂的教學內容要與時俱進，在教學過程中注重對學生創新意識和實踐能力的培養。針對目前教學內容較陳舊的問題，本課程組提出了圖1所示的課程內容更新方法及步驟，首先通過對課堂教學內容的更新，讓學生所學與工程實際所需相聯系；其次通過課程作業的引入，增加學生自主思考的機會，并可以將課堂所學理論知識在工程實際案例進行重溫和再加工。最后通過引入學生反饋和課程組交流活動進一步促進課程內容的更新，有效的溝通也可以保證課程內容更新的正確性和有效性。

在課程作業設計內容上，遵循學生自主、老師引導的原理，采用開放式課程作業命題。具體設計對象應以工程實際應用為背景，同時考核設計的內容以電力電子變流技術為核心，以電路及電子技術理論為基礎，做到內容與工程聯系、理論與實踐聯系、考核與指導并重。

二、“教-學-思-動”教學模式

傳統教學模式下以教師為主導，學生被動接受，因而不利于培養學生主動學習及主動思考。本課題組在原有課程教學的基礎上結合課程作業提出“教-學-思-動”的教學模式，該模式下要求老師在理論教學的基礎之上，引導學生思考理論知識與實際工程問題的聯系，培養學生從工程實際或日常生活中發現問題、提煉科學問題的能力。要求學生從被動接受知識到主動學習、獨立思考，以團隊的形式完成綜合作業題目的提煉、解決方案的制定以及仿真驗證系統、半實物或實物驗證系統的制作。實現由教師主導向指導、學生答題到命題的轉變。培養學生獨立發現、分析和解決問題的能力，同時，為了更好地反應學生的學習效果與工程教育專業認證對本課程要求之間的呼應關系，在課程作業評價中還擬引入相應的考核標準和考核方式。

為了更好的連接理論教學、實驗教學與課程作業之間的關系，實現“教-學-思-動”教學模式下的基于創新意識與實踐能力培養的電力電子技術及其課程作業教學體系，理論與實驗教學及課程作業內容將改變以往相互獨立的設計形式，同時為進一步培養和提高學生的創新意識和實踐能力，按照遞進式教學原則，組織設計4個模塊的教學及考核內容，如圖2所示，分別是基礎理論教學、驗證性基礎實驗、綜合作業以及創新實踐。

首先通過基礎理論教學讓學生具備分析、設計基本電力電子變換器的基本知識和方法。同時注重引導學生理論結合實際。其次通過課程中驗證性基礎實驗讓學生將理論學習中的電氣符號和實際元器件相聯系，熟悉基本元器件的特性，學會基本電源及測試設備的使用，掌握電力電子變換器實驗的基本步驟和注意事項。為課程作業設計打下良好的基礎。通過課程作業對所（下轉45頁）（上接49頁）學知識和技能進行發散性、創新性的運用，一方面通過開放式課程作業命題可以提高學生主動思考的機會，另一方面設計環節也可以突破書本和課程內容的限制，這種模式下可以充分開闊學生視野，啟發學生創新意識，培養其實踐能力。

三、結語

通過上述“教-學-思-動”教學模式的引入是由教師主導向學生為中心教學思路的轉變，打破了課程理論教學與課程作業之間聯系不暢的壁壘，可以有效提高學生主動自考幾率，增強學生自我學習的動機，不僅能提高學生的創新和實踐能力，也可以促進教師和學生的交流，擴展視野，從而提高整體教學及科研質量。

參考文獻

[1]李興寧，劉永勝.電力電子技術實訓教學創新模式探索[J].泰州職業技術學院學報，2009，9（3）：11-13.

[2]李存金.大學生創新思維能力培養的實踐途徑與機制[J].創新與創業教育，2013，4（1）：1-5.

[3]蔣偉，莫岳平.“電力電子技術”課程教學模式研究[J].電氣電子教學學報，2013，35（1）：44-46.

作者簡介：邾玢鑫（1986-），男，博士，副教授，從事新能源電力變換技術、高效率DC/DC變換器拓撲及控制等研究工作。