淺析“現(xiàn)代電力電子學”教學內(nèi)容的改進方法

奚崢皓　李媛媛　闞秀　徐冬梅

摘 要 “現(xiàn)代電力電子學”是介紹電力電子技術(shù)基本原理、分析方法和典型應用的理論課程，是電氣學科專業(yè)知識的基礎。根據(jù)自動化及電氣相關專業(yè)的課程建設要求，“現(xiàn)代電力電子學”已經(jīng)作為必修課程要求學生掌握。本文針對現(xiàn)有中美“現(xiàn)代電力電子學”教材和授課中存在的差異，結(jié)合自身情況，探討了“現(xiàn)代電力電子學”教學過程中可以嘗試的內(nèi)容改進和調(diào)整方法，為“現(xiàn)代電力電子學”教學內(nèi)容的與時俱進和教學質(zhì)量的提升提供了新思路。

關鍵詞 “現(xiàn)代電力電子學” 教學內(nèi)容 改進方法

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.08.051

Analysis of “Modern Power Electronics” Teaching and Improved Method

XI Zhenghao， LI Yuanyuan， KAN Xiu， XU Dongmei

（School of Electronic and Electrical Engineering， Shanghai University of Engineering and Science， Shanghai 201620）

Abstract “Modern Power Electronics” is a theoretical course to introduce the basic principles of power electronics technology， analytical methods， typical applications， and it is a fundamental framework of electrical discipline professional knowledge. According to the requirements of automation and electrical engineering courses， “Modern Power Electronics” has become a required course. In this paper， according to the differences about the teaching materials and the teaching methods between the current Chinese and American “Modern Power Electronics”， and combining with our own situation， we discusses the content improvement and adjustment method in the course of “Modern Power Electronics”. This paper provides a new idea for the improvement of teaching content and the teaching quality of the “Modern Power Electronics” .

Keywords “Modern Power Electronics”； teaching content； improved methods

1 中美教材內(nèi)容的主要差異

1.1 中文教材的側(cè)重點

以我?！艾F(xiàn)代電力電子學”課程為例，教材主要選用劉志剛、葉斌編寫的《電力電子學》。[1]同時，以我校自編的《現(xiàn)代電力電子技術(shù)》作為教輔參考。[2]其教學內(nèi)容主要包括44學時的常用電力電子器件的特性和使用方法；三相整流、斬波、逆變、變頻電路的工作原理和分析方法；以及4個學時的課程應用與實踐。其中，電力電子器件主要掌握晶閘管、電力晶體管，而四大變換電路作為課程的重點內(nèi)容，基本都是圍繞晶閘管的通斷進行分析和講解。

1.2 美國教材的側(cè)重點

以我校中美合作辦學的汽車電子工程專業(yè)為例，該專業(yè)的“現(xiàn)代電力電子學”（Modern Power Electronics）課程采用Andrzej M. Trzynadlowski編寫的《Introduction to Modern Power Electronics》一書作為教材。[3]教學內(nèi)容主要分為44學時的現(xiàn)代電力電子器件的構(gòu)造和原理分析；三相四大變換電路的特性分析；四大變換電路及現(xiàn)代電力電子常用器件的使用及選型；以及4個學時的應用性操作實驗。其中，電力電子器件主要以掌握MOSFET為主，介紹了MOSFET的各種改進型。課程將四大變換電路的應用作為重點內(nèi)容，圍繞著MOSFET的通斷原理進行四大變換電路的分析和講解。

1.3 中美教材側(cè)重點的差異及原因分析

從上述對中美“現(xiàn)代電力電子學”授課介紹可以看出。在理論內(nèi)容上，中方的課程主要以簡單的晶閘管的通斷入手進行講解，美方則以MOSFET的原理和應用為主進行講解；在實踐環(huán)節(jié)，中方以晶閘管和電力晶體管對四大變換電路的控制為主，而美方則以更為普遍應用的MOSFET控制四大變換電路的方法為主。

在如今的實際生活中，無論是大型變電站，還是工業(yè)電力變換機組，基本上都采用較為高效且安全性更高的MOSFET系列作為控制器元件。從這點來看，以我校授課內(nèi)容而言，無論是理論教學上，還是實踐操作環(huán)節(jié)，美方的課程設置都更與實際需求相結(jié)合。但是，僅僅講授MOSFET卻缺乏前期知識的鋪墊，使學生上課時產(chǎn)生了許多的困擾。

1.4 教學內(nèi)容改進的探討

針對“現(xiàn)代電力電子學”中文課程教學內(nèi)容陳舊，美方課程教學內(nèi)容前期準備知識不足的問題，提出了將中美課程授課優(yōu)點進行融合，在課程實用性、授課重點傾斜、實踐類內(nèi)容等方面做了改進和補充。

1.5 專業(yè)實用性介紹

“現(xiàn)代電力電子學”雖被多數(shù)電氣類專業(yè)選作必修課程，[4]但大多數(shù)學生并不清楚該課程的實際應用背景。課程教材中也并未有過多的介紹，僅僅是對元器件的本身做了一個應用介紹。其實，針對現(xiàn)代電力電子的應用范圍很廣，不僅涉及變電站的電力傳輸，還包括電機轉(zhuǎn)向的控制、電力變壓器的調(diào)壓變頻、直流變壓的調(diào)控等方面。[5]

根據(jù)課程內(nèi)容的側(cè)重點不同，切換行業(yè)背景作為參考，將專業(yè)、行業(yè)與學業(yè)有機結(jié)合，制定課程的合理教學方案。[6]例如，將電力控制與新能源知識相結(jié)合等。這不僅能對授課內(nèi)容進行更有針對性的講解，還易于學生對行業(yè)背景與理論知識有效整合，重塑學生對學習內(nèi)容和行業(yè)發(fā)展的興趣和認知，調(diào)動學生的主動能動性，使其從自身興趣出發(fā)重新完成對課程的理解和學習。

1.6 內(nèi)容梳理與實際結(jié)合

作為本課程的主講教師，在設計合理教學方案的同時，還應該注意課程內(nèi)容的前后銜接和連續(xù)性，突出課程重難點。使學生明確授課內(nèi)容板塊的教學順序，相對輕松地跟上授課節(jié)奏。

講解過程更應與實際需求相結(jié)合，從經(jīng)典理論入手，由淺入深。在教學過程中應時刻注意學生的反應，盡量做到換位思考，多從學生角度去分析教學過程。在問題釋義難點分析時，注意給學生盡量舉出一個與實際相關的例子。例如，在講解三相整流和逆變電路時，可以展示變電站變電傳輸?shù)倪^程。使學生對理論性知識有個宏觀的理解，充分提高課堂教學效率。

另外，教師在每節(jié)課的開始時注意總結(jié)回顧上節(jié)課的典型問題、作業(yè)難點。這樣，一方面將一些學生的建議反饋回課堂，另一方面在解決問題的同時也加深了學生的理解。

1.7 實踐內(nèi)容的改進

實驗教學在本課程的教學過程中，主要側(cè)重促進學生對理論知識的理解和促進實踐能力的培養(yǎng)。[7]但在授課過程中，由于實踐課時的安排，無法簡單地將中美雙方的實踐類課程合并處理。也不能將原本就緊張的44學時理論教學學時進行壓縮。

為了解決這個問題，同時更好地錘煉學生對課程內(nèi)容的理解。我校在新的專業(yè)培養(yǎng)大綱中擬將原實踐部分的4學時擴充為8學時，并與同學期開設的電機拖動課程實踐環(huán)節(jié)合并，單獨設立實踐類綜合實驗課程。新的實踐課程中，不僅從晶閘管、電力晶體管、MOSFET三方面對主要變換電路做了仿真設計和分析，還拓展了一部分MATLAB的Simulink仿真比較環(huán)節(jié)。實驗內(nèi)容的適當調(diào)整，不僅加深了學生對課程理論基礎知識的理解，還鍛煉了對行業(yè)應用、工具軟件、電路設計等知識的綜合應用。[8]任課教師在實踐過程中還應當鼓勵和幫助學生解決理論學習的疑慮，以此重新激發(fā)學生對本課程的學習欲望，再次鍛造學生的學習能力和實踐能力。

1.8 加強交流突出團隊

要使一門課程的教學得到真正發(fā)展，單由授課教師一人是不足以完成的。依靠教學團隊的力量，分工合作、群策群力才能使課程不斷完善。團隊教師互相交流、互提意見和互相幫助，從教學方案設計、教學內(nèi)容制定、教學方法研討和教學成果分析幾個方面共同商議，交流授課經(jīng)驗，學為所用，以此改善課程的授課方法和教學方案，日積月累將促進課程教學水平的提高。同時，發(fā)揮每位教師的特長和潛力，特別是注重對青年教師的教學指導，這將有利于課程資源的整合和利用，為學科的快速發(fā)展打下堅實基礎，最終實現(xiàn)依靠專業(yè)特點和學科發(fā)展背景，利用教學團隊優(yōu)勢，創(chuàng)建符合團隊教學特質(zhì)和風格的精品課程。

2總結(jié)

“現(xiàn)代電力電子學”課程不僅傳授電力電子理論的相關知識，更是為學生建構(gòu)整個電力控制理論體系的基礎。通過“現(xiàn)代電力電子學”課程的學習，可以使學生能夠了解基本電力傳輸?shù)姆椒ㄅc結(jié)構(gòu)，理解控制理論在電力傳輸中的原理與應用，掌握常用變換電路的控制方法。

本文首先簡要比較了中美“現(xiàn)代電力電子學”教學內(nèi)容上的特點，分析了產(chǎn)生教學內(nèi)容差異的主要原因。然后，根據(jù)自身情況對“現(xiàn)代電力電子學”課程的教學方法做了試探性的改進探討?？傮w來講，“現(xiàn)代電力電子學”是控制工程體系的基礎課程，是進入電力控制領域的金鑰匙，其在實際應用特別是電機和電力系統(tǒng)的控制上有著廣泛地應用背景。因此，加強“現(xiàn)代電力電子學”課程教學的研究與探討具有非常特殊的專業(yè)意義。同時，將該課程總結(jié)出的經(jīng)驗試用于相似課程，也促進了教師的教學知識不斷更新，成為團隊教師持續(xù)成長的營養(yǎng)液。

項目支持：本文受上海工程技術(shù)大學k201602002 “《現(xiàn)代電力電子學》課程建設”和k201702001“《現(xiàn)代電力電子學》全英文課程建設”項目資助

參考文獻

[1] 劉志剛，葉斌.電力電子學[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2] 李媛媛，王宇嘉，張穎.現(xiàn)代電力電子技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2014. [3]Andrzej M.Trzynadlowski. Introduction to Modern Power Electronics[M].USA：John Wiley & Sons，2015.

[4] 韓晞春.《電力電子技術(shù)》課程的教學改革與實踐[J].南京工程學院學報：社會科學版，2004.4（4）：55-58.

[5] 徐志如，劉德勝，陳文平，史慶武.電力電子技術(shù)課程的教學改革與實踐[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2017（5）：89-90.

[6] 魏文新，丁鐘江.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢探析[J].工程技術(shù)研究，2017（2）：247-254.

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[8] 蘇良昱，王武，葛瑜.電力電子技術(shù)仿真實驗教學與創(chuàng)新思維拓展[J].實驗技術(shù)與管理，2013（1）：170-173.