電氣工程及其自動化專業“電力電子技術”課程教學改革探索

南京航空航天大學金城學院機電工程與自動化學院 錢 荔

“電力電子技術”課程是電氣工程及其自動化專業一門重要的專業課。由于電力電子技術的迅速發展，原有的教學模式與教學內容已與學院的培養目標有一定差距。文章分析了“電力電子技術”課程的現狀，在教學模式、教學內容和考核方式上進行了教學改革探索。

引言：電力電子技術是一項實現電能高效率利用和運動精密控制的技術，已滲透到人類生活的各個方面，成為現代工業、信息和通信、能源、交通、國防等領域的支撐科學技術。電力電子技術作為一個學科僅有半個世紀的歷史，但由于它對社會進步與科技發展起著重要作用，因而發展迅速，目前所用技術與早期已有較大差別。

文章介紹了“電力電子技術”課程的現狀，包括教學內容與方法，授課方式與考核方式。筆者根據學院的人才培養目標，結合電力電子技術的發展狀況，提出了教學改革方案，包括教學模式，教學內容以及考核方式的改革。

1 電力電子技術教學現狀

“電力電子技術”作為電氣工程及其自動化專業的一門專業課，與學生的競賽，考研，就業緊密相連。教學計劃設置課程理論學時56，實驗學時16。課程學習要求學生必須有較好的數理基礎同時要熟練掌握前期所學專業基礎課內容。課程內容量大，難度較高，涉及多門學科知識。現有的教學與學科的發展已存在一定差距。

1.1 授課內容與學科發展不同步

“電力電子技術”課程多年來采用的是同一本教材，教材內容并未更新，新知識所占的篇幅較少或大多屬于介紹性質。課程授課內容基于教材，只做了細微調整，已跟不上現有技術的發展。例如電力電子器件部分，由于新材料和新技術的發展，器件的性能越來越高，出現的新器件逐漸取代了舊器件的市場。比如絕緣柵晶體管IGBT短短幾年就占領了功率晶體管GTR的應用領域。但教材里GTR是作為重點來講的，與現實應用領域已有一定差距。

1.2 授課方式與考核內容單一

“電力電子技術”采用的仍然是傳統的授課方式，教師將授課內容做成PPT，上課時以PPT演示加板書的方式講解，通過上課提問，課堂練習等方式與學生互動。這種授課方式比較單一，因課堂時間有限，無法最大限度的傳授知識。也沒有留給學生一定的思考空間。

考核方式采用的是閉卷考試（70%）+平時成績（出勤，作業，課堂測驗）。試卷的內容大多是直接考查，能在教材中直接找到答案，這種方式并不能最大限度的體現學生的知識掌握與應用情況。

2 “電力電子技術”課程教學改革

筆者基于學院培養“電氣自動化工程領域的高級應用型人才”的目標，并結合當前電力電子技術的發展狀況與學院學生的特點，進行了“電力電子技術”課程教學改革探索。

2.1 “電力電子技術”課程教學模式改革

多教材替代單本教材。教材的重要性在教學中不言而喻。由于電力電子技術發展較快，而專業教材的編寫及出版周期較長，目前市面的大部分電力電子技術教材涉及新知識點的部分篇幅都較少，無法滿足現有的教學需要。所以采用單本教材教學已無法滿足教學需要。教師需要選取符合學生層次的教材作為主教材，再根據授課內容選取其他教材作為輔助。同時對授課內容做整合。

項目式模塊化教學替代零散知識傳授。如果按照教材的順序按部就班的教學，學生學到的是零散的知識，沒有一個完整的知識架構與整體性的概念，在后期的應用中會出現很多問題。課程的教學目的最終還是指向實際應用，所以教師在教授課程知識時應該先整體后局部，采用項目式模塊化教學。以實際的筆記本電腦電源轉換器為例，電源轉換器是一個實物整體，它的設計制作涉及到器件，電源變換拓撲和控制方式，這些內容在教材中是分開講解的，教師在授課時應以實物為例，將其模塊化，再將這些模塊與教材中的內容對應起來。這樣學生在學習的時候就能有的放矢，知道自己所學的內容用在電源的哪個部分。最后能把零散的知識串聯起來形成一個整體，并能舉一反三。

多種教學手段替代單一課堂教學。傳統教學主要是課堂教學，但課堂教學時間有限，無法達到最好的教學效果。科技的進步與發展提供了更多的交流手段，這些都可以應用到課程的教學中。比如教師錄制教學微視頻放在教學網站上供學生在線學習。利用MATLAB和LabVIEW軟件制作離線仿真系統供學生仿真設計學習等。

2.2 教學內容改革

“電力電子技術”課程內容分為器件，電能變換電路拓撲，控制技術三大部分。科技的進步與電力電子技術的快速發展使得目前所用的技術在功率器件、電路拓撲、控制方法和系統性能等方面與早期已有明顯差別。

“器件”方面，原先教材中晶閘管和GTR都是重點講解的部分，但目前的發展狀況是IGBT占據GTR的應用領域并使電力電子技術進入到超音頻時代。GTO已失去原先的4.5kV以下的國際市場，并由IGCT和IGBT取而代之。所以在調整過的教學內容中應重點講解目前大量應用的器件，對老器件做簡單介紹。

“電路拓撲”方面，電路拓撲的變化不大，在課程內容的講解上結合應用實例講解各類拓撲的特點和應用場合。

“控制技術”方面，電力電子電路控制一般采用三種方式：相控、PWM控制、變頻控制。相控主要用于晶閘管整流電路、交流調壓電路；而以MOSFET和IGBT為開關器件的電力電子電路主要采用PWM控制；一些面向高功率密度應用的諧振功率變換DC-DC電路采用變頻控制實現功率調節。結合應用的廣度和深度重點講解PWM控制方式的應用。

2.3 考核方式與內容改革

“電力電子技術”主要的考核方式還是閉卷考試，但是在內容和形式上有所調整，原先閉卷考試內容與教材敘述方式一致，可以在教材上直接找到答案，缺乏應用式的考核。新的考核方式采用工程認證的方式，將考核內容量化，在題目形式的設置上多采用應用實例，這樣可以考察出學生實際的理解情況，而不是死記硬背下的結果。每年統計學生的得分情況并不斷調整教學內容與方法以及考核內容與方式，以達到最好的教學效果。同時學生的平時成績給定不再局限于出勤，作業等，學生可以用與專業相關的科創成果來獲得平時分。

3 結束語

“電力電子技術”是與現代社會聯系緊密的新興學科。它的發展與社會進步相關。“電力電子技術”課程教學應緊跟學科發展，不斷改革創新，這樣才能夠培養出更多的社會真正需要的工程技術型人才。