新能源光伏發電SPWM逆變器及安裝調試的信息化教學模式探索

徐鋒益

關鍵詞：光伏發電 ?SPWM逆變器 ?信息化教學 ?一體化

新能源光伏發電SPWM逆變器及安裝調試的授課學生是高二電氣創新班的學生，已經學習過太陽能電板的工作原理，有一定安裝調試和接線能力。他們喜歡形象的理解知識，喜歡動手操作、展示自我，喜歡團隊合作;已經養成了利用導學案學習的良好習慣。針對他們對知識的興趣點，筆者通過練習實際工作場景，引導學生通過互聯網搜尋問題來源，利用多種信息化教學手段來開展教學。

一、教學實施安排

在實訓室中安排一體化教學，提前進行分組。在前一周發放光伏發電SPWM逆變器及安裝調試導學案，學生充分利用雨課堂網絡課程平臺的學習資源進行自主學習;并通過在雨課堂在線課程平臺和任課教師進行互動，進行探討、提出自己的疑問，由任課教師通過雨課堂在線平臺回答學生提出的疑問。通過這樣的一個課前預習環節，學生會主動去尋找答案，并對課程內容有所掌握，也能夠結合自己的觀點有針對性地提出一些想法，這樣會為接下來的課中學習打好基礎。教師在此過程中可以在線平臺上做以下幾點：第一，把學生提出最多的一類問題進行分析講解。第二，對課中所要進行的任務列出魚骨圖。第三，展示課前小組預習的情況反饋。

本節內容涉及DC-DC電路、DC-AC電路、SPWM正弦脈寬調制技術、安裝調試等知識，內容較為綜合。重點為SPWM逆變器工作原理、逆變器及負載的安裝、萬用表和示波器測試、波形分析，難點為SPWM逆變器工作原理。

為了使學生能形象地學習課程知識，在教學方法上教師采用項目教學法為主，結合頭腦風暴法、仿真演示、小步子教學等多種教學方法和手段，而學生利用小組合作探究、總結歸納的學習方法，做中學。

如何高效地完成教學目標，需要教師應用教學策略。本次課以信息化的教學方法，基于學生的學習基礎，以完成5個項目為主線，以學生的能力訓練為根本，結合我們的理實一體的項目教學模式，構建主動學、學能學會、喜歡學的信息化課堂學習環境，真正還課堂給學生，實現做中教、做中學，充分調動學生的學習積極性，提高教學有效性。基于對人才培養的要求，改變傳統教材的教學模式，利用網站、仿真軟件、微信等信息化手段解決本課五大問題。

第一，用情景劇導入什么是逆變的問題。第二，利用頭腦風暴法歸納逆變器的種類和特點有哪些？第三，微視頻解決實現逆變需要哪些條件。第四，利用精品課網站、仿真軟件、Flash動畫解決本課的重難點逆變器的工作原理。第五，小步子教學、微視頻解決如何實現逆變系統的安裝與調試。

完整的教學過程包含三個方面。課前準備，課前按以強帶弱進行分組，發放導學案，學生根據導學案要求完成查閱常見的逆變器的種類等相關導學任務。課堂教學，即分解任務，實施操作的過程。課后拓展，利用網站交流平臺，完成作業的上傳和課后師生微信群及時交流所思所想。

本節課，共用時兩課時，由五大問題，8個環節來完成。多個環節中采用了學生展示自我的設計方式，用多元化的信息手段，形象地解決了本課的重難點。

二、教學實施過程

課堂第一階段，引導學生打開網站，展示學生課前上傳的逆變器圖片。教師播放校園情景劇《太陽能路燈的探索》視頻，大致的情景是：兩個學生對太陽能路燈很好奇，就來到光伏實訓室動手實驗，第一次，燈泡直接連太陽能板，燈泡不亮;第二次，燈泡直接連蓄電池，燈泡也不亮，當把一個神秘盒子連在蓄電池和燈泡中間后，燈泡發光了，學生很興奮。教師順勢拋出三個問題：太陽能路燈與逆變器有什么關系？什么是逆變？逆變器是如何工作的？通過思考，利用頭腦風暴，小組匯報逆變器在各行業的應用，有電腦、家庭影院、電動砂輪、電動工具、DVD機、電視機、洗衣機、電風扇、照明電路等，學生們通過感受，思考并回答還可以應用于哪些場合，讓學生結合創新的思路在課外思考。

為了對逆變器應用的前沿技術有直觀形象的感受，教師給學生觀看了逆變器在新能源汽車特斯拉電動車中應用的前沿科技的宣傳視頻。提問，電動汽車的感應電動機的動力從哪兒來呢？來自電池組。但感應電動機需要的是交流電，所以，需要逆變器把電池組輸出直流電，變成感應電動機所需要的交流電。交流電的頻率的是由逆變器同時控制，從而去控制感應電動機的轉速。

課堂第二階段，要求各組開展討論，對常見逆變器種類有哪些？各自有何特點？結合課前預習的內容用頭腦風暴法的方式，請學生代表陳述本組觀點，調動了學生的熱情，從而解決了本課的第2個問題。

引導學生查詢百度百科：逆變器的概念和工作原理能把直流電能（電池、蓄電瓶等）轉變成交流電的設備，稱之為逆變器。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。

逆變器的種類可以分為正弦波逆變器和方波逆變器兩大類，這是按照不同的波形性質來分的。

人們日常生活中使用的電網就是正弦交流電，正弦波逆變器輸出的交流電和電網里的是一樣的，有可能會比正弦波交流電更好，因為它不存在電網中的電磁污染。

方波逆變器輸出的則是質量較差的方波交流電，其正向最大值到負向最大值幾乎在同時產生，這樣，對負載和逆變器本身造成劇烈的不穩定影響。同時，其負載能力差，僅為額定負載的40%～60%，不能帶感性負載。如所帶的負載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負載中的容性電流增大，嚴重時會損壞負載的電源濾波電容。

其他種類的逆變器有：煤電，太陽能，風能，核能逆變器等四類是按照發電來源來區分。還有并網，獨立控制逆變器這兩類根據用途的不同來區分。

這些逆變器的特點是直交流轉換效率高、可以快速動作;安全保護做得很好，能夠具備短路保護、過載保護、超溫保護功能;外殼全部采用鋁材料，散熱性能好;帶負載時的適應性與穩定性強。

功率方面，逆變器輸出功率與輸入功率之比是逆變器的使用效率。但是在工作中的逆變器自身也會消耗一部分能量，所以，逆變器的輸出功率會小于輸入功率。

課堂第三階段，為使學生了解本節課的實訓任務，用微視頻的形式，展示完成后的逆變器安裝與調試項目的演示視頻。學生仔細觀看視頻后，對任務有了初步了解后，已經躍躍欲試，很想動手自己來完成。教師此時提出問題：完成視頻中逆變系統負載的運行需要哪些條件？引導學生思考完成任務的條件包括太陽能板、蓄電池、逆變系統、負載等幾個部分，教師給學生展示各個模塊的實物，形成初步的印象，并進入特定的情境，為深入學習作鋪墊，明白接下來要做什么。如果有企業讓你完成光伏逆變器的安裝，你該如何設計和安裝？欣賞企業安裝逆變器工作視頻，加深理解太陽能光伏逆變器。

課堂第四階段，為了解惑學生提出的疑問，用網站學習的方法全過程地學習實現DC-DC升壓，DC-AC全橋逆變升壓等相關知識。教師引導學生利用網站學習，初步了解各部件的功能與原理。利用MATLAB軟件模擬仿真全橋逆變器，MATLAB軟件在仿真過程中可靈活地改變仿真參數，直觀地看到仿真結果隨參數的變化情況，成功實現直流逆變成交流，突出了重點。

為了幫助學生形象系統地理解SPWM逆變器工作原理，用Flash動畫形象生動的演示SPWM全橋逆變器原理和工作過程。這樣就把整個系統串聯在一起，以學生樂于接受的方式加深對知識的印象，突破本課的難點內容：SPWM逆變器工作原理。系統性解決了本課第3個問題，逆變器是如何工作的。

課堂第五階段，學生明白了SPWM全橋逆變器系統的工作原理之后，進入安裝和調試SPWM全橋逆變器系統的操作過程。利用小步子教學方法，即用微課視頻演示操作步驟，學生根據演示視頻進行操作，播放一步操作一步，降低了實訓難度，提高了實訓安全性，大大增加了安裝成功率，提升了學生實踐操作的自信心。

為了驗證安裝的正確性，用萬用表作通電前的檢測，再利用平臺仿真演示結果，既提升了安全性，又使結果一目了然，方便學生找出安裝中出現的問題，突出了重點。結合利用光伏測量儀器對電路的關鍵點進行測量，并觀察波形，把數據寫入學生工作頁的表格中。小組討論，分析判定該數據是否準確，光伏逆變器工作是否正常，教師適時點撥應到，使調試任務能夠完成，提升學生成就感。

三、小結

在總結歸納，拓展延伸環節，引導學生開展自評和互評。評價的過程，也是鞏固知識過程。然后把各組拍攝的照片視頻打包上傳到精品課網站上。課后各小組長把視頻內容發到班級微信群，教師與學生通過微信群進一步互動答疑，提高教學質量。

四、反思

本課的亮點在于動畫，仿真軟件，仿真平臺、網站和小組學習的融合。使教學效率更高，學生更感興趣。用網站、微課、仿真平臺、實踐操作使學生的視覺、聽覺、觸覺結合在一起，方便學生形象理解太陽能光伏逆變器的原理和安裝調試的步驟。較之傳統的教學方法，更高效、更形象，教學空間更廣，各組學生均能順利完成項目任務，達到了教學目標。

參考文獻：

[1]戴士弘，畢蓉選.高職教改課程教學設計案例集[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]王長忠.工學結合人才培養模式的思考與實踐[J].中國電力教育，2011（30）.

[3]劉斌.信息化教學有效性的理論思考——對信息化教學本質的再認識[J].現代教育技術，2013（3）.

[4]倪晟，金炳堯，王璟瑤.實驗教學信息化體系建設的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2013（6）.

（作者單位：慈溪技師學院）