電力電子技術實踐教學與考核體系改革

劉金華 劉保軍

摘要 從基礎實驗、仿真實驗、綜合創新實驗、課程設計4個模塊,探討電力電子技術實踐教學環節的改革,同時對4個模塊的考核方式提出可行性方案。

關鍵詞 電力電子技術;實踐教學;考核體系

中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)33-0027-02

Practices Teaching and Examination System Reform of Power Electronic Technology//Liu Jinua, Liu Baojun

Abstract The paper made the exploration of practices teaching reform from four modules, such as basic experiment, simulation experiment, comprehensive innovation experiment, course exercise, and also advanced the practicable solution about the examination methods of four modules.

Key words power electronic technology; practices teaching; examination system

Authors address University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute, Zhongshan, Guangdong, 528402, China

電力電子技術跨“電力”“電子”和“控制”3個領域,是弱電子對強電力實現控制的橋梁和紐帶。該課程的實踐性非常強,很多概念和方法必須通過實踐環節才能較好地領會和掌握。在工程實踐中,該課程始終呈現高速發展態勢,不斷有新的器件、新的電路拓撲結構與新的控制方法問世。這些因素決定了對該課程的實踐環節進行動態改革是非常必要的。同時因為它的實踐性很強,很難簡單地用某一方面去評價一個學生對實驗課的掌握程度,所以必須建立起一套完整有效的考核體系,才能促進學生的學習。

電力電子技術的實踐教學改革,采用基礎實驗、仿真實驗、綜合創新實驗、課程設計4個模塊,結合課外實習基地實訓、全國大學生電子設計競賽等高水平的實踐環節,從而將綜合設計能力、創新設計能力和工程實踐能力的培養,貫穿于整個實踐教學過程,形成多層次、立體化的“4+1+1”實踐教學特色。本文著重從4個模塊方面探討電力電子技術的實踐教學改革。

1 基礎實驗

基礎實驗的目的在于使學生掌握電力電子器件特性,整流電路、斬波電路、交流調壓電路、逆變電路等基本原理、工作過程和特性,借助實驗指導書和相關手冊,查閱有關功能和使用方法,熟悉數據獲取、處理、分析和表達的方法。實驗學時為10學時。根據教學實踐,安排5個基礎實驗:電力電子器件特性實驗、三相橋式全控整流電路、直流斬波電路、三相交流調壓電路實驗、單相正弦波脈寬調制(SPWM)逆變電路。在基礎實驗中,關鍵在于讓學生熟練掌握數字示波器用法,學會借助實驗指導書和數字示波器用法手冊獨立思考、排除故障,消除依賴心理。要實現這一目標,必須做到每組人員、人數、位置固定,并且選定小組長。教師做到對每個學生熟悉,每一次實驗后對每一個學生的實驗操作評定成績,避免學生上實驗課像“坐車”。基礎驗證性實驗模塊成績由操作成績、實驗報告成績各占50%組成。

2 仿真實驗

電力電子器件、技術更新換代速度很快,學校的實驗條件無法跟上步伐,這是無法避免的現象。再加上實驗時間的限制,實物實驗難以使學生深入、全面掌握電力電子變換和控制的規律,很難通過實驗啟發學生的思維能力。通過計算機軟件MATLAB/Simulink對學生進行仿真能力訓練。學生通過這種仿真實驗,找出各種拓撲結構之間的差別,并實現參數的優化配置。既能使理論融會貫通,又能系統化地完成各種拓撲電路的仿真實驗,克服實驗設備的不足。方法是安排2個學時的時間,集中在計算機課室進行軟件初步培訓,讓學生初步掌握軟件的用法。課后布置2～3個仿真題目,難度由易到難,作為仿真實驗模塊成績評定依據。

3 綜合創新實驗

采用開放式實驗教學模式,學生根據興趣自行選定實驗題目,時間安排在理論課程結束后2周時間內,由學生自主去進行實驗。為了保證實驗的綜合創新性,學生在做實驗之前需要提交可行性報告,包括原理電路、參數計算、仿真結果等。這種方式培養學生多方面能力,學生反映良好。同時也成為學生的第二課堂,為全國大學生電子設計競賽打下基礎。綜合創新實驗模塊成績由可行性報告成績與實驗報告成績確定。為了保證實驗的真實性,學生必須保留實驗接線圖照片、實驗波形照片。

4 課程設計

課程設計模塊的目的:1)培養學生文獻檢索的能力,特別是如何利用Internet檢索需要的文獻資料;2)掌握課程前沿技術,提高學生課程設計報告撰寫水平;3)培養學生綜合分析問題、發現問題和解決問題的能力;4)培養學生運用知識的能力和工程設計的能力。為了實現上述目的,電子科技大學中山學院特別加大課程設計的學時,16個課時的課程設計分為2大塊完成:小論文和實際硬件電路。

小論文占6個課時,由學生自主選題,但必須是該領域內前沿技術,每人一個題目,由教師規定論文的格式和基本框架,要求具體電路方案的選擇必須有論證說明,主電路具體電路元器件的選擇應有計算和說明。

實際硬件電路部分,由于實驗設備的局限性,由教師初步選定10個題目,如“簡易變頻器”“開關電源”“直流電機軟啟動器”“蓄電池充電器”等經典電路拓撲,由學生自行設計電路、進行Simulink仿真,購買元器件,進行電路元器件焊接、調試。為了培養學生的合作精神,安排4～5人組成1個設計小組,通過合理的分工和協作共同完成上述設計任務。課程設計完成后,學生要提交電路設計過程的詳細說明書、Simulink仿真圖和仿真波形圖、焊裝和調試完畢的控制電路板。這些制作出來的電力電子裝置,可以作為下一屆學生上課時的實際案例,并形成一個良性循環。

課程設計成績的評定由小論文和實際硬件電路2部分組成。在有限的學時內,學生既了解了該課程的前沿技術,又鍛煉了寫科技論文的能力,同時具備一定的工程技術能力。

5 結論

電力電子實踐教學環節的改革,是一項艱巨復雜的工作,既需要學校的大力支持,也需要教師無私的付出。通過幾年來一系列電力電子技術課程實踐教學改革,學生在就業方面具備一定的優勢,特別是面向中山市古鎮、橫欄蓬勃發展的LED產業、燈飾產業,真正實現教育與產業相結合,也順應了獨立學院培養應用型人才的趨勢。

參考文獻

[1]王兆安,黃俊.電力電子技術[M].第4版.北京:機械工業出版社,2002

[2]唐賢倫,等.電力電子技術實踐環節教學改革研究[J].教育改革,2008(7)

[3]王明彥.“電力電子技術”實驗環節開展研究型教學的探索[J].實踐實驗教學,2009(3)