電力電子技術課程研究性教學的探索與實踐

唐 杰 林 立 劉家芳 李海娜

邵陽學院 湖南邵陽 422000

電力電子技術課程研究性教學的探索與實踐

唐 杰 林 立 劉家芳 李海娜

邵陽學院 湖南邵陽 422000

為了實現培養具有創新能力的應用型人才目標，在電力電子技術課程教學實踐中實施研究性教學。從課堂教學和實踐教學兩方面詳細論述研究性教學在電力電子技術課程中的實踐情況。研究性教學在電力電子技術課程中實踐3年多來，成效顯著，學生的創新能力和實踐能力明顯提高。同時，實踐也證明在電力電子技術課程中實施研究性教學符合應用型人才培養目標。

電力電子技術；研究性教學；教學方法；實踐能力；創新能力

研究性教學是教師以培養學生的研究意識、研究能力和創新能力為目標，通過教學過程，引導學生進行研究性學習，從而讓學生掌握知識、培養研究能力和創新能力。早在2005年，教育部就發布了旨在提高我國本科教育教學質量的文件《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》([2005]001號文件)，在文件中明確提出“積極推動研究性教學，提高大學生的創新能力”。如今，研究性教學作為一種順應時代要求的高素質人才培養理念，是高校教學改革的方向。傳統的以課堂為中心的承傳式教學不利于學生的探索精神和創新能力的培養。因此，在課程教學中實施研究性教學對于培養學生的創新意識、創新能力具有重要現實意義。

電力電子技術課程作為電氣工程及其自動化專業、自動化專業的一門重要的專業基礎課、必修課，在整個課程體系中占據著重要的位置。此外，電力電子技術發展迅速，各種新型的電力電子器件、電路拓撲和控制技術不斷涌現，電力電子技術應用領域日益廣泛，這對電力電子技術課程的教學提出了挑戰。因此在電力電子技術課程中實施研究性教學對培養創新型電氣人才具有重要意義。筆者從電力電子技術課程課堂教學和實踐教學兩方面詳細論述研究性教學在該課程中的探索與實踐。

1 電力電子技術課程的知識體系結構及教學要求

電力電子技術是應用電力電子器件構成的電力電子電路對電能進行變換和控制的技術，是強電和弱電之間的接口。電力電子技術課程是電氣工程及其自動化、自動化專業的一門很重要的基礎課、必修課。該課程的知識體系主要包含器件、電路、控制3大部分(如圖1所示)。

圖1 電力電子技術課程知識體系結構圖

在電力電子技術課程的知識體系當中，器件部分是基礎，器件部分主要講授不可控器件、半控器件、全控器件、新型電力電子器件的構成、工作原理、特性參數、使用方法以及驅動和保護等內容。教學目的是讓學生能熟練掌握各種電力電子器件的使用方法和在使用中應注意的問題。電力電子技術課程的主體部分是“四大”基本變換電路，即整流電路(AC/DC變換電路)、斬波電路(DC/DC變換電路)、交流電力控制電路和交流變頻電路(AC/AC變換電路)和逆變電路(DC/AC)變換電路。這部分的教學目的要求學生做到“四會”：會畫、會分析、會計算、會選。會畫即會畫出主電路圖；會分析即會分析電路的工作原理，并能結合電路圖畫出電路的工作波形；會計算即會計算一些重要的電氣量，如整流電路輸出電壓的平均值、逆變電路輸出電壓的諧波、功率開關器件承受的電壓大小等；會選即會選擇合適的功率開關器件，主要是功率開關器件的電壓定額和電流定額。控制部分是電力電子技術課程的拓展部分，這部分要求學生掌握SPWM控制技術和軟開關技術的基本原理及應用，尤其是SPWM逆變器及其控制技術和開關電源中的軟開關技術。

2 研究性課堂教學

2.1 教學內容的重新調整

在傳統的課堂教學中，教師一般根據電力電子技術的知識體系按照授課計劃以講授的方式進行課堂教學。這種課堂教學方式通過學科知識的講解和剖析，來構建個體學科知識結構的網絡，通過理解、應用達到個體能力的提高，從而形成個體基本的求生的本領，它的優點在于講授的知識成一定的系統，且邏輯性強。但傳統的教學方法存在課堂教授的知識多、講授方式單一、順式思維培養多、發散思維培養少等缺點。為了改變傳統的承傳式教學模式，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識和創新能力，我們將研究性教學方法應用到電力電子技術課堂教學實踐中。根據研究性教學的規律，我們調整了教學課時和教學內容，將電力電子器件、分析電力電子電路的一般性方法(分時段線性法)和電路課程中的電路分析方法作為知識教學，將電路和控制部分作為課題研究教學。在教學過程中采用研究主題的教學模式，并采用問題解決式教學方法。

2.2 研究性主題的確定

研究性主題是實施研究性教學的關鍵之一。因此，在講授電路和控制部分之前，我們根據教學大綱的要求、電力電子技術的最新發展以及電力電子技術在實際應用當中的一些難題確定了若干個研究主題。比如，在講授“SPWM跟蹤控制”時，我們設置了以下幾個主題：SPWM逆變器在現實工業中的應用領域有哪些？目前SPWM波形生成方法有哪幾種，如何實現？有源電力濾波器是如何通過SPWM技術實現有源濾波功能的？研究主題確定或將學生分成4～5個討論小組，要求各個小組在規定的時間內，通過網絡、圖書館、期刊等多種手段查閱與研究主題相關的文獻資料。最后進行小組討論和評價。

3 研究性實踐教學

研究性實踐教學包括研究性實驗教學、學生申報各級創新性實驗計劃項目和學生參與教師科研課題3個方面的內容。其中研究性實驗教學在實驗室完成，創新性實驗計劃項目和學生參與教師科研課題在創新基地完成。創新基地是我系為培養和鍛煉學生的創新意識和創新能力建立的專門用于學生科技創新的平臺。創新性實驗計劃項目和學生參與教師科研課題是研究性教學的課外延伸，這兩項內容要求對學生提出了更高的要求，也是電力電子技術課程實施研究性教學的最高境界。

3.1 研究性實驗教學

研究性實驗教學根據電力電子技術課程教學大綱要求，按照課程實驗課時要求，讓學生完成規定的研究性實驗項目。研究性實驗項目與一般的驗證性實驗項目有著本質的區別，著重鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，達到培養學生創新能力和實踐能力的目的。研究性實驗項目學生可以單獨完成，也可以和其他同學組成小組共同完成。完成后必須撰寫實驗研究報告，并答辯。

3.2 學生申報各級創新性實驗計劃項目

積極鼓勵學生申報電力電子技術類科研課題，帶著問題去學習、去探索，進一步提高學生的創新意識和創新能力。為了激發學生的創新意識，提高學生的科學研究能力，促進我系大學生研究性學習和科技創新活動的開展，培養具有創新精神和較強實踐能力的適應現代社會需要的優秀人才，我系鼓勵并資助大學生開展研究性學習和創新性實驗計劃項目。在組織機構上，我系成立了由系主任、黨總支書記親自掛帥，教學副主任、副書記負責的電氣工程系大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目領導小組。從管理制度上，我系制訂了《電氣工程系大學生研究性學習與創新性實驗計劃項目管理辦法》，從項目的實施與管理、資助條件與項目申報、項目結題與獎勵等幾個方面對大學生申報項目和項目管理進行了規定。

目前，學生已經成功申報湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目4項，即“有源電力濾波器檢測與控制技術研究及實驗”“基于80C51單片機與SA828的SPWM波發生器的設計及實驗”“TSC型靜止無功補償裝置控制器設計”“基于DSP的諧波電流檢測方法及實驗”；校級學生科研課題2項，即“基于80C51單片機與SA828的逆變電源控制器的設計”“注入式有源濾波器及其穩態補償特性分析”。這些課題涵蓋了電力電子技術課程的逆變器、SPWM控制技術等核心內容。目前學生主持的科研課題已經取得階段性成果。

3.3 學生參加教師科研課題

積極引導學生參與教師科研課題，是培養學生創新意識和創新能力的較高境界。可以較早地讓學生感受真正的科研氛圍，可以進一步激發學生的創新思維。目前已有多名學生參加到與電力電子技術課程密切相關的教師科研課題當中，一項是湖南省自然科學基金項目“基于VSI-SPWM結構的綜合電能質量調節器關鍵技術研究”(編號:07JJ6081)，另一項是湖南省教育廳優秀青年項目“基于并聯補償的配電網電能質量控制關鍵技術研究”(編號：07B068)。這兩項課題的研究內容涉及電力電子技術課程中的逆變電路、SPWM控制技術等內容，可以很好地鍛煉學生應用所學電力電子知識分析問題和解決問題的能力，同時又可以鍛煉學生獲取電力電子新知識的能力。我們根據學生的知識能力布置給學生的任務是：查閱電力電子技術在電能質量控制領域應用的相關文獻、對采用SPWM控制技術的兩電平電壓型逆變器進行仿真研究、根據補償裝置的容量和電壓等級選擇合適的功率開關器件(包括電壓定額和電流定額)、設計功率開關器件的驅動電路和緩沖電路。學生通過以上鍛煉，實踐能力和創新能力得到明顯提高，學生參與開發70kvar微機型低壓動態靜止無功補償裝置和50kvar新型靜止無功補償裝置各一套，發表電力電子技術學術論文8篇，獲得國家實用新型專利1項，獲得軟件著作權3項。

4 結束語

從課堂教學和實踐教學兩個方面著手在電力電子技術課程中實施研究性教學，取得了很好的教學效果。但研究性教學的實施需要具備各方面的條件，如何有效地實施和推廣課程研究性教學并保證研究性教學的預期效果是一個值得更深層次思考的問題。

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Abstract: To make the target of training talented person into practice the research-based teaching method is used in power electronics technology course. The practice of research-based teaching method used in power electronics technology course which consist of curse teaching and practical teaching is discussed in detail in this paper.The research-based teaching method has been practiced for 3 years, which is adapted to training talented person and bring the excellent effectiveness. The student’s capability of practice and innovation is improved strongly also.

Key words: power electronics technology; research-based teaching; teaching methods; practical capability;innovation capability

The exploration and practice of the research-based teaching for power electronics technology course

Tang Jie, Lin Li, Liu Jiafang, Li Haina
Shaoyang university, Shaoyang, 422000, China

2010-09-07

唐杰，博士，副教授。林立，碩士，副教授。

湖南省教改課題“電力電子技術課程教學內容與教學方法改革的研究與實踐”(湘教通[2010]243號)。