《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)方法改革的探索

米志紅

(廣州航海高等專科學(xué)校船舶工程學(xué)院，廣東 廣州 510725)

電力電子技術(shù)是一門建立在電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科基礎(chǔ)上的邊緣科學(xué)，是現(xiàn)代電氣工程與和自動化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著電力電子新器件的不斷涌現(xiàn)以及各種變流電路的不斷發(fā)展，《電力電子技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容也日益增長。然而該課程課時少，課程內(nèi)容多，如何探索一種有效的教學(xué)模式，已成為一個急需解決的課題［1］。

一、電力電子技術(shù)課程教學(xué)存在的問題

1.傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)課程體系和教學(xué)內(nèi)容以晶閘管器件為主，主要介紹晶閘管整流電路、逆變電路和調(diào)壓電路。而隨著各種電力電子新器件和新裝置的不斷出現(xiàn)，進(jìn)行課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革。

2.電力電子技術(shù)課程主要以波形分析為主，但變換電路靈活多變，公式多、波形復(fù)雜。目前的現(xiàn)狀是老師授課困難，學(xué)生接收效果差。針對應(yīng)用型本科的教育定位，有必要減少以往繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，加強(qiáng)直觀的波形分析內(nèi)容，有必要進(jìn)行教學(xué)手段的改革。

3.電力電子技術(shù)課程是一門技術(shù)性、實踐性很強(qiáng)的課程，實驗教學(xué)是電力電子技術(shù)教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為了達(dá)到較好的實驗效果，需要有較好的實驗條件支持，同時有必要進(jìn)行實踐教學(xué)體系的探索［2］。

二、電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革的探索

1.應(yīng)用多媒體教學(xué)手段和傳統(tǒng)教學(xué)方法

傳統(tǒng)的教學(xué)方法多采用板書，缺點是授課方式單一、信息量少，占用課堂時間長。授課老師在講授的同時需要同步畫出一些復(fù)雜的波形進(jìn)行分析，研究參數(shù)變化時變流電路的工作情況。而有些內(nèi)容，教師很難用語言論述清楚，致使學(xué)生聽講吃力，很難深入理解教材內(nèi)容。

鑒于傳統(tǒng)教學(xué)方法的缺點，很多老師開始采用多媒體課件教學(xué)。所采用的多媒體課件，教師可根據(jù)教學(xué)大綱要求，選擇合適的教材，自主編制。多媒體課件內(nèi)容主要包括授課過程中所用到的各種圖形、公式、框圖等。和傳統(tǒng)的板書比較，多媒體課件內(nèi)容豐富、包含信息量大，條理清楚，有利于教師在概念、電路圖及參數(shù)變化對波形圖影響等方面的講解，節(jié)省大量板書的時間，更利于教師在課堂上采取多種教學(xué)方法。

然而，如果授課老師完全或過多地依賴多媒體課件，雖然起到了節(jié)省板書時間、豐富課堂內(nèi)容的作用，但講解速度過快，信息量大，會阻礙學(xué)生和教師的交流與互動，學(xué)生對于授課內(nèi)容無法全面掌握。

基于上述情況，在課程教學(xué)中，我們采用以傳統(tǒng)教學(xué)為主輔之以多媒體教學(xué)課件的授課方式。同時，部分內(nèi)容使用FLASH動畫課件，并配以語音，文、聲并茂。所有的多媒體課件包括FLASH動畫課件上傳到已建好的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心，方便學(xué)生下載后自主學(xué)習(xí)。

2.MATLAB仿真技術(shù)與實驗設(shè)備相結(jié)合的實驗教學(xué)改革

電力電子技術(shù)實驗是電力電子技術(shù)教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的電力電子實驗一般是在實驗室進(jìn)行。在實驗室提供的實驗教學(xué)平臺上，要求學(xué)生按照給定的實驗指導(dǎo)書連接變流電路，加載不同性質(zhì)的負(fù)載，使用示波器觀察電壓電流波形并記錄實驗結(jié)果，應(yīng)用實驗結(jié)果驗證理論分析。這種實驗方法，很難培養(yǎng)學(xué)生的興趣和實驗研究能力，更難以啟發(fā)學(xué)生的思維能力。希望通過實驗使學(xué)生深入、全面掌握電力電子變流和控制規(guī)律的實驗效果也很難達(dá)到。

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的缺陷，為豐富電力電子課堂教學(xué)效果、彌補現(xiàn)有實驗設(shè)備的不足，我們將面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的圖形化仿真技術(shù)引用到教學(xué)中，為學(xué)生提供仿真軟件和學(xué)習(xí)資料，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)MATLAB仿真軟件，應(yīng)用SIMULINK仿真環(huán)境對教材中涉及到的大部分變流電路進(jìn)行仿真，如單相半波、橋式可控整流電路，三相半波、橋式可控(半控)整流電路、晶閘管有源逆變電路，各種直流變換電路等。SIMULINK的仿真過程是交互式的，可以靈活改變仿真參數(shù)，并且可以立即得到仿真結(jié)果。［3］

我們鼓勵學(xué)生“把實驗帶回宿舍”，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行仿真性虛擬實驗和理論分析。然后再引導(dǎo)學(xué)生到實驗室進(jìn)行實際操作，從而提高學(xué)生的動手能力和理解能力。MATLAB/SIMULINK虛擬仿真軟件簡單易學(xué)、實用。這種虛擬仿真和實驗操作相結(jié)合的實驗教學(xué)方法，不僅可加強(qiáng)學(xué)生對理論內(nèi)容的理解，又能很好地、系統(tǒng)化地完成各種變流實驗，還可以彌補現(xiàn)有實驗設(shè)備固化、不靈活的缺陷。

仿真實驗也可以在多媒體教室與課堂教學(xué)同步進(jìn)行，使課堂教學(xué)內(nèi)容更加豐富、形象具體，加強(qiáng)互動，大大加深學(xué)生的感性認(rèn)識。

3.建立開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺

為配合電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革的探索，我們專門開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心。該系統(tǒng)主要提供電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源。利用這個教學(xué)平臺，電子教學(xué)資源可供全系乃至全校的廣大師生瀏覽和查看。電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源包括已選用教材的多媒體課件、參考教材及其多媒體課件、MATLAB仿真軟件及其學(xué)習(xí)資料、各種變換電路的仿真模型及仿真參數(shù)設(shè)置實例;電力電子技術(shù)課程教學(xué)大綱、實驗指導(dǎo)、各章習(xí)題及其學(xué)習(xí)指導(dǎo)等;各種變換電路的實用案例及其分析。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的共享，提高教學(xué)資源的利用率，為學(xué)生的課外學(xué)習(xí)提供一定的指導(dǎo)和幫助。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心會根據(jù)學(xué)生和老師的需求，不斷完善。

4.不斷進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和課程體系的改革

(1)課程體系改革

根據(jù)課程內(nèi)容特點，將電力電子技術(shù)課程的內(nèi)容整合成三大模塊，即電力電子器件和應(yīng)用、電力電子變流電路、電力電子實踐教學(xué)三大內(nèi)容。其中實踐教學(xué)內(nèi)容成為一個獨立的模塊，我們設(shè)立單獨的電力電子綜合實訓(xùn)。

(2)教學(xué)內(nèi)容改革

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)從實際出發(fā)，充分考慮學(xué)生的接受能力和興趣愛好，以理論“必須夠用”為原則，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計。

電力電子技術(shù)課程變流電路教學(xué)環(huán)節(jié)中，不可避免地會涉及到大量的波形分析、參數(shù)計算，且不同的變換電路分析和計算的方法不同，課程內(nèi)容比較零散。比如以簡單的單相整流為例，單相整流電路包括單相半波不可控、單相橋式不可控、單相橋式半控;單相半波可控、單相橋式可控。每種變流電路又由于負(fù)載的不同而分析方法不同［4，5］。所以，我們對教學(xué)內(nèi)容和對學(xué)生的學(xué)習(xí)要求是側(cè)重于電路原理分析和波形理解，在此基礎(chǔ)上掌握公式計算的使用。

在變流電路教學(xué)環(huán)節(jié)中，還要注意將理論教學(xué)和具體的實踐實例相結(jié)合。例，講AC—DC變換時，要講到電力機(jī)車、軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī);講DC—AC變換時，要講到太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池;講DC—DC變換時，要講直流開關(guān)電源;講AC—AC變換時，要講到可調(diào)光臺燈;講AC－DC－AC變換有源逆變電路時，要講到變頻空調(diào)、計算機(jī)不間斷電源等，引導(dǎo)學(xué)生自主查閱相關(guān)資料，讓學(xué)生認(rèn)識到到電力電子技術(shù)的工程性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在電力電子器件教學(xué)環(huán)節(jié)，以目前常用的全控型器件，如MOSFET和IGBT等為主，主要介紹器件的工作原理，開關(guān)特性和電氣特點，根據(jù)理論夠用原則，降低理論的難度。

5.考核方式改革

傳統(tǒng)閉卷考試形式，使得絕大多數(shù)學(xué)生為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)的主動性、對新知識的探索性，不能對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程做出公正考核。根據(jù)電力電子技術(shù)課程的特點及其教學(xué)方向，我們進(jìn)行了考核方法的改革:

(1)平時作業(yè)以分組的形式布置

在教學(xué)過程中，為減少作業(yè)的唯一性，平時作業(yè)以分組的形式布置。由組長分配，每個小組成員都接受不同的任務(wù)，合力完成小組作業(yè)，將作業(yè)情況作為總成績的一部分。通過這種作業(yè)形式，可引導(dǎo)、鍛煉學(xué)生查閱資料的能力，擴(kuò)大知識面，學(xué)會知識積累。

(2)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識梳理

電力電子技術(shù)課程內(nèi)容比較零碎，為了加強(qiáng)學(xué)生對課程的理解，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行課程內(nèi)容、要點、重點的梳理和總結(jié)。既可避免復(fù)習(xí)時死記硬背，也可使學(xué)生有更多的時間用于理解和分析。知識梳理不得復(fù)印和抄襲，作為期末考核的一部分。

(3)實行電力電子技術(shù)課程理論與實踐技能形結(jié)合的考核制度

在理論考試內(nèi)容中，以實際電路分析、實驗基本常識為主，側(cè)重于考查學(xué)生對知識的綜合運用、分析問題、解決問題的能力。

三、結(jié)語

電力電子技術(shù)課程的教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程，其學(xué)術(shù)性和技術(shù)性較強(qiáng)，涉及面很廣。而教學(xué)改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，我們只有不斷積極探索教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，充實自己，以適應(yīng)當(dāng)今社會的需要。

［1］劉力偉，黃文霞.“電力電子技術(shù)”理論與實踐一體化的探討［J］.中國電力教育，2010(13):137－138.

［2］薛榮輝.《電力電子技術(shù)》課程高職學(xué)校教學(xué)改革［J］.科技信息，2010(17).

［3］周淵深，宋永英.電力電子技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［4］王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［5］梁南丁.電力電子技術(shù)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2009.