現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐*

王亞芳 郭曉麗 茅靖峰

南通大學(xué)電氣工程學(xué)院 江蘇 南通 226019

現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程綜合了電子技術(shù)、電力技術(shù)和控制技術(shù)等內(nèi)容，是南通大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)和相關(guān)強(qiáng)電專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè) 基礎(chǔ)課程[1]。教學(xué)內(nèi)容多、課時(shí)較少、內(nèi)容更新快是本課程的特點(diǎn)[2]。因此，如何使學(xué)生在有限的教學(xué)時(shí)間里較好地掌握本課程內(nèi)容，又能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，是在教學(xué)過程中需要認(rèn)真研究、逐步解決的一個(gè)重大課題。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面對該課程的教學(xué)進(jìn)行研究。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

電力電子技術(shù)的核心是變流技術(shù)，變流技術(shù)主要包括整流、逆變、斬波、交流電力變換電路及組合變流電路。要了解變流技術(shù)，首先要認(rèn)識電力電子器件。因此，根據(jù)課程的知識體系，將整個(gè)課程教學(xué)內(nèi)容分為功率器件、典型電路、具體應(yīng)用三大模塊。

功率器件是變流技術(shù)的基礎(chǔ)，根據(jù)課程學(xué)時(shí)，對此部分內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，晶閘管半控型器件的相關(guān)內(nèi)容被刪減，重點(diǎn)講授基于全控型器件及其驅(qū)動電路。典型電路是本課程的主體，著重分析基于全控型器件的直直斬波、逆變和整流3種電路。具體應(yīng)用能讓學(xué)生對本課程有一個(gè)系統(tǒng)的概念，以新能源發(fā)電、交通運(yùn)輸、柔性交流輸配電技術(shù)等應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楸尘?，講授電力電子技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中所需要處理的相關(guān)問題。通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將本課程與前續(xù)“電路”“模擬電子技術(shù)”“自動控制原理”等相關(guān)課程有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)的角度認(rèn)識和設(shè)計(jì)電力電子電路的能力。

2 改進(jìn)教學(xué)方法

2.1 教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)模式采用循序漸進(jìn)的方式，即從功率器件介紹到典型電路及具體應(yīng)用。但這種教學(xué)模式不容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也很難培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究的能力。為此，在教學(xué)一開始就通過大量的圖片向?qū)W生展示電力電子技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、新能源發(fā)電、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴膽?yīng)用。通過這些生動形象的實(shí)例，讓學(xué)生明白電力電子技術(shù)其實(shí)與日常生活是緊密結(jié)合的，以此調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)方法過多地依賴?yán)碚摻虒W(xué)，采用以“教師為中心”的注入式教學(xué)模式，使學(xué)生失去了應(yīng)有的學(xué)習(xí)興趣。因此，結(jié)合工科學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，將現(xiàn)代電力電子中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，圍繞“做項(xiàng)目”的模式組織和展開教學(xué)，使學(xué)生直接參與項(xiàng)目全過程，極大地提高系統(tǒng)調(diào)控能力。

比如，蓄電池充電控制是電力電子變換和控制技術(shù)在電源技術(shù)中的典型應(yīng)用。在教學(xué)一開始就提出實(shí)際問題：如何對蓄電池充電控制？讓學(xué)生帶著問題去思考、去學(xué)習(xí)，教師在此項(xiàng)目執(zhí)行的過程中可以適當(dāng)?shù)丶右砸龑?dǎo)。

1）交流電網(wǎng)對48 V蓄電池進(jìn)行充電控制，需要用到AC/DC或AC/DC-DC/DC變換器，因此，需要學(xué)生掌握典型電路的設(shè)計(jì)方法，包括開關(guān)管、二極管選型，電感、電容參數(shù)選取及設(shè)計(jì)。

2）蓄電池的工作方式有恒流充電、恒壓浮充電、均衡充電和放電。常采用恒流和恒壓相結(jié)合的快速充電方法，需要采用電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制，即先以恒流充電至預(yù)定的電壓值，然后改為恒壓完成剩余的充電。因此，需要將現(xiàn)代電力電子技術(shù)與前期所學(xué)的模擬電子技術(shù)和自動控制原理等課程有機(jī)結(jié)合，形成一套完整的知識體系。

3）電路設(shè)計(jì)后，可以利用MATLAB、Saber等仿真軟件對所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行驗(yàn)證，通過仿真，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解。

4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)所要求的蓄電池充電控制裝置，培養(yǎng)學(xué)生在知識綜合應(yīng)用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐等多方面的能力。

2.3 現(xiàn)代化教學(xué)手段的利用

現(xiàn)代電力電子技術(shù)涉及的電路和波形圖多且復(fù)雜，可以采用多媒體教學(xué)，通過動畫演示增強(qiáng)學(xué)生對典型電路的感性認(rèn)識[3]。同時(shí)，多媒體授課的信息量大，可以提高教學(xué)效率，給學(xué)生創(chuàng)造最真實(shí)、直接、感性的學(xué)習(xí)情景。

此外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以彌補(bǔ)課內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)少的局限，引導(dǎo)學(xué)生開展自主性學(xué)習(xí)[4]。南通大學(xué)校Blackboard網(wǎng)絡(luò)平臺提供了與課程相關(guān)的豐富的資源，包括教學(xué)資源（教學(xué)大綱、多媒體課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等文件）、參考資源（學(xué)術(shù)論文、常用仿真軟件、典型應(yīng)用案例等信息）、復(fù)習(xí)思考題（作業(yè)講解、自測等系統(tǒng)）。通過此平臺，加強(qiáng)學(xué)生與教師（學(xué)生）之間的交流討論，創(chuàng)造“教”與“學(xué)”互動的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。

3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)，因此有必要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的動手與創(chuàng)新能力。

3.1 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步鞏固理論知識，提高學(xué)生的動手能力、解決問題和分析問題的能力。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目遵循“理論分析→仿真驗(yàn)證→硬件實(shí)驗(yàn)測試→波形數(shù)據(jù)分析總結(jié)”的模式，以此培養(yǎng)學(xué)生形成理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

3.2 開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)踐性較強(qiáng)，如果完全依靠課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，有必要鼓勵和支持一些優(yōu)秀大學(xué)生多參加大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，不斷提高他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力。

大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目是由學(xué)生主持，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成一個(gè)完整的課題項(xiàng)目。從項(xiàng)目選題、文獻(xiàn)搜集、方案制訂、可行性分析、仿真驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)調(diào)試、總結(jié)等方面組織學(xué)生獨(dú)立開展工作，均充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性和積極性。

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽幾乎每年都有與現(xiàn)代電力電子技術(shù)相關(guān)的題目。因此，通過大賽，可以使學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識。與此同時(shí)，要在有限的競賽時(shí)間內(nèi)取得好成績，學(xué)生必須學(xué)會“面對問題、分析問題、給出新思路、解決問題”的方法，極大地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動手和科研創(chuàng)新能力。

4 總結(jié)

通過上述教學(xué)改革措施，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新及工程系統(tǒng)分析能力等方面均得到提高，培養(yǎng)的學(xué)生在近年來的挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)大賽等學(xué)科競賽中均取得良好成績。當(dāng)然，教學(xué)改革是一項(xiàng)長期而艱巨的工作，需要積極探索教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的改革，切實(shí)增強(qiáng)教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)實(shí)用型人才培養(yǎng)的整體目標(biāo)。

[1]陳新,王慧貞,龔春英,等.淺析“電力電子技術(shù)”專業(yè)課程教學(xué)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2010(32):48-49,52.

[2]李旭春,王春鳳.創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，提高電力電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)效果[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2012,29(7):11-13.

[3]王柏.運(yùn)用多媒體提高數(shù)學(xué)課堂效益[J].中國教育技術(shù)裝備,2010(35):79-80.

[4]茅靖峰,顧菊平,王亞芳.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“現(xiàn)代電力電子技術(shù)”教學(xué)實(shí)踐研究[J].中國電力教育,2012(33):32-33.