電力電子技術課程教學改革*

◆朱海榮 楊奕 王娟 張蔚 馬聰

1 課程性質

電力電子技術能有效利用電力半導體開關器件對電能進行變換和控制，是電力電子變換和控制技術的簡稱。電力電子技術是工業自動化、電氣工程及其自動化和其他相關專業重要的專業基礎課程。通過課程學習，學生可以掌握電力電子線路的基本理論、基本概念和基本分析方法，為后續專業課程的學習奠定良好的基礎，同時也可應用課程所學知識獨立分析、解決實際的工程技術問題。

2 課程教學內容的改革

電力電子技術課程涵蓋的知識內容多、難度大、實用性強，自誕生以來，已形成豐富的器件系列、變換技術和控制技術。隨著新器件、新技術的不斷出現，課程教學內容也必須及時更新。在授課時，需要精心、合理選擇教學內容，注重基本原理和電路分析方法的講授，突出知識的系統性；同時要根據其發展趨勢，及時對教學內容進行刪減和補充，真正做到與時俱進，讓學生了解、掌握課程的前沿知識。

2.1 教學內容的精選與更新

晶閘管自20世紀70年代起大量應用于工業生產中。近年來，以功率MOSFET和IGBT為代表的全控型器件取代晶閘管，成為新一代電力電子技術的核心已是不爭的事實。因此，在教學中要緊跟技術發展，壓縮和刪減半控型器件及其控制電路的教學，廣泛開展以IGBT、電力MOSFET為代表的新技術、新理論的教學。重點講述全控型器件組成的整流、逆變電路以及交流調壓、變頻電路，引入PWM技術和軟件開關技術的教學。

2.2 緊跟學科前沿發展動向

隨著新型電力電子器件和先進控制方法的出現，電力電子技術在工業控制、新能源、新型家電、變頻調速、計算機通信等領域都有著巨大的應用前景。目前，全世界范圍的能源供需狀況日趨緊張，中國的能源形勢尤其緊迫。電能作為最終的能源消費形態，其使用比率正在進一步增大，電力電子新技術在節能方面的作用日益顯現。所以，電力電子技術課程的教學內容應主動吸收學科技術前沿知識，將這些新內容及時增加到教學中，引導學生了解電力電子技術的發展動態，擴大知識面，提高學生對課程的興趣。

3 課程教學手段的改革

教學過程從本質上講是促進學生學習的過程。學生的“學”是學習過程的內因，教師的“教”是促進學生學習過程的外部條件。由于學生是學習過程的主體，教師在授課時要通過激發學生的興趣讓學生主動去學習，這樣才能增強教學效果。

電力電子技術既有較強的理論性，又有較廣的工程背景，該課程具有電路分析多、波形分析多的特點。目前，大部分院校采用的是“教師—黑板+電子教案—學生”的教學模式，這種教學方式很難實現教師和學生在課堂中的協調，極大地妨礙了學生的主動學習性，教學效果不好。針對這種教學現狀，提出下列教學改革手段。

3.1 精心組織課堂教學活動

教師在保證教學內容系統性和完整性的基礎上，要力求突出教學重點和難點。同時，精選一部分內容留給學生去自學，然后開展課堂討論。實踐證明，“自學+討論課”的教學方法有利于幫助學生克服依賴性，培養其自學能力、思維能力，增加學習的信心。

在教學中，教師還會精心設計教學模塊，以解決問題和提高能力為出發點進行教學輔導，通過此類教學互動，使學生之間能分享彼此解決問題的方法、思路和經驗，求得新發現，從而實現教學相長和共同發展。

3.2 合理采用各種教學手段

針對電力電子技術教學內容中電路圖、波形圖較多的部分，鼓勵教師采用計算機輔助教學手段，這樣就可以省下繪圖時間，充分講授教學重點，使學生在有限的課堂時間內獲得更多的信息量，起到事半功倍的作用。

學校還專門建立了Blackboard網絡教學平臺，課程組的教師會及時補充、更新教學資源，供學生在課余時間上網查閱。學生還可以在平臺上直接和教師“對話”，提出自己的疑問，教師會及時利用平臺給學生答疑。通過這種手段，保障了學生可以隨時隨地進行預習、復習、提問、查詢資料，教師可以隨時隨地答疑、打分、了解學生的學習情況，管理部門可以隨時隨地了解教學進度，監控教學情況，管理學生成績，加強師生間的教學互動。

對于其他新型的教學手段，要求教師在教學中根據每次課的實際需要，綜合利用多種教學手段，而不是單純拘泥于某一種手段，從而增強教學效果。

4 實踐教學環節改革

在電力電子技術的教學中，實踐教學環節必不可少，是課堂教學的重要補充。該環節對理解和鞏固理論知識有重要作用，而且能強化學生工程技能訓練，提高學生的動手能力。

4.1 精心組織安排

電力電子技術課內實驗由一人一組獨立完成、獨立考核，增加了設計型、綜合型實驗內容比例。在課程總學時有限的情況下，精選出如下幾個實驗作為必做實驗教學內容：

1）單相橋式半控整流電路（驗證性），結合實驗介紹“鋸齒波同步移相觸發電路”的原理；

2）三相橋式全控整流電路的性能研究(設計性)，結合實驗介紹集成觸發器的知識；

3）功率場效應晶體管（MOSFET）特性與驅動電路研究（綜合性）。

首先進行驗證性實驗，一方面驗證理論，一方面熟悉實驗設備及各種儀器儀表（如示波器、萬用表等）的使用方法，為設計性、綜合性實驗打基礎。綜合性實驗由教師提出實驗要求，由學生自行設計實驗方案、搭建實驗線路，從而鍛煉學生分析問題和解決問題的能力。

4.2 積極開展仿真實驗教學

計算機仿真是使用計算機對模型進行研究，具有精度高、重復性好等特點。目前，電力電子技術方面使用較多的電路仿真軟件有Matlab、IsSpice、Pspice、Protel、Simplorer等，采用上述軟件對電力電子線路進行仿真，能方便地進行電路參數的試驗、取舍，具有方便、簡單、調節容易、可視性好的優點。在學習完相關課程內容后，布置相應的仿真習題，學生通過在計算機上自行完成仿真實驗練習，將加深對理論知識的理解，加強對實際電路工作的感性認識。

4.3 開放實驗室建設

除了課內實驗和課后的仿真實驗練習，還建立了開放性實驗室，在實驗室中配備了基本的電子元器件和各種測試工具，積極組織學生參加各級各類大學生課外科技活動和競賽（如電子設計競賽、“挑戰杯”科技作品大賽、機器人大賽等），鼓勵學生參與教師的科研項目，使學生在開放實驗室中綜合運用所學知識完成實際課題，從而培養學生的創新能力、工程能力和解決實際問題的能力。

5 結束語

電力電子技術課程教學改革涉及教學內容、教學手段等多個方面。為了做好這項工作，需要任課教師緊跟學科前沿，在教學中不斷總結教學經驗，不斷創新，更好地為培養有較高科學素質的、能開拓創新的卓越人才服務。

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