“電力電子裝置及技術(shù)”課程教學(xué)改革探討

摘要：為了提高“電力電子裝置及技術(shù)”課程的教學(xué)效果，對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段以及考核方式進(jìn)行了改革。通過教學(xué)內(nèi)容改革，學(xué)生掌握了幾類電力電子裝置的工作原理、運(yùn)行特性以及所采用的控制方法；采用興趣教學(xué)、高質(zhì)量的多媒體教學(xué)和仿真輔助教學(xué)的方法和手段，提高了教學(xué)效率，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)電力電子裝置的興趣；通過考核方式改革，杜絕了學(xué)生小論文抄襲的問題。實(shí)踐證明，教學(xué)改革取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：電力電子；教學(xué)方法；教學(xué)改革；考核方式

作者簡(jiǎn)介：姚志壘（1981-），男，江蘇溧陽人，鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院，副教授。（江蘇 鹽城 224051）

基金項(xiàng)目：本文系鹽城工學(xué)院2013年度校級(jí)教改研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：32）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）23-0052-02

“電力電子裝置及技術(shù)”是電類專業(yè)的一門專業(yè)選修課。[1]該課程是在“電力電子技術(shù)”課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹變流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、功能指標(biāo)，電力電子實(shí)用裝置的構(gòu)成、基本電量的計(jì)算方法和所有裝置需解決的共同技術(shù)問題。[2-3]該課程涵蓋知識(shí)的內(nèi)容多、面廣、難度大、實(shí)用性強(qiáng)，能培養(yǎng)學(xué)生將知識(shí)融會(huì)貫通，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。因此，如何從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段以及考核方式等方面進(jìn)行改革值得探討。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

1.理論教學(xué)內(nèi)容的改革

該課程的課時(shí)數(shù)為40學(xué)時(shí)。由于它是一門應(yīng)用性課程，因此需要在書本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，緊跟時(shí)代前沿，增加一些當(dāng)今熱門課題的內(nèi)容，如：電力電子裝置在新能源發(fā)電系統(tǒng)和節(jié)能環(huán)保中的應(yīng)用等，以便為學(xué)生找工作或讀研找課題提供參考。

選用楊蔭福等編寫的《電力電子裝置及系統(tǒng)》作為本課程的教材。[3]由于該教材第1章中半導(dǎo)體電力電子開關(guān)器件和第2章高頻開關(guān)電源的內(nèi)容已分別在“電力電子技術(shù)”和“開關(guān)電源及技術(shù)”課程中詳細(xì)講述，因此該課程不再贅述。

所選教學(xué)內(nèi)容具體如下：

（1）電力電子裝置及系統(tǒng)概述（2學(xué)時(shí)）：電力電子裝置及系統(tǒng)的概念；電力電子裝置的主要類型；電力電子裝置的應(yīng)用概況；電力電子裝置的發(fā)展前景。

（2）逆變器（4學(xué)時(shí)）：逆變器概論；單相和三相恒頻恒壓正弦波逆變器；感應(yīng)加熱電源。

（3）不間斷電源UPS（6學(xué)時(shí)）：UPS的功能及原理；UPS的組成和設(shè)計(jì)（包括蓄電池組、整流器和PFC電路、逆變器、切換電路、濾波電路、旁路控制電源和系統(tǒng)輔助電源、接地裝置、保護(hù)和報(bào)警系統(tǒng)）；UPS輸出電壓控制。

（4）晶閘管變流裝置（6學(xué)時(shí)）：晶閘管交流變換器；交流凈化型穩(wěn)壓電源；晶閘管諧振型逆變器。

（5）電力系統(tǒng)用電力電子裝置（6學(xué)時(shí)）：電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償；電力系統(tǒng)有源濾波裝置；電力系統(tǒng)諧波與無功功率綜合補(bǔ)償；遠(yuǎn)距離直流輸電。

（6）電力電子裝置的研制與試驗(yàn)（14學(xué)時(shí)）：電力電子裝置研制流程；研究對(duì)象的方案論證；主電路設(shè)計(jì)（包括輸出濾波器、輸出變壓器、緩沖電路、直流濾波電路和主開關(guān)器件設(shè)計(jì)）；控制系統(tǒng)及輔助電源設(shè)計(jì)（包括抗沖擊負(fù)荷電路、調(diào)壓環(huán)節(jié)、過溫保護(hù)、輔助電源和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)）；電磁兼容技術(shù)和措施；電路仿真；整機(jī)調(diào)試與電性能試驗(yàn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和例行試驗(yàn)。

（7）電力電子裝置在當(dāng)今熱門課題中的應(yīng)用（2學(xué)時(shí)）：選擇應(yīng)用于當(dāng)今熱門課題的某個(gè)電力電子裝置作為教學(xué)內(nèi)容，如：直直變換器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用、并網(wǎng)逆變器在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用等內(nèi)容。

2.開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，應(yīng)開設(shè)一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以充分利用江蘇省電氣與新能源實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的新能源實(shí)驗(yàn)室和電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)室，完成一些高頻電力電子裝置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如：電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償、電力系統(tǒng)有源濾波、升壓變換器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用和并網(wǎng)逆變器在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

二、教學(xué)方法和手段的改革

1.興趣教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

緊貼社會(huì)的要求進(jìn)行學(xué)前教育，把社會(huì)的需求和學(xué)生學(xué)習(xí)的需求有機(jī)統(tǒng)一，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

學(xué)生從高中進(jìn)入大學(xué)后，學(xué)習(xí)的目標(biāo)改變了，如果說學(xué)生在中小學(xué)時(shí)是以升學(xué)作為他們的目標(biāo)，那么，進(jìn)入大學(xué)后他們的目標(biāo)已經(jīng)轉(zhuǎn)向了就業(yè)。因此，要使學(xué)生了解社會(huì)對(duì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求及其變化，使學(xué)生意識(shí)到該課程作為大四的專業(yè)選修課對(duì)今后工作以及再深造的重要性，從而使他們一開始就認(rèn)識(shí)到該課程必須學(xué)，而且要學(xué)得非常好。

第一次上課，在講完電力電子裝置的應(yīng)用概況后，了解每個(gè)學(xué)生對(duì)電力電子裝置感興趣的應(yīng)用領(lǐng)域，布置學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索或圖書館查找其感興趣應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)資料，并做成PPT，以備上該應(yīng)用領(lǐng)域課時(shí)做報(bào)告。此后，每次上課時(shí)，先讓對(duì)該節(jié)課教學(xué)內(nèi)容感興趣的學(xué)生用PPT做報(bào)告（每個(gè)學(xué)生報(bào)告5分鐘，學(xué)生提問2分鐘），講述相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后由教師講解具體教學(xué)內(nèi)容。通過該興趣教學(xué)的方法，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生做科技報(bào)告的能力，為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)選題和答辯奠定良好的基礎(chǔ)。

2.提高多媒體教學(xué)質(zhì)量

隨著現(xiàn)代化水平的不斷提高，上課基本都已采用多媒體進(jìn)行教學(xué)。但多媒體課件也不能是黑板板書的簡(jiǎn)單復(fù)制，最好配以一定的動(dòng)畫和聲音，以便吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。如：在講解電路工作模態(tài)時(shí)，采用“動(dòng)作路徑”的動(dòng)畫格式，讓學(xué)生清楚地看到電流在電路中的流通路徑，更深刻地理解所學(xué)知識(shí)；學(xué)生在下半節(jié)課時(shí)往往會(huì)開小差，注意力不集中，可通過在切換幻燈片時(shí)配以一定的聲音，吸引學(xué)生的注意力；在講解習(xí)題或舉例時(shí)，先以某個(gè)習(xí)題為例進(jìn)行講解，解題步驟逐步顯示，而不是一下子顯示所有答案，保留了板書的優(yōu)點(diǎn)，然后總結(jié)歸納解題方法，最后再以習(xí)題對(duì)所述方法進(jìn)行鞏固。

3.采用仿真輔助教學(xué)

用仿真的方法不僅可以初步驗(yàn)證電路原理和參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性，還能仿真試驗(yàn)極限條件下的特殊情況，從而有效地減少電力電子裝置的設(shè)計(jì)費(fèi)用，縮短電力電子裝置的設(shè)計(jì)周期，優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)，提高裝置的可靠性。常用的電力電子仿真軟件有：Saber、Pspice和Matlab中的Simulink等。以其中的Saber仿真軟件為例對(duì)所設(shè)計(jì)4kW、400Hz的中頻電源進(jìn)行仿真驗(yàn)證。學(xué)生可以通過仿真進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解，此外，對(duì)較復(fù)雜或不易懂的電路可以通過仿真查看電路各點(diǎn)的波形反推電路工作過程，從而掌握電路的工作原理。

三、考核方式的改革

該課程采用小論文的考核方式。考核的總成績(jī)包括平時(shí)成績(jī)（20%）、平時(shí)PPT報(bào)告成績(jī)（30%）和小論文考核成績(jī)（50%）。其中，平時(shí)成績(jī)包括學(xué)生的出勤和平時(shí)作業(yè)；平時(shí)PPT報(bào)告成績(jī)主要是檢查學(xué)生對(duì)電力電子裝置感興趣應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)的預(yù)習(xí)情況，考核學(xué)生運(yùn)用Powerpoint軟件制作PPT的能力、口頭表達(dá)能力和回答同學(xué)提問時(shí)的應(yīng)變能力；小論文考核成績(jī)主要包括測(cè)試學(xué)生書寫小論文的能力（包括中英文摘要、引言、正文、結(jié)論和參考文獻(xiàn)）、利用word軟件書寫小論文和排版的能力。小論文要求學(xué)生從電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域、電機(jī)調(diào)速用電力電子裝置、電力系統(tǒng)領(lǐng)域、汽車電子領(lǐng)域、綠色照明領(lǐng)域、新能源開發(fā)領(lǐng)域和其他與電力電子裝置相關(guān)的領(lǐng)域中選擇1種領(lǐng)域撰寫。此外，要求寫相同領(lǐng)域小論文的學(xué)生相互商量各自研究方向，確保每個(gè)學(xué)生的小論文題目和內(nèi)容不雷同。通過上述小論文考核，杜絕了學(xué)生相互抄襲小論文的現(xiàn)象，學(xué)生在選題上發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，選題范圍比較寬。學(xué)生在查閱資料完成小論文的過程中，了解了國(guó)內(nèi)外電力電子裝置相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，初步掌握了電力電子裝置主電路設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真及結(jié)果分析這一流程。

四、結(jié)束語

近年來，我們緊跟時(shí)代前沿，及時(shí)更新“電力電子裝置及技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)中采用興趣教學(xué)、高質(zhì)量的多媒體教學(xué)和仿真輔助教學(xué)的教學(xué)方法，采用“一人一題”的小論文考核方式，對(duì)“電力電子裝置及技術(shù)”課程進(jìn)行了一系列改革，取得了良好的教學(xué)效果，得到了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)生的一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳仲.“電力電子裝置及控制”課程教學(xué)設(shè)計(jì)的研究與探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（S1）.

[2]葉斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

（責(zé)任編輯：劉輝）