電力電子與電力傳動系列課程的立體化建設

唐賢倫， 劉想德， 羅 萍

(重慶郵電大學 自動化學院，重慶 400065)

0 引 言

電力電子與電力傳動是電氣工程下的二級學科，主要研究新型電力電子器件、電能的變換與控制、功率源、電氣傳動及其自動化等理論技術和應用[1]。電氣工程及其自動化專業本科教學中該方向的系列課程包括電力電子技術、電力拖動與控制、電機學、運動控制系統、自動控制原理、可編程控制技術及應用、電氣測控與儀表等，是專業課程體系中的重要環節[2]，也是電力系統及自動化、電機節能控制、電機變頻調速、運動控制系統等研究方向的重要理論基礎，在現實生活和工業生產中占有重要的地位，因此學好該系列課程對學生的就業和未來的發展起著至關重要的作用。

電力電子與電力傳動系列課程是重慶郵電大學電氣工程及其自動化專業的主干課程，我們經過認真分析和仔細梳理發現，目前電力電子與電力傳動系列課程存在各門課程之間聯系較弱，各科教師之間交流較少，缺乏統一的連續性的問題，這就造成了學生無法從總體上掌握各門課程之間的關系，從而無法具備完整的實踐和研究能力，這在每年的畢業設計中均有所體現。所以有必要對電力電子與電力傳動系列課程進行立體化建設，從多方面加深學生對課程間聯系和主要知識點的理解，并使學生具備一定的工程實踐和研究能力。探索與實踐表明，電力電子與電力傳動系列課程立體化建設為培養電氣工程及其自動化專業學生在電力電子與電力傳動方向創新意識及工程能力方面具有重要作用。

1 系列課程現存問題及立體化建設的意義

電力電子與電力傳動系統課程有著密切的依賴關系，這些課程具有基礎知識豐富、知識面廣、信息量大、綜合性強的特點，同時又具有理論和實踐聯系密切，工程實用性強的特點[3]。由此也導致了這些課程理論抽象、概念多、內容雜、計算繁、系統分析復雜等問題，且還具有強、弱電結合，計算機軟、硬件結合等特點。目前理論教學主要以教師講授為主體，教師按照教學大綱和教學計劃中規定的教學內容和學時在教室上課，期末進行理論考試這種模式完成教學任務，盡管教師采用多種教學形式進行教學，但是講授的一些電力電子與電力傳動原理和電路圖對學生來說仍覺得抽象，導致學生在以后的工作中對實際的電氣設備感到很陌生，并不能很好地跟課本上的知識聯系在一起。

目前電力電子與電力傳動系列課程的實踐教學為分立的認識驗證型和簡單設計型實驗，在開設時間上受限于理論課，且實驗各課程間關聯度不大，系統性不強，極易形成理論和實驗實訓脫節。對電氣工程類專業的學生來講，除了開設課程實驗外，由于缺乏必要的工程訓練體系支撐，平時的課程設計、綜合設計、生產實習和畢業設計等，往往是獨立開設且前后聯系不緊密[4-5]。這樣，學生通過這些實踐環節只能得到平行的、零散的實踐技能鍛煉，而很難形成逐步深化提高的工程訓練實踐技能，無法實現電氣工程類專業實踐實訓能力的系統化，更無法保障綜合技能和創新意識的培養[6-7]。

我校近年來對電力電子與電力傳動系列課程立體化建設進行了探索與實踐，已取得一定的成效，對于提高電氣工程及其自動化專業學生的工程實踐能力，完善電氣工程及其自動化專業的教學模式，拓展我校電氣工程的學科點具有重要的意義，同時也為整個電氣工程及其自動化專業的課程體系建設和改革打下良好的基礎。

2 系列課程立體化建設的教學組織

課程組對電力電子與電力傳動系列課程的教學內容組織安排體現理論與實踐相結合、實用先進技術與傳統經典技術相結合，理論服務于實踐，實踐服務于應用的目的，以“夠用為度、注重應用”的課程內容安排體現了應用性人才的培養目標；實踐教學環節體現了理論加實踐技能培養為重點的本科教育。在教學內容組織中，始終與工程應用實踐相結合，使得學生能夠學會理論聯系實踐，極大提高學生學習興趣。

課程組在對每門課程的理論教學和實踐教學進行分析的基礎上，從總體上把握，加強課程間聯系，電力電子與電力傳動系列課程的教學組織基本按圖1所示框架進行。

圖1 系列課程教學組織框圖

3 系列課程理論教學內容體系立體化建設

課程組加強對電力電子與電力傳動系列課程中每門課程教材選擇、教學大綱、教學方法、教學內容等方面的研究，進而對系列課程綜合考慮，旨在全面提高學生在電力電子與電力傳動領域的綜合應用能力。

3.1 教學大綱和教學內容

在教學大綱制定中，課程組老師通盤考慮，在考慮本課程教學內容完成的基礎上，增加能夠增強課程群聯系的相關知識點間的講解學時。根據教學大綱進行課程內容體系結構的優化，使課程內容既能充分展示本課程的核心領域知識，又能反映該領域的最新技術發展和研究成果，體現學科發展方向，并與其他相關課程進行有效銜接。

安排課程教學內容時，保留原教學內容中不可或缺的基礎部分，刪除陳舊過時的內容，主動吸收反映本學科和相鄰學科的新成果、新進展。例如：電力電子技術課程中，中小功率變換應用場合，MOSFET和IGBT已基本取代了GTR，所以對GTR及其驅動電路部分的內容做了刪減，晶閘管觸發電路的集成化已基本普及，所以加強了集成觸發芯片應用的介紹。

教材建設方面，課程組老師查閱了大量相關文獻和專業書籍，結合多年的科研成果與教學經驗，根據專業結構設置和課程體系建設的要求，跟蹤國內外電力電子與電力傳動技術與應用的最新成果，選擇與本專業特色有機結合起來的教材，有條件的老師根據自己的積累自編教材，以適應教學、研究及人才培養的需要。

3.2 教學方法與教學手段

改革理論課堂內容教學以灌輸知識為主、實驗教學內容以驗證/簡單設計為主的弊端，注重將課堂討論與教師講授相結合，學科前沿知識與教材基本內容相結合，理論與工程實踐相結合，科研成果與教學內容相結合，課堂教學與實踐教學相結合。使教師的知識與經驗轉化為教學效果和學生綜合素質的提高，實現內容與形式、手段與結果的統一[8]。從以往單一的傳授知識為主過渡到教學內容上知識、能力與思維培養的并重，立足于調動學生觀能動性，變學生“要我學”為“我要學”，把學生從應試學習中解放出來，全面激發學生的潛能。

老師們利用承擔的各級各類科研課題，把在電力電子技術、電機控制等方面積累的科研資源及成果，轉化為教學和科技活動教學素材加以利用，或轉化成不同層次的設計、綜合、創新性的實驗測試平臺，并通過課堂講授、學術報告、教材編著、課外科技活動、畢業設計等方式充實教學內容，提升學生能力[9]。

在理論教學中將大量工程實例融入課堂中，這些實例既反映基本的電力電子與電力傳動的工作原理和分析方法，又考慮到學生的知識面和理解能力，與生產、生活緊密結合，便于學生理解和掌握基本的原理和方法。如在講授逆變電路內容的時候，將UPS和變頻器等以逆變電路為核心的實際產品融入到教學中，加深學生對該部分內容的理解。

4 系列課程實踐教學體系立體化建設

4.1 實驗實訓

實驗實訓是電力電子與電力傳動系列課程的重要環節，是學好這些課程不可缺少的組成部分[10]。根據教學實踐，課程組編寫了系列課程的實驗指導書，為讓學生系統的、全面的掌握電力電子與電力傳動學科的知識，并具備實踐應用的能力，分階段分層次地重點對電力電子、運動控制系統進行系統的實驗實訓，老師向學生提供完整的系統配置、控制器參數與系統接線圖，使得學生可以通過查看圖紙，完成系統的連接與配置，實現在系統運行時查看系統中各設備的運行數據和運行曲線， 加深各門課程內在聯系的理解與融會貫通。通過這些實驗，學生可掌握課程幾個最關鍵的要點，而且實驗每一過程對學生能力的培養都起很大的作用，取得了較好的效果[11]。

具體實踐中課程組將課程設計、綜合設計融合進來形成實驗實訓體系，學生根據研究興趣和實驗室的條件自行設計實驗，或在指導教師的幫助下設計實驗，選用相應的設備，組成實驗系統并完成實驗，在實踐中培養工程能力和創新能力[12]。

4.2 課程設計

電力電子技術和自動控制原理均含課程設計環節，課程設計在教學中占據十分重要的地位[13]，課程設計的目的是培養學生綜合運用理論知識分析和解決實際問題的方法和能力，實現由知識向技能的初步轉化[14]。在課程設計的實施過程中，課程組編寫了相關課程設計任務書。課程設計從確定方案到整個系統的設計，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關文獻的基礎上，經過剖析、提煉，設計出所要求的控制系統或電路。要求題目要結合工程實際，必須是某一電力電子裝置或電路的設計，如可控整流技術、直流斬波電路的工程應用(含整流的組合電路也可)等。學生也可以選擇規定題目方向外的其他電力電子裝置設計，如開關電源、鎮流器、UPS電源等?？稍诮處煹闹笇峦瓿煽刂葡到y、控制電路等詳細的設計(包括計算和器件選型)。學生對這兩門課程的課程設計的興趣濃厚，反映良好，取得了較好的效果。

4.3 開展仿真和設計訓練

目前電力電子與電力傳動系列課程均采用課堂教學加實驗的教學模式，且存在實驗課時較少的問題，很多高校都僅用掛件結構或實驗箱來完成實驗，幾乎所有的電路和系統都是封閉式。這種常規的實驗過程，學生幾乎是在老師或實驗指導書的指導下機械式連線、讀取實驗數據，記錄實驗數據和波形，即使不了解電路的工作原理，只要在連線正確、實驗儀器完好的情況下也能完成實驗。但是，只要設備稍有問題或連線稍有問題，使實驗結果與理論分析不符或者出現異常現象，學生就可能會不假思索地詢問老師，而不能獨立分析解決問題。另外，電力電子與電力傳動系列課程實驗所涉及的大多是功率器件，需要三相電源及示波器等，既費時又費錢，并且危險性大。

為了彌補實驗課時較少以及實驗室在硬件建設上的不足，同時使學生形象化、立體化理解電力電子與電力傳動系列課程的主要知識點及各課程間的關系，也為了鍛煉學生的設計和研究能力，課程組設計和開發了電力電子技術和電力傳動系列課程中緊密結合課程知識點的仿真題目和設計題目，加深學生對相關知識點和實際應用課題的印象。且由于電力電子與電力傳動系列課程的實驗項目較多，課內只能擇要選做，不能滿足學生的需要，通過開展仿真訓練和系統設計，可軟硬結合從而提高教學質量，激發了學生的創新意識和能力[15-16]。

5 系列課程教師隊伍建設

加強系列課程任課教師間的合作與交流，包括同一課程及前后銜接緊密的課程內容教學方式的交流探討，可以使教學信息的來源更加廣泛，使得每一個教師對整個課程群有透徹的了解。另外，新來教師必須擔任一年的輔導老師，通過給有經驗的系列課程任課教師做教學輔導工作，既可增加教學經驗，也可讓自己對系列課程有更深入的理解。

堅持“以科研促教學”，鼓勵教師參加電力電子與電力傳動學科的相關科研活動，了解該學科的最新前沿動態，有助于教師對教材相關內容的理解，并應用于教學過程中，從而增強課本知識與實踐的結合。

6 結 語

對電力電子與電力傳動系列課程立體化建設進行了探索和實踐，從理論教學內容體系、實踐教學體系、教師隊伍建設等方面探討了系列課程的立體化建設，旨在加強系列課程中各門課程間的聯系，在理論教學內容和工程能力訓練上保持較強的連續性，使各門課程形成一個統一的整體，為電氣工程及其自動化專業學生在電力電子與電力傳動方向創新意識及工程能力訓練做有益的探索與實踐。

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