具有礦業特色的項目參與式教學改革初探

李國華++張美金++謝國民

摘 要：本文為了培養學生的應用創新能力，提出一種基于礦山企業科研項目的參與式教學方法。將某礦業集團的電力系統諧波抑制科研項目引入到《電力電子技術》的教學中，通過設置4個實踐訓練項目，引導學生學習和應用該課程中的整流電路、逆變電路、驅動電路、控制電路和保護電路等知識點。從而加深學生對書本知識以及礦山實際問題的理解，為畢業后進入礦山企業工作奠定堅實基礎。

關鍵詞：參與式教學 礦業特色 電力電子技術

中圖分類號：G451.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2017）09-0051-02

遼寧工程技術大學是一所具有鮮明地礦特色的本科大學，多年來為礦山企業培養了數以萬計的應用型人才。近年來，學校結合礦山用人單位實際需要，提出了培養礦山應用創新型人才，打造富有地礦特色人才培養模式的口號。與此同時，也給專業課程教學提出了更高的要求。

2012年，教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見中明確提出了：“創新教育教學方法，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學。”上述教學方法的共同之處，在于都強調了學生在課堂教學中的中心地位，激發學生學習的積極性和創造

性[1-5]。2013年初，遼寧工程技術大學結合自身特點，提出了基于項目參與式教學方法的課程建設課題，經過一年時間的實施，取得了一定成效。

本文將某礦業集團的電力系統諧波抑制項目（項目名稱：煤礦電力諧波實時抑制裝置樣機的研制）引入到《電力電子技術》的教學中，并結合諧波抑制問題設置幾個實踐訓練項目。學生結合課堂教學內容，通過教師引導、討論和搜集資料等方式尋找解決問題的方法和途徑，提出解決方案，并參與設計小功率實驗樣機。從而達到理論聯系實際，培養學生實踐應用能力的目的。

1 實踐訓練項目

《電力電子技術》是電工類專業一門重要的專業基礎課，包括電力電子器件、整流電路、逆變[]電路、直流斬波電路、驅動電路、控制電路和保護電路等內容。課程內容實踐性強且比較抽象，學生對該課程普遍缺乏直觀認識，學習難度比較大。

結合該課程的特點，將礦山電力系統諧波抑制項目（即有源電力濾波器）引入到該課程的教學中，設置了4個實踐訓練項目：

（1）有源電力濾波器整流電路部分的設計。通過有源電力濾波器涉及的整流問題，學習和應用該課程中整流電路和開關器件選型等知識。

（2）有源電力濾波器逆變電路部分的設計。通過有源電力濾波器涉及的逆變問題，學習和應用逆變電路、器件選型和PWM控制等知識點。

（3）有源電力濾波器驅動電路部分的設計。通過有源電力濾波器涉及的驅動問題，學習和應用驅動IGBT等開關器件的方法。

（4）有源電力濾波器控制電路和保護電路的設計?？刂齐娐凡糠郑和ㄟ^有源電力濾波器中涉及的控制電路問題，學習和應用空間矢量脈寬調制（即SVPWM）等知識點。保護電路部分包括系統的過電壓保護和過電流保護等。該部分與該課程中的PWM控制技術和保護電路等知識點聯系緊密，可以加深學生對相關知識點的理解。

學生通過完成上述4個實踐訓練項目，最終完成電力系統有源電力濾波器的整體設計。

2 實施方案

在教學中，通過引入實際問題、教師引導、學生查找資料、討論和教師指導設計相結合的方式，完成實踐訓練項目，實施步驟見圖1。

（1）提出問題。如圖1所示，首先教師在課堂教學中提出礦山電力系統中存在的實際問題，包括：①礦山供電系統中存在的電能質量問題以及諧波產生的原因？②礦山供電系統諧波的危害？③如何解決礦山供電系統諧波問題？并引導學生課下查找相關資料。

（2）分析問題。①教師結合《電力電子技術》課程中的相關知識點分析電力系統諧波問題，給出解決問題的理論方法，供學生選擇；②教師向學生提供礦山企業相關技術資料，供學生學習和參考；③學生通過前期的相關資料擬定諧波抑制的初步方案；④師生之間通過交流討論的方式，改進與完善初步方案；⑤學生之間通過課下交流討論，改進與完善初步方案；⑥教師以定期答疑的方式指導學生。

（3）解決問題。學生通過教師引導、查找資料、討論研究等最終確定有源電力濾波器涉及的整流電路、逆變電路、驅動電路、控制電路和保護電路的設計方案。要求學生通過仿真軟件驗證設計結果，并以小組為單位設計小功率實驗樣機。為了降低成本，實驗樣機的開關器件選用價格便宜的電力場效應管及其集成驅動芯片。

最后，學生撰寫實踐訓練項目研究報告，并通過現場答辯的方式考核知識掌握情況。

3 實驗與分析

（a） 有源電力濾波器實驗樣機 （b）小功率逆變電路及其驅動設計

（c）補償前、后的電網電流波形

（d）補償前、后的諧波占有率

圖2（a）為學生參與設計的有源電力濾波器實驗樣機，圖2（b）為學生獨立設計的小功率有源電力濾波器逆變電路及其驅動電路。樣機涉及逆變電路、驅動電路、控制電路和保護電路等該課程相關內容，有助于學生對相關理論知識的理解和掌握。

圖2（c）為電力系統有源電力濾波器實驗樣機的實驗波形。圖中包括補償前、后的電網電流波形對比，通過對比學生可以直觀的理解諧波和諧波補償的概念，以及電壓型逆變器和電流跟蹤的概念；圖（d）是補償前、后的電網電流的諧波占有率，通過圖（d）能夠直觀的向學生展示諧波抑制的作用和目的。

4 課程考核方式

該課程的最終成績包括卷面成績和實踐訓練項目成績兩部分。其中，實踐訓練項目成績包括平時表現、研究報告和現場答辯三部分。每個實踐訓練項目占10分，實踐訓練項目成績總計40分。

（1）平時表現指學生在方案和樣機設計過程中的表現，以及出勤率等。

（2）實踐訓練項目研究報告成績，主要考核設計方法的正確性與合理性。

（3）現場答辯主要考核學生對知識的掌握程度，以及語言表達能力。

期末考試卷面成績占60分，該課程總成績100分。

5 結語

為了進一步提高教學質量，突出礦業特色，提出了基于礦山企業科研項目的參與式教學方法。結合礦山供電系統諧波抑制問題設置了4個實踐訓練項目，學生在解決實際問題的過程中，能夠更直觀的學習和應用該課程相關知識點。通過2個學期的實際應用，證明該教學方法有利于提高學生應用書本知識解決實際問題的能力，加深學生對電能質量以及諧波抑制等企業實際問題的理解，為畢業后進入礦山企業工作奠定良好的基礎。

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[5] 李國華，馬峰，范磊，陳華輝，馬向東，劉文言.礦業特色的材料專業實踐教學體系構建[J].實驗室研究與探索，2013，07：178-182.

作者簡介：李國華（1981-），男，遼寧工程技術大學電控學院，副教授，研究方向為電力系統諧波抑制與無功補償。

張美金（1970-），男，遼寧工程技術大學電控學院，副教授，碩士生導師。

謝國民（1969-），男，遼寧工程技術大學電控學院，副教授，碩士生導師。