應用型技術本科電力電子技術教學改革探索與實踐*

賈渭娟 羅 平 沈國杰 薛靜楠

（重慶大學城市科技學院 重慶永川 402167）

引言

應用型技術本科強調專業知識的實用性和實踐性。與研究型高校不同，其旨在培養具有素質高、能力強、知識面寬和基礎扎實的高級應用型人才。重慶大學城市科技學院（以下簡稱我校）是教育部“中國應用科技大學改革試點戰略研究”項目37所參研高校之一和重慶市首批轉型發展聯盟6所高校成員之一。[1]

電力電子技術是采用電力電子器件對電力進行變換和控制的技術。該技術廣泛應用于一般工業、交通運輸、電力系統、家用電器、新能源技術以及節能環保等領域。電力電子技術課程是高校電氣工程及自動化等專業的一門重要的專業核心課。而我校的電氣工程及其自動化專業是2015年重慶市本科高校“三特行動計劃”特色專業。[2]

針對新時代科學技術發展的特征，傳統電力電子技術課程的教學模式已經不適用于應用型技術本科學生的人才培養要求。因此，我校根據應用型本科教育培養目標，結合實際教學情況進行教學改革探索和實踐，以提高學生的學習興趣和動手能力。

一、課程現狀

目前，應用型技術本科高校電力電子技術課程傳統教學，主要存在以下幾方面問題：

（1）教學內容雖然分為電力電子器件、AC／DC、DC／DC、DC／AC、AC／AC五部分。但是重點仍然是以晶閘管為核心的電路。這與現在電力市場發展嚴重脫節。

（2）教學方法仍然是以理論教學為主，以往實踐教學只是作為教學過程中的一個附屬環節，沒有被引起足夠的重視。這樣學生無法真正通過實驗學習來掌握工程技能和方法，偏離了實驗課程開設的最主要目標。

（3）教學手段仍然是傳統的課堂啟發式教學。課堂以教師為主，學生被迫接受知識。這樣學生容易出現厭學的情緒，學習效率不高。

（4）課程考核仍然采取期末成績60%，平時成績30%和實驗成績10%的方式。其弊端是即使學生最終成績分數很高，但其動手能力不一定強。

二、教學改革措施

針對以上存在的一些教學問題，探索適用于應用型技術本科高校學生的教學內容和教學手段，以提高學生學習自主性和積極性，獲得良好教學效果，具體的教學改革措施如下。

1.優化教學內容

目前，電力電子裝置如變頻器、靜止無功補償裝置、新能源發電逆變器、開關電源等在不同領域得到廣泛應用和關注。而PWM控制技術在變頻調速技術中已成為核心控制手段。在這些裝置中基本是以全控型器件MOSFET、IGBT為核心構成的，而半控型器件——晶體管組成的應用電路逐步減少。并且新時代電力電子技術正朝著輕量化、小型化及智能化的方向發展。這就要求我們在開展電力電子技術課程時需要優化教學內容。

具體將教學內容調整為電力電子器件、AC／DC、DC／DC、DC／AC、AC／AC和電力電子技術的應用等六部分，但是要壓縮晶閘管整流電路、直流-直流變流電路、交流-交流變流電路和逆變電路有關的教學課時，除典型電路及實際應用較多的電路精講外，其余作為學生自主學習內容。增加全控型器件為核心的逆變電路的課時；加大PWM控制技術的教學課時。通過這種優化使電力電子技術教學內容既實用又豐富。[3]

2.豐富教學模式

（1）情景教學，因材施教

以我校15級電氣工程及其自動化學生來說，高考成績普遍在480分左右。這說明他們的基礎知識相對薄弱，高中所學知識難以支撐大學階段的學習，并且不擅長大篇幅的理論學習。如果采用理論授課的方式，不僅不能引起學生的興趣，反而會讓學生產生厭煩心理。但是我校該專業學生動手能力并不差，他們對未知領域有著一種探索的沖勁。因此造成的現象就是學生喜歡動手實踐，不喜歡枯燥的理論講解。[4]

因此我們采用情景教學，因材施教。主要做法是在開課之初，通過實物展示、多媒體視頻觀看等，讓學生對于電力電子技術課程內容有一個整體的認知。然后初次嘗試讓學生分組討論日常生活中的變頻空調、洗衣機、充電器和電源適配器等與電力電子技術課程的關聯之處，激發學生的學習興趣，調動學生的學習動力。在接著后期的理論中，仍然要伴隨典型案例實物來講授。比如，在講單相半波整流電路時，首先實物展示手機充電器，然后讓學生分組討論手機充電器的工作原理。等學生闡述自己的觀點后，再講授手機充電器的原理是從城市電網（墻壁電源）中獲得交流電，然后通過整流器將交流電轉化成直流電，最后給手機電池充電。以此案例引入整流的概念，然后再和學生一起研究電路不同負載時的工作原理、波形分析、數量關系等知識點，這樣講解就更顯通俗易懂了，學生能快樂的接收并吸收知識。隨著學習的深入，讓學生們來剖析所謂的“充電5分鐘通話2小時”、“快速充電”的原理結構。從充電器到充電寶就引申出逆變和組合電路，為后續知識的講解做出了形象的鋪墊。

因為情景教學，因材施教的模式中采用學生是主體，教師是引導，讓學生充分發揮課堂上的主觀能動性，完全成為課堂的主人。所以在實踐該模式中發現，學生的上課積極性很高，并且學習興趣很濃厚，而且能快樂的接收并吸收知識。

（2）課件講授，板書鞏固

電力電子技術課程由于存在大量的數學計算和波形分析，對我校學生來講難度較大，并且學生普遍感覺內容抽象枯燥。所以在教學方法不僅采用多媒體PPT增加動畫效果，這樣有助于學生直觀的理解電路工作原理和波形；而且也需要在黑板上一步一步的計算，和學生互動式的完成板書設計。這樣學生在課堂上都積極完成計算和分析波形，樂在其中，充實自己，提高了教學質量。

（3）課上課下，實時互動

手機是現在生活中的必需品，尤其是對于大學生來說，手機是分分鐘不離開身邊的。根據這個特點，教師通過QQ、微信等網絡通信工具向學生發布學習任務，學生根據自身時間安排學習；并且在學習過程中學生也可以通過QQ或微信和教師討論問題。教師也可以制作相應的教學內容視頻，作為學生的課前預習，這樣學生可以隨時隨地學習，有問題也可以實時和老師探討。該模式可以簡單如圖1所示。

圖1 教師和學生實時互動

3.加強實踐環節

授人以魚，不如授人以漁。實踐教學環節是課程教學的延伸，是將授魚變為授漁的必要環節。于是，我校一方面增加實踐教學的比重，后續《電機拖動自動控制系統》等專業課程的學習奠定基礎；另一方面將實踐環節分成驗證性實驗、MATLAB仿真實驗和創新設計性實驗3個方面。以期強化基礎，提高學生創新能力。

（1）強化基礎性實驗

電力電子技術實驗初期，率先安排驗證性實驗。在學習中不僅要驗證理論，還需要鍛煉學生學會發現問題，然后總結規律，掌握實驗的基本技能和方法。我校采用浙江求是等實驗器材，讓學生通過搭建實驗電路，調試實驗，然后對實驗結果進行分析，最后對比實驗理論值和實驗值，從而理解并鞏固所學理論知識。[5]

（2）增加MATLAB仿真

計算機仿真技術是針對應用型技術本科學生一種很好的教學方法。我校在電力電子技術實踐教學中引入MATLAB仿真軟件，充分利用此軟件功能，對電路的不同特性分別進行仿真。這樣不僅使學生有效地掌握系統的動靜態特性，參數設計等方法，而且讓學生可以放心大膽地連接電路，減輕學生由于接錯電路而損壞設備的心里負擔，大大地激發了學生的創新能力。例如，在做降壓斬波電路時，當電源電壓Us=14.6v，占空比為41%，硬件實驗如圖2所示，軟件仿真如圖3，圖4所示。實驗課之前建議學生先完成電路的仿真，掌握電路組成；然后再連接硬件電路圖，鞏固學生理解理論知識。

圖2 降壓斬波電路硬件圖

圖3 降壓斬波電路MATLAB仿真模型

圖3 降壓斬波電路MATLAB仿真結果圖模型

（3）創新設計性實驗

學生根據所學知識，自行設計實驗方案、實驗電路，實驗步驟，驗證所學理論知識的正確性。在實驗過程中，學生不僅要自己做實驗，還要解決實驗中存在的問題，教師負責實驗設計方案的審查及學生和設備的安全。

4.改革課程考核

我校電力電子技術課程考核方式分成筆試50%，實踐設計50%。筆試部分主要是基礎知識的考核；實踐設計部分完全是由學生自主完成實驗要求，實驗原理，實驗接線，實驗數據以及實驗考核標準。實驗考核標準通過實驗的完成程度、參數的正確性和創新性三部分組成。

三、教學改革實踐

本文采用的電力電子技術課程教學改革實踐試點對象是我校15級電氣工程及其自動化專業。從課程最終成績來看，試點班級的平均分為70.1%，掛科率為零。從課程輻射來看，學生在后續課程《電力拖動自動控制系統》實驗中，都有一套自己的實驗程序，然后發現問題，并且能快速解決問題。這樣不僅讓學生鞏固課程理論，而且還學會了處理問題的方法，學生內心是很有成就感的。長此以往，學生立足教材，自我探索、自我感悟并按照已有的知識動手操作、歸納總結、探索規律，從而體會本專業的魅力。

結語

為了適應應用型技術本科的培養目標，我校從實際情況出發，對電力電子技術從理論和實踐兩方面進行了教學改革。經試驗，提高了學生學習的積極性，改善了教學質量，尤其是在提高學生實踐能力方面取得了良好的效果。但是電力電子技術的的實踐教學改革是一項龐大的工程，路漫漫其修遠兮，因此電力電子技術課程的教學仍然需要不斷改革和探索。

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版，2004.

[2]李潔，賈渭娟等.電力電子技術[M].重慶：重慶大學出版社，2015.

[3]袁旭峰等.構建電力電子技術課程多渠道多層次實踐教學平臺的研究[J].教育文化論壇，2015.

[4]孫金根等.電力電子技術課程工程化教學模式探索和實踐[J].大學教育.2017.