電力電子技術課程實踐教學的改革①

翁志遠 方杰 杜成濤 翁志剛 俞鶴

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?為了克服目前電力電子技術課程實踐教學環節存在的不足，從培養應用型人才角度研究課程改革的方法。通過電力電子課程實踐教學內容的設置和仿真與實踐平臺的建立，使學生能夠綜合運用多門課程知識進行工程設計。經過課程實踐教學的改革使學生增強專業技能、培養學生掌握科學的研究方法，實現地方應用型本科院校的人才培養目標。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?電力電子技術;實踐教學;教學改革

[中圖分類號] ?G642 [文獻標志碼] ?A ? [文章編號] ?2096-0603（2019）18-0001-03

按照建設地方應用型本科院校的指導思想，對于本科人才的培養需要符合區域經濟的發展與行業應用。學校對學生的培養不僅要求傳授專業的理論知識，還要使學生更多地了解和掌握與專業相關的技術和技能，并且具有一定解決實際問題的能力。電氣工程及其自動化專業屬電氣工程學科，在當今對工業、生活自動化與智能化水平的要求不斷提升的前提下，其已經成為十分重要與熱門的專業[1，2]。電力電子技術是電氣自動化及相關專業的專業基礎課，具有很強的理論性和應用性。隨著電力電子技術在電氣相關領域的智能化控制中應用越來越廣泛，功率器件的開關頻率、功率等級等參數的不斷提高，要求高校在教學過程中加強實踐教學環節的訓練[3]。本文主要從滿足工程技術與應用實踐角度出發，分析當前很多高校電力電子技術課程教學的現狀與存在的問題。從提高學生課程的學習興趣、培養工程實踐能力等方面，提出了電力電子技術課程實踐教學環節的改革措施。希望能夠通過電力電子技術實踐課程教學改革的實踐，對電氣專業其他專業課程的改革起到一定的示范作用[4]。

一、現狀與存在的問題

電力電子技術是一門通過功率器件的控制實現電能變換的課程，是涉及電子、自控和電力等技術的新興交叉學科。隨著如今電能產生形式的不斷豐富，如光伏、風力、潮汐等新能源發電的不斷涌現，使電力電子技術在電氣自動化領域的地位得到了很大的提升，同時也對電力電子技術課程教學要求其具有更加良好的效果[5，6]。

現階段，國內很多高校電子電氣相關專業對電力電子技術課程的實踐越來越重視，不斷改進其教學方法和實踐手段。相比之下，很多地方應用型本科高校還存在不小的差距。下面就各個高校電力電子技術課程設計教學過程中可能存在的普遍問題進行分析。

（一）課程設計內容與實際應用相脫節

隨著信息時代的快速發展，電力電子技術的應用更是突飛猛進。老舊的教學思路、教學設計如果不及時更新，很難讓學生及時了解、掌握現代電力電子技術的前沿以及重要用途。沿用傳統的課程是以“電力電子器件—變流電路—應用”為知識主線，過分注重課程的完整性和統一性，忽略理論和實踐的差異性。理論講究的是抽象思維，而實踐注重實際操作、應用。傳統課程內容僅限于課本知識，學生的學習主要以課堂為主，卻很少聯系實際應用設計。學生即使理論知識學得很扎實，在實際工程應用中卻不知如何下手。這些就造成學生動手實踐能力欠缺，專業技能得不到提高，進而容易造成學生失去學習興趣，很難激發學生的學習熱情，不利于學生創新能力的培養。

（二）實驗設備老舊，實驗平臺教學能力不強

目前，很多高校對課程設計只是理論分析或者實驗仿真，沒有可以設計課程的相關實驗平臺。很難體現學生實踐能力、創新能力、發現問題、分析問題以及解決問題的能力。目前，計算機仿真逐漸受到人們的關注，并引入到教學中，但學生存在軟件使用不熟練、模型搭建的問題。同時電力電子仿真中的非線性、數模混合性、器件的適用性及裝置的病態性沒有很好地解決，因此虛擬實驗和教學結合度不高。

（三）課程教學相對孤立，不能將電氣自動化相關課程結合起來

學生不能綜合應用所學的專業課程解決實際的電力電子技術問題，如自動控制原理，單片機原理與應用技術等。很多學生在課程學完以后不清楚這門課程在未來實際工作中能夠起到什么作用。

二、課程實踐環節的改革方法

為了適應社會科技快速發展的需要，電力電子技術課程實踐環節教學改革的重點是加強學生動手實踐能力，培養學生綜合思考問題的素養，并使其具備一定設計創新能力。由此而來的是，大部分高校都以圍繞提高學生動手實踐能力、自主創新能力、綜合設計能力以及工程應用能力方面作為重點培養方向。在教學中不斷修改人才培養方案、調整課程體系內容、減少理論教學內容、加強實踐教學環節、采用現代技術教育手段提高教學效果[7]。

（一）優化課程實踐教學內容

通過優化課程實踐教學內容，將工程應用背景和課程體系相結合。凸顯該課程在基礎課程和專業課程之間銜接的重要性，激發學生的學習興趣。在實踐中突出電力電子技術具備工程應用背景的特點。以聯系實際應用為前提，培養學生的工程意識，將理論知識以實踐工程的形式展現出來。從而為后期的專業課程做好準備，也為將來從事技術或研發工作打下基礎。課程設計教學設置時強調理論和實踐的有效結合，通過設計不同工程項目的趣味性和綜合性，充分調動學生學習的積極性和創新意識，以達到培養復合型人才的目的。

（二）搭建通用的綜合實踐平臺，提升綜合實踐能力

為了使學生靈活運用電力電子技術常用的變換電路，培養具有較強實踐能力的應用型人才，在實踐環節教學中需要加強實踐動手環節。然而，很多高校目前的電力電子實驗裝置是無法滿足這些要求的，所以需要搭建通用的綜合實踐平臺。針對目前電力電子技術應用最為廣泛的DC-DC變流電路，建立開放式的電能變換器通用實驗平臺，課程設計任務書圍繞平臺來設置。如可以根據直流電機驅動器，開發直流PWM驅動電源開放實驗平臺，其結構圖見圖1、圖2所示。圍繞這個直流電機速度調節實驗平臺設置實踐課題，開展相關的實踐課程。

通過該開放實驗平臺，學生可以進行PWM直流電機驅動的設計，實現直流電動機的速度控制。從中熟悉直流電動機的特性，了解交—真—交變流電路的結構以及PWM調制等控制技術。掌握濾波器、吸收電路、散熱等工程技術要求。平臺建立以后，可以使學生通過對實際電力電子裝置的設計、制作和調試，深化和拓展課程所學知識，提高工程實踐能力。

（三）實現多課程綜合

電力電子技術課程不是一門孤立的課程，所以在開設實踐課程時，一定要讓學生達到多課程綜合訓練的目的。這樣就要求在實踐課程實驗平臺的搭建設時要考慮多學科的融入。如對前面提到的PWM直流電機驅動的設計，在PWM驅動信號的產生可以融入單片機原理與應用的課程，除此之外，直流電機速度閉環控制又涉及自動控制原理課程內容。

（四）靈活運用電力電子相關仿真軟件，加強理論知識理解

目前與電力電子相關學科仿真的軟件很多，如Simplorer、Pspice、Saber以及Matlab等都是比較常用仿真產品。將這些專業仿真工具的使用融入教學過程當中，能夠有效地加深學生對電能變換的理解。仿真教學的內容可以結合以上實踐環節實驗平臺的對象，應用虛擬實驗教學軟件搭建模型。將仿真的結果與前面實驗平臺的結果進行比較，加強對電力電子主電路拓撲架構與控制過程的理解。圖3、圖4為應用Simplorer軟件建立的全橋逆變電源變換器的仿真模型和輸出的波形。

（五）結合相關實踐活動，培養實踐創新能力

學生實踐創新能力的培養需要在實踐活動中鍛煉。在課程教學環節以外，對課程內容掌握比較好的學生進行電力電子電源變換和控制相關專業綜合的培訓。通過積極參加一些創新大賽、學科競賽等活動來培養學生的專業綜合實踐能力。

三、結論

分析目前電力電子技術實踐環節在教學過程中的不足，對電力電子技術課程實踐教學環節的改革進行了研究。從電力電子課程實踐教學內容的設置和實踐平臺的建立與仿真軟件的應用等方面進行改革，使學生能夠綜合運用多門課程知識進行工程設計，增強了實踐能力。通過課程實踐教學的改革增強學生的專業技能、培養學生掌握進行科學研究的方法，實現地方應用型本科院校的人才培養目標。

參考文獻：

[1]王兆安，劉進軍.電力電子技術（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]王曉剛，王佳慶，林婷.“電力電子技術”教學改革的探索[J].南京：電氣電子教學學報，2007，29（2）：13-15.

[3]陳佩軍.電力電子技術課程的應用型教學改革探索[J].廣西：大學教育，2015（2）：161-162.

[4]朱海榮，楊奕，王娟，等.電力電子技術課程教學改革[J].北京：中國教育技術裝備，2013（24）：88-89.

[5]王卓，王強，曹晶，等.“電力電子技術”課程教學改革探討與實踐[J].北京：中國電力教育，2013（11）：37-38.

[6]劉力偉，黃文霞.“電力電子技術”理論與實踐一體化的探討[J].中國電力教育，2010（13）：137-138.

[7]薛榮輝.“電力電子技術”課程高職學校教學改革[J].科技信息，2010（17）：101-102.

編輯 武生智