基于電子設計競賽的電力電子技術課程改革

南華大學電氣工程學院 吳榮燕 陽璞瓊 王玉林 蔣 彥 謝 靜

“電力電子技術”在電氣信息類專業人才培養中承擔著重要角色。具有內容多、理論抽象、不易理解和掌握等特點。將大學生電子設計競賽實例融入課堂教學，不僅可以豐富教學內容，增加教學實例，還能提高學生的學習興趣。在引導學生學習理論的同時加強對其實踐技能的培養。

“電力電子技術”是南華大學電子信息工程和測控技術與儀器等專業2017版和2019版本科生培養方案中的必修課程。目的是使學生獲得電力電子器件的必要知識，掌握由這些器件組成的各種可控整流、斬波和逆變電路的硬件設計和相應的軟件設計，以及將其用于開關電源、變頻等電源產品技術的開發上。本課程為其他后續專業課程、考研、就業以及國家大學生創新性實驗計劃項目、全國大學生電子設計競賽（National Undergraduate Electronics Design Contest）等提供必要的技術支撐。一般認為，電力電子技術的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個晶閘管為標志的。其學科基礎為電子學、電工原理和自動控制。由于電力電子技術涉及功率較大，多為強電工業服務，因此一般常將它歸屬于電工類。內容主要包括電力電子電路、各種器件、裝置和其系統。

1 課程教學中存在的主要問題

1.1 教學方法滯后

“電力電子技術”課程是電子信息工程和測控技術與儀器等專業的一門專業必修課。現在，高校課堂教學基本還是以教材為核心，教師通過多媒體課件系統的進行教學，而學生中有興趣和能力參加科研比賽積累專業技術的學生仍是少數，仍有很多學生被動學習，以成績為奮斗目標，這導致很多學生專業基礎不牢，在進行“電力電子技術”學習時難以清晰分析各種電源變換電路的具體關系，實現定量計算。然而，萬用表、示波器等電子測試儀器光是靠課堂上用多媒體課件講授其使用方法是遠遠不夠的。往往學生學習理論知識后仍然不會使用，因為這些測試儀器在使用的過程中有些細節在課件中是講不清楚的，必須要在實際操作中不斷地演示比對才能做到心中有數。

1.2 教學內容不完善

當前的“電力電子技術”課程以電力電子器件、整流電路、逆變電路、直流-直流變流電路、交流-交流變流電路、PWM控制技術、軟開關技術、電力電子器件應用的共性問題、電力電子技術的應用為主線。教材的內容一般都是從整流、DC-DC、DC-AC的拓撲結構基本原理敘述，就算理解了拓撲結構的原理，學生還是一樣不會做電源產品，因為一個電源產品的制作不僅僅只是知道拓撲結構就行的，要考慮很多因素，比如器件如何選型，驅動芯片如何選擇，保護電路如何設計，變壓器如何設計制作，電壓電流紋波如何計算測試等，然而這些知識在教科書里是沒有的。

1.3 實驗環節薄弱

受教學學時和實驗條件限制，現在的“電力電子技術”課程的實踐教學中存在著實驗學時短，實驗內容少等問題。由于電力電子技術普遍涉及大功率場合，遠遠超過人體安全電壓。因此考慮到學生的人身安全，現行教學大綱安排的電力電子實驗多以驗證性和演示性實驗為主。學生缺少自主設計實際應用電路的機會，造成學生學習積極性不高。

2 課程改革的主要措施

2.1 改革教學模式和方法

積極響應教育部號召，推動課程革命，推進以學生為中心的教與學方式方法變革。采用線上線下混合式教學模式和研討式、PBL、CBL等教學方法，在“電力電子技術”課程理論和實踐教學過程中結合大量全國大學生電子設計競賽實例（硬件設計與軟件設計），以提高學生興趣，引導學生獨立思考，從而引導學生進行自主性、研究性學習。

2.2 調整教學內容

高等教育正在向素質教育改革，更加強調學生的主體地位，注重培養學生的綜合能力，因此授課的內容也應該隨之變革。為深入貫徹《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，南華大學在《關于制訂2019版本科人才培養方案及教學大綱的指導性意見》中要求專業課程教學應強調專業的前沿信息和專業發展的前瞻性，需要按照拓寬專業口徑與靈活設置專業方向相結合的原則突出專業特色。因此，需要進一步整合優化、精選更新專業課程教學內容，使之與最新科技發展相銜接。例如，“電力電子技術”課程任課老師可以將全國大學生電子設計競賽獲獎優秀作品內容利用多媒體教學技術融入理論和實踐教學中。運用大量的視頻，動畫等來播放電力電子技術實踐內容，讓學生們一目了然地見到電源產品開發的過程，即從電路圖設計一直到最終生成電源裝置成品的整個過程。借此以提高學生的學習興趣，從而提高教學質量。

2.3 加強實踐能力培養

對于工科專業來講，實踐教學環節尤為重要。除了通過增加實踐教學比重來加強學生實踐能力培養。還可以通過改革實踐教學內容，如增加綜合性、設計性實驗項目等方式來加強創新性實踐培養環節，從而培養學生的創新能力。如在“電力電子技術”課程實踐環節引入全國大學生電子設計大賽實例，讓學生在實戰中成長。從而建立科教融合、相互促進的協同培養機制，強化本科生科研能力與創新思維訓練。

3 課程教學改革作用和意義

全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，特點是與高等學校相關專業的課程體系和課程內容改革密切結合。從1994年第一屆全國大學生電子設計競賽開始到2019年，幾乎每屆都會有電源類的題目，包括簡易數控直流電源、直流穩壓電源等。因此，將全國大學生電子設計競賽實例內容融入到“電力電子技術”課程的課堂理論和實踐教學中，既符合教學大綱要求又具有現實意義。

3.1 融入新技術、新知識和實踐經驗

全國電子設計競賽的命題原則是“競賽題目應具有實際意義和應用背景，并考慮到目前教學基本內容和新技術應用趨勢”。競賽內容則要求“既有理論設計，又有實際制作”。因此，將全國大學生電子設計競賽實例引入“電力電子技術”課堂既可以將實踐應用與理論教學緊密結合起來，又可以向同學們介紹新技術的應用前景。這樣既使得課堂內容更加生動，又使學生能夠將所學的理論聯系實際，從而加強學生的理論基礎、實踐動手能力和創新能力。

3.2 提高學生科研能力和增加就業機會

更重要的是，借助這些大賽題目可以讓學生學習到書本以外的東西，如企業或者研發公司對電源開發產品的一些要求，比如功率因數高、效率高、環保、節能，具備數控顯示與控制技術、測量技術、并聯分流控制技術、過流保護、輸入欠壓保護、過熱保護、輸出過流保護、負載缺相保護等電路保護技術。這樣使學生在“電力電子技術”課程學習階段就了解外面電源產品開發公司或企業的專業知識和產品研發要求，讓學生在本科學習階段就能學習到企業里的東西，為學生畢業后找到工作機會增加砝碼。本人講授“電力電子技術”課程已經有8年，主要對象是電子信息工程專業和電子信息工程卓越班（電卓班）學生。電卓班許多畢業的同學都應聘到電源產品開發公司或者相關的企業。原因在于電卓班的同學都有參加全國大學生電子設計大賽的經歷。運用過“電力電子技術”課程的知識解決實際問題。正是由于學生在學校參加大賽得到了實踐鍛煉，在學校里就具備了企業公司急需的研發能力，因此電卓班畢業生就業形勢樂觀，供不應求。

結語：將大學生電子設計競賽內容融入“電力電子技術”課堂教學中，可以將傳統教學方法不易講清楚、不易講透徹的內容，通過講解大學生電子設計競賽實例，讓學生更易于理解、掌握。不僅豐富了教學內容，增加教學實例，還可以提高學生的學習興趣，培養學生的動手能力和創新能力，從而提高教學質量，使“電力電子技術”課程教學改革沿著正確的方向不斷向前推進。