電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革方案探索

郭鑫 尹志勇 任曉琨

摘? 要 針對(duì)學(xué)校電力電子技術(shù)課程偏重理論灌輸，實(shí)踐環(huán)節(jié)偏弱，從而導(dǎo)致學(xué)生理論考試得分高、動(dòng)手操作能力差的問題，提出改革教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)條件、改變考核方式的實(shí)踐教學(xué)改革方案。通過一系列實(shí)踐教學(xué)改革，增強(qiáng)學(xué)生分析電路、模擬仿真、設(shè)計(jì)并調(diào)試電路的能力，切實(shí)將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為崗位任職技能。

關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；MATLAB；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）13-0077-03

0? 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)已經(jīng)深入人們生活的方方面面，小到一個(gè)集成電路，大到航空航天技術(shù)研究，都有它的存在[1]。電力電子技術(shù)是電氣工程與自動(dòng)化技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)的主干課之一，具有貼近技術(shù)前沿、知識(shí)面寬、與實(shí)際生活結(jié)合緊密的特點(diǎn)，是一門應(yīng)用性、綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程[2]。在該課程教學(xué)中，實(shí)踐環(huán)節(jié)的作用不可替代。正因?yàn)槿绱?，需要改變課堂理論授課為主+驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)輔助的教學(xué)方式，研究電力電子技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)方法，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

學(xué)校現(xiàn)有的電力電子技術(shù)課程偏重理論灌輸，實(shí)踐環(huán)節(jié)偏弱，導(dǎo)致學(xué)生理論考試得分高，動(dòng)手操作能力差。由于院校培養(yǎng)的技術(shù)人才將來主要從事日常操作維護(hù)和檢修訓(xùn)練等工作，這就決定了院校更應(yīng)注重學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)，要在做好理論知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上培養(yǎng)具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的復(fù)合型人才。這就要求從根本上改變現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)的體系結(jié)構(gòu)，重構(gòu)電力電子技術(shù)實(shí)踐課程的教學(xué)模式。下面對(duì)此進(jìn)行論述。

1? 電力電子技術(shù)教學(xué)存在的問題

1）教育思想陳舊，沒有深入研究課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，只是將其作為課堂授課的輔助，沒有認(rèn)識(shí)到實(shí)踐教學(xué)的重要性。

2）學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化且嚴(yán)重不足，現(xiàn)有的六個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)服役時(shí)間很長(zhǎng)，再加上歷屆學(xué)生不可避免的一些誤操作，致使部分實(shí)驗(yàn)臺(tái)損壞而不能使用，目前只有一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以正常使用。

3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)古板，難以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力。學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于電路是采用模塊化設(shè)計(jì)并封裝的，無法看到內(nèi)部的電路是什么樣子，因此，做實(shí)驗(yàn)時(shí)只是按照實(shí)驗(yàn)步驟連接電路，生成波形并測(cè)試，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課本上的理論知識(shí)是一致的就算完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)無法進(jìn)行獨(dú)立思考，更談不上從實(shí)驗(yàn)中獲得靈感進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新以達(dá)到更高的目標(biāo)。

4）由于部分實(shí)驗(yàn)臺(tái)損壞，教師在上課時(shí)會(huì)采用MATLAB仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。不可否認(rèn)，MATLAB功能非常強(qiáng)大，仿真效果也好，學(xué)生可以直觀地看到波形的變化。但是，由于課堂時(shí)間有限，只能教師做實(shí)驗(yàn)學(xué)生看，沒有培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立使用MATLAB軟件仿真的能力。并且真實(shí)器件與仿真器件還是有區(qū)別的，所有的實(shí)驗(yàn)都使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，會(huì)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)真實(shí)的電路和器件造成障礙。

5）在課程教學(xué)中沒有聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生無法知道電力電子技術(shù)在崗位任職時(shí)有什么用，導(dǎo)致學(xué)生到工作崗位后，無法將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到崗位工作中，不能適應(yīng)信息化條件下的技術(shù)工作需要。

6）在課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中缺少一個(gè)綜合的課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生缺少一個(gè)從設(shè)計(jì)到選元件、選設(shè)備再到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的完整環(huán)節(jié)；學(xué)生不能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，對(duì)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)綜合的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

2? 電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革方案

2.1? 改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)關(guān)系著實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。為確保實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，首先必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行梳理，設(shè)計(jì)一些學(xué)生感興趣的實(shí)驗(yàn)；其次，在授課過程中也要注意方式方法，引導(dǎo)學(xué)生去做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，變被動(dòng)接受為主動(dòng)參與，更好地完成實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。當(dāng)然，改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不意味著完全拋棄現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而是應(yīng)該在優(yōu)化現(xiàn)有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加入部分設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2.1.1? 優(yōu)化驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)? 學(xué)校在電力電子技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)上安排了10個(gè)學(xué)時(shí)，全部安排的是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為電力電子器件檢測(cè)、單相及三相整流實(shí)驗(yàn)、直流斬波電路、斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)、逆變電路實(shí)驗(yàn)、單相SPWM電路實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)的技術(shù)和知識(shí)面要求較高。在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師首先要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容成竹在胸，這就要求自己先完成數(shù)次實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況了如指掌，能夠處理各種突發(fā)事件；其次，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作前要將各種電路的性質(zhì)、技術(shù)指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)方法給學(xué)生講透，并將注意事項(xiàng)寫在黑板上，一方面可以確保學(xué)生人身安全和設(shè)備安全，另一方面可以確保實(shí)驗(yàn)的順利完成；再次，對(duì)于學(xué)生做出的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即使這種設(shè)計(jì)存在問題，也要給出正面的評(píng)價(jià)，同時(shí)幫助學(xué)生查找問題、糾正錯(cuò)誤，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維；最后，應(yīng)該多與學(xué)生溝通交流，正所謂思維的碰撞才會(huì)產(chǎn)生創(chuàng)新的火花，而在產(chǎn)生這種創(chuàng)新的火花后應(yīng)該及時(shí)捕捉，并和學(xué)生共同提出實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，指導(dǎo)學(xué)生選擇儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并對(duì)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。另外，對(duì)完成從設(shè)計(jì)方案到實(shí)驗(yàn)操作這一系列步驟的學(xué)生給予加分獎(jiǎng)勵(lì)。

優(yōu)化后的電力電子技術(shù)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有效地彌補(bǔ)了教師示范做實(shí)驗(yàn)、學(xué)生機(jī)械性地模仿模式的不足，讓學(xué)生親身參與，提升學(xué)生的興趣，從而有效地提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

2.1.2? 加入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)? 進(jìn)行課程實(shí)踐教學(xué)時(shí)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的作用主要是驗(yàn)證書本上理論的正確性，對(duì)于啟發(fā)學(xué)生的思維、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、提高學(xué)生實(shí)際分析解決問題能力方面起到的作用較弱。教師應(yīng)該加入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，把電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)與實(shí)際生活相結(jié)合，與教研室的科研項(xiàng)目相結(jié)合，與實(shí)際使用的設(shè)備相結(jié)合，用實(shí)際的案例來引導(dǎo)學(xué)生思考，增強(qiáng)學(xué)生的積極性，自主設(shè)計(jì)并完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。如講完逆變電路后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)手機(jī)充電器電路，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，教師只答疑，不提意見，所有步驟都由學(xué)生完成。這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)做下來，學(xué)生會(huì)有很多的靈感和疑問，在驗(yàn)證靈感和解決疑問并完成實(shí)驗(yàn)后會(huì)收獲極大的滿足感，同時(shí)可以更好地掌握逆變電路的結(jié)構(gòu)、其輸入和輸出的波形、相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)等知識(shí)，從而取得理想的教學(xué)效果。

2.2? 改善實(shí)踐教學(xué)條件

2.2.1? 建立電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室? 電力電子實(shí)驗(yàn)室是開展實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，是開展電力電子科學(xué)研究的前提條件，是學(xué)生的實(shí)踐訓(xùn)練基地。實(shí)驗(yàn)室不僅可以完成實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，而且教師可以利用實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生參加電力電子技術(shù)比賽，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，讓學(xué)生感到學(xué)有所用，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，建立一個(gè)先進(jìn)的、滿足當(dāng)前教學(xué)需要的實(shí)驗(yàn)室是非常有必要的。

2.2.2? 開展MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)? 電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)所采用的大多是功率器件，如三相電源、示波器等，費(fèi)用高、操作難度大，且有一定的危險(xiǎn)性。如果能夠用MATLAB軟件在電腦上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，即用模擬元件代替實(shí)際元件，就既不用擔(dān)心昂貴的元件損壞，導(dǎo)致后續(xù)的實(shí)驗(yàn)無法開展，也可以避免實(shí)驗(yàn)中的事故。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)性實(shí)驗(yàn)，則會(huì)收到事半功倍的實(shí)驗(yàn)效果。因此，用MATLAB軟件并配合其他的一些虛擬實(shí)驗(yàn)儀器開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，已成為一種新的教學(xué)輔助手段，為電力電子技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)提供了一條新的途徑。

學(xué)校目前的電力電子技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)數(shù)較少，課堂時(shí)間只能完成部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，剩余的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只能留給學(xué)生課下來完成。這些剩余的實(shí)驗(yàn)如果都采用真實(shí)性的實(shí)驗(yàn)，則需要做很多的準(zhǔn)備工作，如聯(lián)系教師開放實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)器材等，而這些準(zhǔn)備工作會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。現(xiàn)在的仿真技術(shù)非常強(qiáng)大，其中的MATLAB軟件具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，在電氣工程和控制工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，并且Simulink中的電力系統(tǒng)工具箱專門用于解決電路、電力電子、電機(jī)等系統(tǒng)的仿真和分析。學(xué)生課下可以利用MATLAB來進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，一臺(tái)電腦就可以解決所有問題。同時(shí)，教師可以借助MATLAB給學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)過程，節(jié)省實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間，從而留出更多的時(shí)間讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐。

2.3? 改變實(shí)踐考核方式

對(duì)教學(xué)進(jìn)行考核的目的在于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況?？己说膬?nèi)容決定了教師的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。目前，學(xué)校的電力電子技術(shù)課程采用終結(jié)性考試和形成性考核相結(jié)合的考核方式。實(shí)踐部分的考核屬于形成性考核，占比不高。這種考核方式只強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，忽視了學(xué)生將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的能力。學(xué)生為了通過考試而學(xué)習(xí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)不受重視，導(dǎo)致只會(huì)紙上談兵。因此，必須改變這種重理論輕操作的考核方式。

2.3.1? 加大實(shí)踐成績(jī)的比重? 實(shí)踐考核檢驗(yàn)的是對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，以及將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的能力，是非常重要的。它的地位應(yīng)與理論考核一致，實(shí)踐考核不通過應(yīng)該也作為一項(xiàng)否定項(xiàng)，讓學(xué)生在實(shí)踐操作時(shí)多思考、多練習(xí)，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.3.2? 合理設(shè)置實(shí)踐考核內(nèi)容? 在計(jì)算最終的實(shí)踐考核成績(jī)時(shí)，不能只將每次的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。首先應(yīng)該加入學(xué)生日常的表現(xiàn)成績(jī)，如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的組織過程、操作失誤率等，在分?jǐn)?shù)比例上應(yīng)更為看重學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際表現(xiàn)和能否通過實(shí)驗(yàn)學(xué)到一些知識(shí)和動(dòng)手的技巧；其次應(yīng)加入一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)[3]，把電力電子技術(shù)與實(shí)際設(shè)備相結(jié)合，讓學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，通過對(duì)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生接觸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，為其畢業(yè)后的崗位任職打好基礎(chǔ)。

2.3.3? 加入激勵(lì)措施? 就如汽車動(dòng)起來需要?jiǎng)恿σ粯樱母锓桨傅耐茝V也需要?jiǎng)恿?。建立科學(xué)的評(píng)價(jià)和激勵(lì)機(jī)制可以提升教師和學(xué)生參與實(shí)踐教學(xué)的熱情，從而推動(dòng)改革方案向前發(fā)展。具體措施如下。

1）學(xué)生方面。鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽，對(duì)于取得名次的學(xué)生，除了榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)外，還要額外給予一定的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，激勵(lì)學(xué)生積極參與，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其動(dòng)手能力。

2）教師方面。對(duì)指導(dǎo)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽獲得名次的教師，給予一定的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)加入榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)，在評(píng)先評(píng)優(yōu)和職稱提升方面優(yōu)先考慮。

3? 結(jié)束語

電力電子技術(shù)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，該課程的實(shí)踐教學(xué)一方面可以幫助學(xué)生鞏固課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)，另一方面可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。要對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行全方位探索和改革，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)條件、改變考核方法，以培養(yǎng)具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的復(fù)合型人才為目標(biāo)，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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