基于EIP-CDIO 理念的電力電子技術課程項目化教學探索與實踐

肖雯娟，馬小琴，呂慧

（西北民族大學 電氣工程學院，甘肅蘭州 730030）

電力電子技術課程是電氣工程及其自動化和自動化專業一門重要的專業必修課，它以電路知識為分析基礎，為強電和弱電的連接搭建了平臺。電力電子技術涉及國民經濟的各個領域，未來更多的電能將通過電力電子技術處理后再加以應用。然而，目前電力電子技術采用傳統的授課方式，重理論、輕實踐，未達到創新型工科人才培養的目標。因此，如何改進電力電子技術課程的授課方式，讓學生愿意學、主動學，學之能會，會之能用，是教學改革亟待解決的問題。

隨著經濟全球化，專業技術人才不僅要掌握扎實的工程理論知識和專業技能，還要具備職業道德[1-3]。EIP-CDIO 指向的講道德（Ethics）、講誠信（Integrity）、職業化（Professionalism）、構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）的教育理念正是在這種背景下由汕頭大學工學院提出的[4-5]。它更加注重職業道德和誠信及與“構思—設計—實現—運作”之間的有機結合，是以培養高級工程專業人才為目標的高等工程教育新模式。結合當前電力電子技術課程的授課現狀，將EIP-CDIO 教育理念應用于教學改革，優化課程教學方式，將EIP 教育理念與課程思政的開展相結合，將CDIO 教育理念通過項目化驅動的方式貫穿其中，培養學生的職業道德及專業技能，具有重要的理論和實際推廣價值。

1 EIP-CDIO理念的實施路徑

1.1 EIP 理念融入教學全過程

EIP-CDIO 來源于CDIO 理念，EIP 要貫穿于CDIO教育模式的全過程，二者互相借鑒。

開設電力電子技術課程的相關專業培養的學生就業范圍較廣，可供職于電力、機電、運輸等行業，這就要求學生在具備扎實的專業技能和職業素養的同時，還要具有愛國情懷和使命擔當。因此，將課程思政貫穿教育教學始終，將EIP 理念融入項目化實施的全過程，注重學生品德的培養和職業素養的提升，培養符合新時代要求的專業工程師[6-7]。

1.2 在項目化教學模式中體現CDIO 理念

電力電子技術課程會設定一定課時的實驗課，但經調研發現：大多數的實驗課程是在集成實驗設備上完成的驗證性實驗，隨著設備的老化和損壞，其不能取得很好的實驗效果[8]。而項目化的教學方式可通過設定開放性題目，以項目為基礎，引導學生參與組建團隊、提出構思、完成設計、實際運行及項目總結的所有環節。各環節均可設置2～3 個考查點，通過考查點引導學生主動詢問、發現、探索，鼓勵學生自主學習，由此培養學生課程學習的興趣，使學生養成自主學習的習慣。電力電子技術課程基于EIP-CDIO 理念的項目化實施路徑如圖1 所示。

圖1 電力電子技術課程基于EIP-CDIO 理念的項目化實施路徑

2 基于EIP-CDIO理念的教學改革實例

電力電子技術課程授課緊緊圍繞整流、逆變、斬波、交流電力變換四種變流技術開展，學生要通過對多種電路的分析來掌握電力變換的核心方法。授課內容包含大量的波形分析、公式推導及數值計算，授課難度較大，學生不易消化吸收。因此，為了激發學生的學習興趣，在授課過程中采用項目化驅動教學的方式，在講授完一種變流技術后，即啟動項目化教學，讓學生參與選題、設計、實踐、總結的全過程。現以直流穩壓電源設計為例，展示一個電力電子技術項目實施的完整流程。

2.1 項目要求

項目總體要求：設計一款直流穩壓電源，輸出電壓為3V、6V 兩檔。要求學生綜合運用電路、電力電子技術、模擬電子技術等課程中所學的理論知識完成設計；通過查閱手冊和文獻資料，確定設計思路，明確設計方案，提高分析和解決實際問題的能力；熟悉本項目中用到的電子器件的參數和特征，并掌握器件選型的標準與原則；學會電子電路的分析、調試及安裝技能；進一步熟悉相關測量儀器的使用方法。

在項目實施過程中，教師要求學生首先通過查閱文獻、閱讀資料來確定設計方案，設計方案要包含所設計電路的基本電路結構，要使學生清楚地認識到該項目包含的電力電子技術課程所講授的理論知識點。

根據任務要求，此項目實施的總體設計思路如圖2 所示。220V/50Hz 的交流電作為輸入，因輸出直流電壓值較小，可先經過變壓器降壓后再送入整流電路。整流電路輸出為脈動的直流電，需經過濾波得到穩定的直流電，穩壓電路與電阻配合完成穩壓與調壓的作用，最終輸出目標電壓。整個過程中要應用整流、濾波、穩壓等電力電子技術的相關知識，屬于綜合訓練項目。

圖2 直流穩壓電源設計思路

通過研讀項目要求、查閱資料、確定設計思路，學生鍛煉了搜集信息、整理信息及歸納總結的能力。

2.2 項目設計

在項目設計環節，要求學生根據電路輸入輸出要求，結合設計思路確定設計方案。學生可采用如下設計方案：整流電路可采用單相橋式不可控整流電路，也可采用可控整流電路，要考慮控制電路的設計方案；濾波部分可采用電容濾波；考慮到電路的集成度，穩壓可采用常見的三端穩壓芯片LM317，ADJ 針腳為輸出電壓的調節針腳，同時設計兩個開關，接不同的阻值，分別控制3V 和6V 輸出電壓[9-10]。以上僅為設計方案樣例，供學生參考，學生可根據實際情況自行確定方案，初步選定器件，如表1 所示。

表1 元器件規格型號

學生在此環節要確定電阻的大小、濾波電容的選值，可通過計算法結合仿真法進行驗證。當設定輸出電壓分別為3V 和6V，確定R1 為100Ω 時，R2和R3 的阻值則可根據公式（1）和公式（2）獲得：

仿真時可采用MATLAB/Simulink、SABER、Multisim，以上仿真軟件各有其使用的場合，且均為電力電子仿真常用的軟件，可引導學生多學多用[11-12]。本項目若選擇Multisim 進行仿真，則可搭建如圖3 所示的仿真模型。

圖3 基于Multisim 的直流穩壓電源仿真模型

此環節是項目最終能否順利完成的保障，需要學生學習電路圖繪制方法、元器件參數計算和選型方法、電路仿真方法等內容，考查學生對理論知識的掌握程度，鍛煉學生知識轉化的能力。

2.3 項目實現

經過仿真驗證后，即可根據電路圖和仿真結果，完成實物電路的焊接，此環節包括元器件購買、元器件檢測與安裝、電路焊接、電路調試與測量等多項內容，重點鍛煉學生的實際動手能力和團隊協作能力。

2.4 項目應用

本項目的核心目標是鍛煉學生將理論知識轉化為實際應用的能力，所做實物為簡易穩壓電源，可在簡單場合予以應用。根據CDIO 理念，將應用環節調整為項目答辯與評價環節，綜合考查學生的文字撰寫能力、口頭表達能力及團隊合作效果。

本環節要求學生撰寫完整的項目設計報告，包含設計思路、電路結構、電路仿真、元器件選型測試、電路焊接、團隊分工、心得體會等內容，同時以組為單位進行現場答辯，由指導教師和各小組互評打分，取平均分，并將其作為最終得分[13-14]。該項目的評分標準如表2 所示。以上環節結束后，教師要對每一組進行綜合點評，指出項目完成過程中存在的問題和改進的方式，并要求學生撰寫簡單的心得體會，總結本次項目實施過程中的個人感受。至此，一個完整的基于EIPCDIO 理念的電力電子技術項目設計完成，形成了項目化教學模式。

表2 直流穩壓電源項目評分標準

3 結語

電力電子技術是一門實用的技術，通過基于EIPCDIO 的項目化教學方式，可幫助學生加強對理論知識的理解與吸收，有利于學生更好地掌握電力電子技術的知識體系，同時可讓學生熟悉項目實施流程，鍛煉學生的實際動手能力。在項目開展全過程，引導學生樹立正確的價值觀，培養職業素養，遵守職業道德，為學生走出校園、服務社會奠定基礎。