現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程教學改革與實踐*

王亞芳 郭曉麗 茅靖峰

南通大學電氣工程學院 江蘇 南通 226019

現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程綜合了電子技術(shù)、電力技術(shù)和控制技術(shù)等內(nèi)容，是南通大學電氣工程及其自動化專業(yè)和相關(guān)強電專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè) 基礎(chǔ)課程[1]。教學內(nèi)容多、課時較少、內(nèi)容更新快是本課程的特點[2]。因此，如何使學生在有限的教學時間里較好地掌握本課程內(nèi)容，又能最大限度地培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，是在教學過程中需要認真研究、逐步解決的一個重大課題。根據(jù)多年的教學經(jīng)驗，本文從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、實踐環(huán)節(jié)等方面對該課程的教學進行研究。

1 優(yōu)化教學內(nèi)容

電力電子技術(shù)的核心是變流技術(shù)，變流技術(shù)主要包括整流、逆變、斬波、交流電力變換電路及組合變流電路。要了解變流技術(shù)，首先要認識電力電子器件。因此，根據(jù)課程的知識體系，將整個課程教學內(nèi)容分為功率器件、典型電路、具體應(yīng)用三大模塊。

功率器件是變流技術(shù)的基礎(chǔ)，根據(jù)課程學時，對此部分內(nèi)容進行了調(diào)整，晶閘管半控型器件的相關(guān)內(nèi)容被刪減，重點講授基于全控型器件及其驅(qū)動電路。典型電路是本課程的主體，著重分析基于全控型器件的直直斬波、逆變和整流3種電路。具體應(yīng)用能讓學生對本課程有一個系統(tǒng)的概念，以新能源發(fā)電、交通運輸、柔性交流輸配電技術(shù)等應(yīng)用領(lǐng)域為背景，講授電力電子技術(shù)在實際工程應(yīng)用中所需要處理的相關(guān)問題。通過優(yōu)化教學內(nèi)容，將本課程與前續(xù)“電路”“模擬電子技術(shù)”“自動控制原理”等相關(guān)課程有機結(jié)合，培養(yǎng)學生從系統(tǒng)的角度認識和設(shè)計電力電子電路的能力。

2 改進教學方法

2.1 教學模式的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學模式采用循序漸進的方式，即從功率器件介紹到典型電路及具體應(yīng)用。但這種教學模式不容易激發(fā)學生學習的興趣，也很難培養(yǎng)學生自主學習和研究的能力。為此，在教學一開始就通過大量的圖片向?qū)W生展示電力電子技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、新能源發(fā)電、交通運輸?shù)确矫娴膽?yīng)用。通過這些生動形象的實例，讓學生明白電力電子技術(shù)其實與日常生活是緊密結(jié)合的，以此調(diào)動學生學習的興趣。

2.2 項目教學法的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學方法過多地依賴理論教學，采用以“教師為中心”的注入式教學模式，使學生失去了應(yīng)有的學習興趣。因此，結(jié)合工科學習的特點，將現(xiàn)代電力電子中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個教學項目，圍繞“做項目”的模式組織和展開教學，使學生直接參與項目全過程，極大地提高系統(tǒng)調(diào)控能力。

比如，蓄電池充電控制是電力電子變換和控制技術(shù)在電源技術(shù)中的典型應(yīng)用。在教學一開始就提出實際問題：如何對蓄電池充電控制？讓學生帶著問題去思考、去學習，教師在此項目執(zhí)行的過程中可以適當?shù)丶右砸龑А?/p>

1）交流電網(wǎng)對48 V蓄電池進行充電控制，需要用到AC/DC或AC/DC-DC/DC變換器，因此，需要學生掌握典型電路的設(shè)計方法，包括開關(guān)管、二極管選型，電感、電容參數(shù)選取及設(shè)計。

2）蓄電池的工作方式有恒流充電、恒壓浮充電、均衡充電和放電。常采用恒流和恒壓相結(jié)合的快速充電方法，需要采用電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制，即先以恒流充電至預定的電壓值，然后改為恒壓完成剩余的充電。因此，需要將現(xiàn)代電力電子技術(shù)與前期所學的模擬電子技術(shù)和自動控制原理等課程有機結(jié)合，形成一套完整的知識體系。

3）電路設(shè)計后，可以利用MATLAB、Saber等仿真軟件對所設(shè)計電路進行驗證，通過仿真，加強學生對理論知識的理解。

4）設(shè)計實驗樣機，實現(xiàn)所要求的蓄電池充電控制裝置，培養(yǎng)學生在知識綜合應(yīng)用、系統(tǒng)設(shè)計、工程實踐和創(chuàng)新實踐等多方面的能力。

2.3 現(xiàn)代化教學手段的利用

現(xiàn)代電力電子技術(shù)涉及的電路和波形圖多且復雜，可以采用多媒體教學，通過動畫演示增強學生對典型電路的感性認識[3]。同時，多媒體授課的信息量大，可以提高教學效率，給學生創(chuàng)造最真實、直接、感性的學習情景。

此外，網(wǎng)絡(luò)教學可以彌補課內(nèi)教學學時少的局限，引導學生開展自主性學習[4]。南通大學校Blackboard網(wǎng)絡(luò)平臺提供了與課程相關(guān)的豐富的資源，包括教學資源（教學大綱、多媒體課件、實驗指導書等文件）、參考資源（學術(shù)論文、常用仿真軟件、典型應(yīng)用案例等信息）、復習思考題（作業(yè)講解、自測等系統(tǒng)）。通過此平臺，加強學生與教師（學生）之間的交流討論，創(chuàng)造“教”與“學”互動的網(wǎng)絡(luò)教學環(huán)境。

3 加強實踐教學

現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用性、實踐性強，因此有必要加強實踐教學，培養(yǎng)學生的動手與創(chuàng)新能力。

3.1 課內(nèi)實驗教學

課內(nèi)實驗是在課堂教學的基礎(chǔ)上，進一步鞏固理論知識，提高學生的動手能力、解決問題和分析問題的能力。實驗項目遵循“理論分析→仿真驗證→硬件實驗測試→波形數(shù)據(jù)分析總結(jié)”的模式，以此培養(yǎng)學生形成理論聯(lián)系實際的科學實驗作風。

3.2 開放創(chuàng)新實驗

現(xiàn)代電力電子技術(shù)實踐性較強，如果完全依靠課內(nèi)實驗教學是遠遠不夠的。因此，有必要鼓勵和支持一些優(yōu)秀大學生多參加大學生實踐創(chuàng)新訓練項目和全國大學生電子設(shè)計大賽，不斷提高他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實踐能力。

大學生實踐創(chuàng)新訓練項目是由學生主持，通過團隊協(xié)作完成一個完整的課題項目。從項目選題、文獻搜集、方案制訂、可行性分析、仿真驗證、實驗調(diào)試、總結(jié)等方面組織學生獨立開展工作，均充分發(fā)揮了學生的主動性和積極性。

全國大學生電子設(shè)計大賽幾乎每年都有與現(xiàn)代電力電子技術(shù)相關(guān)的題目。因此，通過大賽，可以使學生進一步鞏固所學知識。與此同時，要在有限的競賽時間內(nèi)取得好成績，學生必須學會“面對問題、分析問題、給出新思路、解決問題”的方法，極大地培養(yǎng)了學生的實踐動手和科研創(chuàng)新能力。

4 總結(jié)

通過上述教學改革措施，學生在自主學習、創(chuàng)新及工程系統(tǒng)分析能力等方面均得到提高，培養(yǎng)的學生在近年來的挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計大賽等學科競賽中均取得良好成績。當然，教學改革是一項長期而艱巨的工作，需要積極探索教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和實驗實踐的改革，切實增強教學效果，實現(xiàn)實用型人才培養(yǎng)的整體目標。

[1]陳新,王慧貞,龔春英,等.淺析“電力電子技術(shù)”專業(yè)課程教學[J].電氣電子教學學報,2010(32):48-49,52.

[2]李旭春,王春鳳.創(chuàng)新實踐教學，提高電力電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學效果[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(7):11-13.

[3]王柏.運用多媒體提高數(shù)學課堂效益[J].中國教育技術(shù)裝備,2010(35):79-80.

[4]茅靖峰,顧菊平,王亞芳.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“現(xiàn)代電力電子技術(shù)”教學實踐研究[J].中國電力教育,2012(33):32-33.