淺談電氣專業(yè)“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)改革

電力電子技術(shù)是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，它以實現(xiàn)“高效率用電和高品質(zhì)用電”為目標(biāo)。電力電子技術(shù)是由電子學(xué)、電力學(xué)和控制理論三大學(xué)科交叉而形成，是電力半導(dǎo)體器件、電力技術(shù)、信息電子技術(shù)、自動控制技術(shù)等學(xué)科相互交集、相互滲透的學(xué)科，也是目前最活躍、發(fā)展最快的學(xué)科之一，更是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。如工業(yè)生產(chǎn)中的交流調(diào)速、直流調(diào)速、感應(yīng)加熱、焊接、電解、電鍍等;交通運輸業(yè)的電力機車、輕軌、地鐵、電動汽車等;電力行業(yè)的高壓直流輸電、無功補償、電力濾波等;電子裝置用的開關(guān)電源、UPS電源等;風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤、并網(wǎng)離網(wǎng)逆變器等;航空航天、核反應(yīng)、家用電器等諸多領(lǐng)域都有電力電子技術(shù)的身影。顯而易見，學(xué)好“電力電子技術(shù)”這門課程，對電氣專業(yè)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)后的工作是多么重要。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，知識更新越來越快，要求學(xué)生的知識面越來越寬，工程實踐能力越來越強，所學(xué)的課程門數(shù)不斷增加，必然導(dǎo)致各門課程的學(xué)時數(shù)不斷壓縮。如前所述，電力電子技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，不斷涌現(xiàn)出各種新型電力電子產(chǎn)品及電力電子裝置，電力電子技術(shù)課程所包含的內(nèi)容越來越多，所含的知識越來越豐富，原有的教學(xué)方式已不能滿足二本院校電氣工程及其自動化專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)改革的目的就是：怎樣在有限的教學(xué)時間內(nèi)，最大程度地提高學(xué)生的理論知識水平，拓寬學(xué)生的知識面，增強學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識，將理論知識與工程實踐相結(jié)合，培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會需求的人才。

“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革具體內(nèi)容

根據(jù)筆者所在遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣專業(yè)的招生與就業(yè)、師資力量、學(xué)生素質(zhì)、實驗設(shè)施及目前的實際教學(xué)情況，對“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整，更加注重對學(xué)生電力電子技術(shù)理論知識的掌握和工程實踐能力的培養(yǎng)。

修改人才培養(yǎng)方案

人才培養(yǎng)方案制定得是否合理，關(guān)系到本專業(yè)的生存和發(fā)展。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電類的各專業(yè)的界線越來越模糊，各學(xué)科相互交叉、相互滲透，電氣專業(yè)傳統(tǒng)的“發(fā)電、輸電、用電”知識結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足當(dāng)今人才培養(yǎng)要求。因此，對人才培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整。由于電氣工程及其自動化專業(yè)是一個強電和弱電相結(jié)合的寬口徑專業(yè)，而電力電子技術(shù)是諸多學(xué)科相互交集的學(xué)科，是由基礎(chǔ)課到專業(yè)課過渡的橋梁和紐帶，是強電和弱電的有機結(jié)合。因此，在修改和調(diào)整人才培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃時，要體現(xiàn)出電氣專業(yè)的“以強電為主、弱電為輔、強弱協(xié)調(diào)”的主導(dǎo)思想，加大教學(xué)力度，要意識到“電力電子技術(shù)”課程在電氣工程及其自動化專業(yè)教學(xué)中重要性和必要性，以拓寬學(xué)生的知識面，提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力以及擴大學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)面。

教材內(nèi)容的合理取舍

任課教師要選擇一本合適的電力電子技術(shù)課程教材作為主教材，再參考其他的輔助教材，取長補短，主講教師應(yīng)具有寬闊的知識面及豐富的電力電子工程實踐經(jīng)驗，注重應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。教材的內(nèi)容既有豐富的理論知識，還要注重工程實際的應(yīng)用，要體現(xiàn)電力電子技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)，也要體現(xiàn)出“電力電子技術(shù)”課程是基礎(chǔ)課到專業(yè)課平穩(wěn)過渡的橋梁，使教材內(nèi)容更符合二本院校電氣工程及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)的要求。

主教材中除重點講授交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流四大類基本變流電路及它們的組合之外，還要聯(lián)系當(dāng)今電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢及應(yīng)用情況，注重電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)及其他工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，注重主電路設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計、保護電路設(shè)計、參數(shù)計算及元器件選擇，還應(yīng)該適當(dāng)介紹SVC、SVG、高壓直流輸電、開關(guān)電源、UPS電源、感應(yīng)加熱電源、光伏逆變器等裝置的工作原理和實際應(yīng)用情況，以適應(yīng)電氣工程及其自動化專業(yè)寬口徑就業(yè)要求。

課堂教學(xué)方式改革

教學(xué)過程中應(yīng)以學(xué)生為主，教師為輔，避免一人堂和填鴨式教學(xué)方法，針對教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的具體情況組織安排教學(xué)內(nèi)容。

由于“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容繁多，課堂教學(xué)中需要繪制大量的電路圖和波形圖，以及諸多公式推導(dǎo)及各種參數(shù)計算等。由于課程學(xué)時少而教學(xué)內(nèi)容又多，僅僅依靠傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式顯然是達(dá)不到教學(xué)效果的，所以多媒體技術(shù)逐漸走進(jìn)了“電力電子技術(shù)”的課堂教學(xué)，大大地提高了課堂教學(xué)效果。這里需要強調(diào)的是，多媒體教學(xué)的引進(jìn)并非完全取消黑板加粉筆的課堂教學(xué)方式，二者應(yīng)該相互協(xié)調(diào)、相輔相成，各有各的長處。對于復(fù)雜的電路及波形的繪制和分析，可以充分利用多媒體的音容并茂的特點，使學(xué)生更容易理解和掌握電路的基本原理和工作過程，如以flash動畫的方式顯示電力電子器件的開通和關(guān)斷過程、過電流和過電壓的產(chǎn)生過程、電路的輸入輸出電壓和電流波形等，使學(xué)生感到生動而有趣，使學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)不再枯燥無味;而對于簡單電路的分析以及例題習(xí)題的講解，還是黑板加粉筆的方式顯得更簡單便捷，更具親和力，加強了教師與學(xué)生間的互動和情感交流。

總之，課堂教學(xué)十分重要，教師要根據(jù)自身的特點、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的素質(zhì)，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段及互聯(lián)網(wǎng)資源，在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，最大程度地使學(xué)生理解和吸收所學(xué)的知識。

改革實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

為了提高學(xué)生的工程實踐能力，對原有的電力電子實驗室設(shè)備進(jìn)行了更新和改造，引進(jìn)近幾年內(nèi)較為先進(jìn)的電力電子實驗設(shè)備，對原有的驗內(nèi)容和實驗計劃進(jìn)行了修改和調(diào)整，盡量減少簡單的驗證性實驗，增大設(shè)計性和綜合性實驗的比例，根據(jù)專業(yè)的特點和理論教學(xué)情況組織實驗教學(xué)。

我院現(xiàn)有的電力電子綜合實驗室可開出多種實驗，囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大電力變換所需的實驗，如整流及有源逆變實驗、交流調(diào)壓及交流調(diào)功實驗、直流斬波實驗、無源逆變變實驗等。為了培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識，還增設(shè)了開放性實驗和創(chuàng)新性實驗，加強了教師與學(xué)生間的知識交流，也使電力電子課程的實驗教學(xué)延伸到課外，對教學(xué)時間的不足起了一定程度的彌補作用;同時，在我院的大學(xué)生電子挑戰(zhàn)杯大賽中，部分學(xué)生的競賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān)，提高了學(xué)生的電力電子技能。另外，我院每個學(xué)期舉行教師實踐技能大賽，有相當(dāng)一部分競賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān)，大大提高了教師的電力電子技術(shù)實踐能力和實驗教學(xué)水平。

將Matlab仿真軟件引進(jìn)課堂教學(xué)和實驗教學(xué)

Matlab仿真軟件是各院校普遍開出的課程，將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程相結(jié)合，在課堂上，利用Matlab仿真軟豐富友好的圖形界面，使學(xué)生更直觀地掌握所學(xué)的知識，也避免了教師畫電路圖、波形圖的繁瑣及時間的浪費;將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程實驗相結(jié)合，是原有的實驗操作的有益補充，同時又具備原有實驗裝置不具備的優(yōu)點，如解決設(shè)備費用高、實驗所花時間長、危險性大的缺點。而利用仿真教學(xué)工具代替實際元件在計算機上進(jìn)行仿真，既不擔(dān)心元器件損壞，也沒有任何危險，學(xué)生完全可以在無人指導(dǎo)的情況下，在任何地點的計算機上自行完成電力電子電路的仿真實驗，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鎸嵭詫嶒?，這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和實際動手的能力，會收到事半功倍的實訓(xùn)效果。

課程設(shè)計環(huán)節(jié)的改革

“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革后，在課程教學(xué)的后期，增加了課程設(shè)計環(huán)節(jié)，由主講教師布置該課程的設(shè)計任務(wù)，為避免雷同，每人一題，主要以電力電子技術(shù)的四大電力變換為核心，結(jié)合工程實際，根據(jù)給出的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，要求學(xué)生綜合運用所學(xué)的相關(guān)知識，設(shè)計出總體方案、主電路圖、驅(qū)動電路、保護電路等，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計算及元器件選擇。較簡單的題目，要求制作電路板和元器件焊接，并使用實驗室的儀器和工具進(jìn)行調(diào)試;較復(fù)雜的題目要求用實驗室的實驗設(shè)備驗證或進(jìn)行matlab仿真，最終以論文的形式完成課程設(shè)計，并進(jìn)行課程設(shè)計答辯。課程設(shè)計環(huán)節(jié)的增加，拓寬了學(xué)生的知識面，提高了學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，是理論與實踐相結(jié)合的有益補充，同時為后期的畢業(yè)設(shè)計、就業(yè)及將來發(fā)表論文打下基礎(chǔ)。

畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的改革

為了提高電氣專業(yè)學(xué)生的電力電子技術(shù)理論知識和工程實踐能力，近幾年來，在電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)實習(xí)過程中，除了到發(fā)電廠、變電所參觀實習(xí)外，有相當(dāng)一部分學(xué)生到電力電子裝置的廠家實習(xí);有時也請電力電子產(chǎn)品的專家學(xué)者做專題報告。在畢業(yè)設(shè)計選題方面，除了發(fā)電廠、變電所、繼電保護、電氣照明等傳統(tǒng)設(shè)計題目外，許多教師在本科畢業(yè)設(shè)計中也增加了許多有關(guān)電力電子技術(shù)方面的設(shè)計課目，如感應(yīng)加熱電源、大功率開關(guān)電源、UPS電源、光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)、SVC、SVG、高壓直流輸電等方面的題目。有些設(shè)計題目還獲得了省級或校級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文。

結(jié)束語

二本院校的電氣工程及其自動化專主要是為社會培養(yǎng)業(yè)急需的本科層次的應(yīng)用型人才，既有相應(yīng)的理論知識，又有較強的工程實際能力，既不同于重點本科院校的研發(fā)型人才培養(yǎng)模式，又不同于高職高專的純技能型人才培養(yǎng)模式，而是二者兼而有之。幾年來，通過我們對電力電子技術(shù)課程各教學(xué)環(huán)節(jié)的改革探索，取得了一定的教學(xué)效果，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)的積極性，提高了學(xué)生的實踐動手能力和科研創(chuàng)新意識，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)打下了一定的基礎(chǔ)，同時也為其他課程的教學(xué)改革提供了一定的經(jīng)驗。當(dāng)然，“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，需要我們師生和學(xué)校乃至整個社會的共同努力，積極探索電力電子技術(shù)教學(xué)改革的經(jīng)驗和方法，培養(yǎng)出更多的符合社會要求的本科層次應(yīng)用型人才，為社會做出我們二本院校應(yīng)有的貢獻(xiàn)。（作者供職于遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院）