適應(yīng)于特色專業(yè)的“電力電子技術(shù)”課程改革

2010年7月7日，教育部財(cái)政部公布了《教育部財(cái)政部關(guān)于批準(zhǔn)第六批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)的通知》，蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)榜上有名。按照兩部有關(guān)加強(qiáng)“質(zhì)量工程”本科特色專業(yè)建設(shè)的要求，緊密結(jié)合國家、地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，改革人才培養(yǎng)方案、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)、優(yōu)化課程體系、加強(qiáng)教師隊(duì)伍和教材建設(shè)，切實(shí)為同類型高校相關(guān)專業(yè)和本校的專業(yè)建設(shè)與改革起到示范帶動作用。

“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是交叉了電子技術(shù)、控制技術(shù)及電力技術(shù)等多門學(xué)科的綜合課程，在本專業(yè)的人才培養(yǎng)中占有非常重要的地位。針對教育部財(cái)政部對于高校建設(shè)國家級特色專業(yè)的要求，結(jié)合蘭州交通大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)的特點(diǎn)，應(yīng)對“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式等方面進(jìn)行改變和革新。本文將從幾個(gè)方面對“電力電子技術(shù)”的課程改革提出一些建議。

教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容的全新定位

依托于本校的特色，本專業(yè)的定位為在電氣工程領(lǐng)域，以鐵道電氣化為依托，拓展為地方電力系統(tǒng)和城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)服務(wù)的職能，既服務(wù)于鐵路建設(shè)事業(yè)，又能適應(yīng)地方電力部門需要。“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容必須緊密聯(lián)系特色專業(yè)的定位和行業(yè)發(fā)展動向，聯(lián)系新技術(shù)及其應(yīng)用。對教學(xué)內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行合理組織，精心編排，有機(jī)融合相關(guān)知識點(diǎn)，避免將各種電力電子器件、功能電路做孤立講解。此外，可將電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、牽引供變電技術(shù)、高電壓技術(shù)等課程結(jié)合起來，形成支撐特色專業(yè)建設(shè)的學(xué)科體系，同時(shí)也體現(xiàn)出“電力電子技術(shù)”這門課程在專業(yè)知識鏈中的橋梁作用。

教學(xué)內(nèi)容的全新定位也離不開教材的建設(shè)。在傳統(tǒng)教材及參考書的基礎(chǔ)上，加入電子教案、多媒體教學(xué)課件、習(xí)題庫、網(wǎng)絡(luò)課程等多種元素，豐富教學(xué)資源，有利用促進(jìn)教學(xué)改革、提供教師水平，開拓學(xué)生知識獲取途徑。

教學(xué)方式及教學(xué)手段的多樣化

“電力電子技術(shù)”教學(xué)過程中主要采用分析法，通過對各種電量的波形分析，使學(xué)生了解到電力電子器件和變換電路在各時(shí)段的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式都是以教師的講授為主，將動態(tài)的電路工作過程通過語言和靜態(tài)的波形輸出圖給學(xué)生逐一分析，細(xì)致不夠形象，往往適得其反，會讓學(xué)生因?yàn)樾枰粍拥亟邮苤R而產(chǎn)生厭煩情緒，教學(xué)效率會受到影響。反之，若是單純依靠學(xué)生去自主學(xué)習(xí)，課堂上只做簡單引導(dǎo)，只能適于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，并不適合學(xué)習(xí)自制能力較弱的學(xué)生。對于這種兩相矛盾的情況，應(yīng)該從兩個(gè)角度入手。一方面，在課堂上對于重點(diǎn)難點(diǎn)應(yīng)盡力突出，內(nèi)容要由淺入深，既要保證課程的系統(tǒng)完整性，又要反復(fù)強(qiáng)調(diào)重、難點(diǎn)，提高課堂效率。另一方面，結(jié)合特色專業(yè)的特點(diǎn)，采取開放型教學(xué)方式，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生。具體可采用以下方式：

案例與自學(xué)討論

根據(jù)特色專業(yè)建設(shè)和教學(xué)目標(biāo)的需要，可選取實(shí)踐性較強(qiáng)的電路案例提供給學(xué)生，如SWPM逆變電源，高頻高壓脈沖電源等。學(xué)生可在教師的幫助下深入學(xué)習(xí)教材中涉及案例的相關(guān)內(nèi)容，并通過文獻(xiàn)檢索工具查閱相關(guān)資料，進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。并利用軟件平臺進(jìn)行仿真驗(yàn)證。之后根據(jù)學(xué)習(xí)與實(shí)踐的結(jié)果提交一份研究性的報(bào)告。

對于一些適當(dāng)?shù)恼n程內(nèi)容，可組織學(xué)生通過自學(xué)討論的方式進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生課前進(jìn)行自學(xué)，課堂上與教師進(jìn)行互相問答的方式進(jìn)行知識的鞏固和細(xì)化，最后掌握。

習(xí)題討論

學(xué)生完成課后習(xí)題后，以小組的形式進(jìn)行談?wù)摚ハ嘟涣鹘忸}思路，之后教師對習(xí)題涉及的關(guān)鍵知識點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評。

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多是規(guī)定了具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上只是在老師的教學(xué)基礎(chǔ)中依葫蘆畫瓢地動手連接電路或是測量數(shù)據(jù)，一堂課下來甚至于對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與課程哪些部分相關(guān)都毫無印象。實(shí)驗(yàn)的目的更多的是學(xué)生去實(shí)踐學(xué)習(xí)如何去搭建和調(diào)試電路，并且還要幫助學(xué)生把調(diào)試成功的電路與理論課上的基本電路聯(lián)系起來。另外還可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些簡單實(shí)用的綜合項(xiàng)目，例如直流電源的實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生提供綜合專業(yè)能力。

參觀學(xué)習(xí)

2010年蘭州交通大學(xué)電氣工程專業(yè)獲批為國家級特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，2011年被教育部授予第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專，并于2012級電氣工程專業(yè)招手了第一屆“卓越試點(diǎn)班”。針對本專業(yè)服務(wù)鐵路面向本地電力系統(tǒng)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)原則，在課程的教學(xué)過程中要為學(xué)生創(chuàng)造能夠去企業(yè)參觀的學(xué)習(xí)的機(jī)會，讓學(xué)生接觸一些“電力電子技術(shù)”這門課程在機(jī)車牽引供電、電力傳輸、城軌供電等領(lǐng)域中的應(yīng)用。這樣電力變換電路不再是書本上的電路，而是完整的電力電子控制系統(tǒng)，讓學(xué)生身臨其境大開眼界，做到理論與實(shí)際的聯(lián)系。

這些方式讓學(xué)生真正參與到教學(xué)過程中，并且課將學(xué)生的表現(xiàn)結(jié)合到平時(shí)成績考核中，對能力強(qiáng)的學(xué)生有提高作用，對學(xué)習(xí)能力弱的學(xué)生有警醒作用。

對于“電力電子技術(shù)”課程來說，電力電子器件和變換電路種類繁多，波形變化復(fù)雜，需要在教學(xué)手段上加入多媒體教學(xué)手段才能解決教師板書畫圖占用時(shí)間太長且不夠形象的問題。但是多媒體教學(xué)時(shí)容易因?yàn)榉撨^快，學(xué)生往往來不及思考，對知識認(rèn)識比較膚淺，所以在課件的制作時(shí)不能單純地復(fù)制書本內(nèi)容，授課時(shí)單純地宣讀課件內(nèi)容，而是配合傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式，通過制作精良的課件為學(xué)生講授。采用多媒體教學(xué)方式的同時(shí)，也應(yīng)配合多種仿真分析軟件，可以使教學(xué)更加生動和直觀。下面以三相橋式全控整流電路的教學(xué)過程來進(jìn)行具體說明。

首先，在多媒體課件中加入Flash動畫，利用Flash動畫來完整仿真器件導(dǎo)通、關(guān)斷過程中電壓電流波形形成的動畫過程，如圖1所示，使學(xué)生有直觀印象，更加容易理解。

另外，可以引領(lǐng)學(xué)生利用已學(xué)過的仿真軟件對教材中的一些典型的、難點(diǎn)的、重點(diǎn)的變換電路進(jìn)行仿真實(shí)踐。Simulink提供了動態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的交互環(huán)境，用戶只需應(yīng)用鼠標(biāo)拖放的方式將所需電氣元件的模塊添加到模型編輯窗口，并將它們連接起來就可以快速地組建仿真模型實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的計(jì)算仿真。以三相橋式全控整流電路為例，使用Simulink對三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真的電路及結(jié)果。通過提取模型元件庫中合適的模塊在仿真平臺上按電路原理圖連接建立仿真模型并進(jìn)行仿真（α=0°），仿真模型及輸出波形如圖2所示。

Multisim仿真軟件系統(tǒng)高度集成，界面直觀操作簡捷，可交互式搭建電路原理圖并對電路仿真。上例中的三相橋式全控整流電路也可以利用Multisim進(jìn)行模型搭建及仿真運(yùn)行，如圖3所示。

通過仿真可以看出，α=0°時(shí)負(fù)載電壓ud為三相線電壓在正半周的包絡(luò)線，還可以得到負(fù)載電流波形及各相橋臂上晶閘管的電流、電壓波形。

在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)有計(jì)劃地進(jìn)行開放性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)，即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的虛擬實(shí)驗(yàn)室。區(qū)別于利用仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)皆由設(shè)在遠(yuǎn)端的物理設(shè)備真實(shí)產(chǎn)生。學(xué)生可遠(yuǎn)程選擇實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行組合搭建，并直接獲得由遠(yuǎn)端的實(shí)際設(shè)備裝置測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

教師與學(xué)生觀念的轉(zhuǎn)變

首先需要轉(zhuǎn)變的就是一張?jiān)嚲矶ǔ煽兊那闆r。除了筆試成績外，應(yīng)將平時(shí)作業(yè)遞交、討論任務(wù)完成、課堂及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度等情況記入成績，減少筆試成績所占總評比例，使考核能夠真正、全面、客觀地反映學(xué)生的實(shí)際情況。

教師的角色由“講授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸笇?dǎo)者”，增強(qiáng)教學(xué)的研究性質(zhì)。教師不再是以填鴨的方式向?qū)W生灌輸知識，而是以“引導(dǎo)者”的身份引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)。在推導(dǎo)定理、結(jié)論時(shí)，除了數(shù)學(xué)和物理分析內(nèi)容之外，還應(yīng)穿插這些知識的相關(guān)背景、器件電路的應(yīng)用近況以及發(fā)展前景，這要求教師對有關(guān)內(nèi)容有充分的準(zhǔn)備，還有比較寬的專業(yè)知識面及豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。

學(xué)生的地位“被動”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃印?。豐富的教學(xué)內(nèi)容和多樣的教學(xué)方式要求學(xué)生發(fā)揮好主體作用，激發(fā)主觀能動性，積極配合各項(xiàng)教學(xué)環(huán)節(jié)。

課程的改革建設(shè)要根據(jù)形式的發(fā)展和特色專業(yè)建設(shè)的需求來進(jìn)行，要依靠學(xué)校的自費(fèi)支持，教師的積極努力，學(xué)生的主動配合，在不斷地實(shí)踐和探索的過程逐漸取得成績。（作者供職于蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院）