應(yīng)用型院校電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

劉廣忱 田立欣 田桂珍 彭偉 張利宏

摘 要：電力電子技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)幫助學(xué)生理解和鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神具有重要的作用。本文通過(guò)對(duì)本校電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案并將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，以期促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新能力

應(yīng)用型院校以培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的應(yīng)用性人才為目標(biāo)。應(yīng)用型院校學(xué)生大多數(shù)選擇畢業(yè)后直接就業(yè)，而目前我國(guó)企事業(yè)單位大多要求新入職的大學(xué)畢業(yè)生可以盡快在某一專業(yè)方面具有較強(qiáng)的實(shí)際工作能力。為了工科大學(xué)生能夠在畢業(yè)后盡快適應(yīng)社會(huì)的需求，在校期間應(yīng)對(duì)其進(jìn)行一定的工程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)方向上的實(shí)際工作能力和創(chuàng)新能力。

電力電子技術(shù)是20世紀(jì)50年代誕生和發(fā)展的一門新技術(shù)，集電力技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論于一體。“電力電子技術(shù)”課程已成為電氣工程、自動(dòng)化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)電氣工程、自動(dòng)化專業(yè)人才中有十分重要的地位。目前應(yīng)用型院校的“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為機(jī)械重復(fù)操作。如何加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課和理論課的緊密銜接、使學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，是當(dāng)前“電力電子技術(shù)”教學(xué)亟待解決的問(wèn)題。

一、“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

我院“電力電子技術(shù)”課程已于2012年申請(qǐng)立項(xiàng)為校級(jí)精品課程。根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我院“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在以下問(wèn)題。

1.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少

“電力電子技術(shù)”課程總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)僅占8學(xué)時(shí)，時(shí)間的局限性嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和質(zhì)量。

2.實(shí)驗(yàn)裝置陳舊

我校電力電子實(shí)驗(yàn)室共有十臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置，每組四人，每次僅能一個(gè)班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而電氣工程及其自動(dòng)化和自動(dòng)化兩個(gè)專業(yè)本科生共十個(gè)班，實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)量已經(jīng)不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。而且該實(shí)驗(yàn)裝置是2005年購(gòu)買的，已使用多年，器件老化，故障率高。鑒于電力電子實(shí)驗(yàn)涉及強(qiáng)、弱電結(jié)合，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器件和實(shí)驗(yàn)原理不熟悉，很容易誤操作而燒壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)而影響后續(xù)班級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常進(jìn)行，大大降低教學(xué)效率。另外，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，陳舊的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)手段已經(jīng)無(wú)法滿足新技術(shù)、新知識(shí)和新方法的教學(xué)需求。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一

我院“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)受設(shè)備的制約，主要進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，綜合性較差，缺乏創(chuàng)造性，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的提高。從學(xué)生的角度而言，實(shí)驗(yàn)只不過(guò)是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的線路連接，缺乏對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和探索環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的目的。

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生只為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)主動(dòng)性沒(méi)有得到充分的調(diào)動(dòng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

二、“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案

為了解決目前電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，經(jīng)課程組研究提出如下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案。

1.多種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较嘟Y(jié)合的教學(xué)方式

（1）基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)。主要針對(duì)學(xué)生應(yīng)掌握的基本知識(shí)、基本方法、基本技能等進(jìn)行的基礎(chǔ)性訓(xùn)練，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，掌握本專業(yè)常用儀器及設(shè)備的工作原理和操作方法，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。此類實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生必須完成。例如：三相橋式相控整流實(shí)驗(yàn)、三相有源逆變實(shí)驗(yàn)、直流斬波電路實(shí)驗(yàn)等。

（2）開放型實(shí)驗(yàn)。在完成基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)后，有興趣的學(xué)生可以根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成其他可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)（如開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)等）。學(xué)生需要查找資料，自行確定實(shí)驗(yàn)方法和步驟，變被動(dòng)實(shí)驗(yàn)為主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。此類實(shí)驗(yàn)可以作為附加分加到最終的實(shí)驗(yàn)成績(jī)里。

（3）組合型實(shí)驗(yàn)。對(duì)于有興趣想做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，可以引導(dǎo)他們利用實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)有的模塊設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（如用于新能源發(fā)電的AC/DC+DC/DC+DC/AC組合變換電路等），或者設(shè)計(jì)開發(fā)控制現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置（如用于直流電機(jī)調(diào)速的H橋電路，用于交流電機(jī)調(diào)速的AC/DC/AC電路等）。學(xué)生可以通過(guò)查找資料、咨詢教師來(lái)確定實(shí)驗(yàn)方法并選擇儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力，為后續(xù)的學(xué)習(xí)研究做好準(zhǔn)備。

（4）創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。對(duì)有極強(qiáng)實(shí)踐要求和創(chuàng)新欲望的學(xué)生，可以針對(duì)某一專題研究或?qū)嶋H工作中亟待解決的問(wèn)題自主選題、查閱資料、設(shè)計(jì)電路、自行制作實(shí)驗(yàn)電路并進(jìn)行調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。對(duì)于參與這一環(huán)節(jié)的學(xué)生，專業(yè)教師可以介紹其參加挑戰(zhàn)杯、專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽等，在競(jìng)賽中充分鍛煉其專業(yè)綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2.改革實(shí)驗(yàn)室開放方式

為了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，為學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)造條件，“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)室采取“定時(shí)開放”和“預(yù)約開放”兩種方式，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主發(fā)展、研究性學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)新提供條件。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加學(xué)校的“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生撰寫項(xiàng)目申請(qǐng)書、項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告及相關(guān)論文，激發(fā)其創(chuàng)新精神。

3.考核評(píng)價(jià)方式多樣化

以往學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)的完成情況進(jìn)行考核。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，先做完的學(xué)生去幫助還沒(méi)完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，這雖然有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)意識(shí)，但是存在實(shí)驗(yàn)的照搬現(xiàn)象，未完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生容易形成依賴心理，更加不愿主動(dòng)思考，不能積極完成任務(wù)。本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提出，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)由基礎(chǔ)成績(jī)、考試成績(jī)和附加成績(jī)?nèi)糠纸M成。基礎(chǔ)成績(jī)主要根據(jù)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定;考試成績(jī)則是任課教師出一道實(shí)驗(yàn)綜合題讓學(xué)生獨(dú)立完成;附加成績(jī)根據(jù)學(xué)生參與開放型、組合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的情況評(píng)定。考核方式的轉(zhuǎn)變可以促進(jìn)更多學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，提升的實(shí)踐能力。

三、改革的成效及有待改進(jìn)的地方

為了更好地促進(jìn)“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)院新采購(gòu)了20套電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用掛箱式結(jié)構(gòu)，可以完成近30個(gè)與“電力電子技術(shù)”課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，可以滿足基礎(chǔ)型、開放型和組合型的實(shí)驗(yàn)要求。另外，還分別配置了3套基于DSP和FPGA的控制實(shí)驗(yàn)掛箱，可以用來(lái)開設(shè)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)改革已經(jīng)在我院“電氣工程及其自動(dòng)化”“自動(dòng)化”和“風(fēng)能與動(dòng)力工程”三個(gè)專業(yè)中實(shí)施。在實(shí)施過(guò)程中，有多人申請(qǐng)“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目，如參加創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的學(xué)生開發(fā)的蓄電池充放電智能控制器。

經(jīng)過(guò)三年的教學(xué)研究與實(shí)踐，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，更好地向應(yīng)用性、綜合性的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。在實(shí)踐教學(xué)中既加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解及掌握，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

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基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2013075）。

作者簡(jiǎn)介：劉廣忱（1975— ），男，博士，副教授，研究方向：電力電子技術(shù)理論教學(xué)、電力電子與電力傳動(dòng)。