電力電子技術(shù)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

樊建強(qiáng) 郭晉蜀山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院 山西太谷 030800

?

電力電子技術(shù)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

樊建強(qiáng) 郭晉蜀
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院 山西太谷 030800

摘 要：揭示了電力電子技術(shù)課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，詳細(xì)闡述了解決問(wèn)題的思路與具體操作方法。首先指出傳統(tǒng)教學(xué)模式在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的各種問(wèn)題，提出了以教學(xué)內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新和“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的教學(xué)方法作為相應(yīng)對(duì)策，然后詳細(xì)論述了這些對(duì)策的具體操作方式，最后強(qiáng)調(diào)了這些對(duì)策的教學(xué)實(shí)踐效果。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；教學(xué)研究；實(shí)踐

電力電子技術(shù)是電氣類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一。電力電子技術(shù)橫跨電子學(xué)、電力學(xué)、控制理論3個(gè)專(zhuān)業(yè)方向，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、航天通信、家用電器等眾多重要領(lǐng)域［1］。電力電子技術(shù)是現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速且應(yīng)用愈益廣泛的諸多重要學(xué)科之一，這使得它在電氣類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中砥柱中流的作用日益凸顯，該課程的特點(diǎn)是兼具實(shí)用性、工程性和綜合性［2］。

隨著社會(huì)進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，在電力電子技術(shù)課程中沿用傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，已經(jīng)開(kāi)始與除舊布新與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展要求不相符合。電力電子的技術(shù)進(jìn)步洪流，帶動(dòng)各種新型電力電子器件及其相關(guān)應(yīng)用技術(shù)不斷涌現(xiàn)，原有教學(xué)內(nèi)容已不能適應(yīng)科技迅速發(fā)展的需求，電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容亟須不斷地充實(shí)和更新。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師雖然采用多媒體課件授課，但其本質(zhì)仍舊是以“教師為中心”的注入式教學(xué)占主導(dǎo)地位，盡管教師為了在課堂上提供了更多案例和Flash動(dòng)畫(huà)等教學(xué)資料而費(fèi)盡心機(jī)，但學(xué)生仍然是被動(dòng)地接受，教學(xué)效果事倍功半就成為并不鮮見(jiàn)的“常態(tài)”。顯然，在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)中沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法已難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，如果考慮到各校學(xué)生的實(shí)際情況不同，學(xué)生的入學(xué)基礎(chǔ)參差不齊且有的學(xué)生基礎(chǔ)較差，教學(xué)效果就會(huì)受到更大的負(fù)面影響。因此，在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)方法上努力除舊布新與時(shí)俱進(jìn)，才能適應(yīng)社會(huì)進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展的要求［3］。

以實(shí)用性、工程性和綜合性為導(dǎo)向而充實(shí)和更新教學(xué)內(nèi)容，并以“微課+慕課+仿真”教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)模式，是電力電子技術(shù)課程的教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)的有效努力方向。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自主學(xué)習(xí)的積極性，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)中教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”相互之間配合差、互動(dòng)少的狀況，并為使學(xué)生改變他們以往事半功倍的學(xué)習(xí)習(xí)慣，引導(dǎo)他們逐步實(shí)現(xiàn)由厭學(xué)—有興趣學(xué)—掌握方法—學(xué)會(huì)—會(huì)學(xué)的轉(zhuǎn)變，我在實(shí)際教學(xué)中采用了“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的創(chuàng)新型教學(xué)方法并取得了較好的教學(xué)效果。

1　教學(xué)內(nèi)容的安排

為了實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)要求，經(jīng)過(guò)我校電氣、自動(dòng)化教研室教師的討論，所達(dá)成的共識(shí)是：電力電子技術(shù)課程的內(nèi)容應(yīng)以開(kāi)關(guān)器件為基礎(chǔ)，以四類(lèi)基本變換技術(shù)為核心，以?xún)煞N控制方法為輔，以四類(lèi)技術(shù)的應(yīng)用為目標(biāo)，并應(yīng)適當(dāng)兼顧當(dāng)前新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。這樣的內(nèi)容設(shè)置既有利于學(xué)生掌握課程核心內(nèi)容，也能夠促使學(xué)生更好地掌握電力電子技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，并使他們對(duì)電力電子技術(shù)的最新發(fā)展有一定的認(rèn)識(shí)，為今后的工作以及深造打下一定的基礎(chǔ)。

在基礎(chǔ)性開(kāi)關(guān)器件的內(nèi)容安排上，以全控型器件為主，兼顧半控型器件的相關(guān)內(nèi)容。晶閘管是半控型器件的典型代表，也是目前幾乎所有電力電子技術(shù)課程教材中都會(huì)介紹的器件，它在目前的工程應(yīng)用中仍占有一定的比重?，F(xiàn)在以電力場(chǎng)效應(yīng)管和IGBT為代表的全控型器件的迅速發(fā)展，已經(jīng)成為電力電子領(lǐng)域的核心器件，從而會(huì)影響到主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法［4］。我們?cè)诮虒W(xué)中，按照工程中的實(shí)際應(yīng)用以及器件的歷史發(fā)展，將半控型器件的相關(guān)內(nèi)容結(jié)合整流電路進(jìn)行講解，而對(duì)全控型器件及其組成的逆變器流交流變換技術(shù)、斬波技術(shù)的特性進(jìn)行詳細(xì)介紹。并且會(huì)給學(xué)生增加一些教材內(nèi)容之外的全控元件的介紹。

在課堂上及時(shí)傳授該學(xué)科的前沿知識(shí)并介紹其發(fā)展趨勢(shì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生緊跟相關(guān)學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)態(tài)的良好習(xí)慣。例如，將當(dāng)前諸如無(wú)功功率發(fā)生器（SVG）、電網(wǎng)諧波抑制技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)、高壓變頻器、矩陣式交-交變換器等電力電子最新應(yīng)用的內(nèi)容，作為補(bǔ)充拓展的知識(shí)介紹給學(xué)生。此外，還應(yīng)該將那些諸如電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用、太陽(yáng)能發(fā)電等與學(xué)生身邊生活密切相關(guān)的應(yīng)用內(nèi)容，插入到適當(dāng)章節(jié)的教學(xué)中，來(lái)增加學(xué)生對(duì)其身邊電力電子技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)。

2　“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的教學(xué)方法

充分注意到“95后”學(xué)生求新、求變的特質(zhì)，是做好教學(xué)工作的基本前提。目前我們面對(duì)的學(xué)生基本是95后，他們對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法比較厭倦甚至反感，然而他們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、新技術(shù)、新教學(xué)方式的喜愛(ài)并渴求掌握的愿望又是非常強(qiáng)烈的。因此在此基礎(chǔ)上我們采用了“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)課程的興趣和積極性。

2.1微課的應(yīng)用

微課是指基于某種特定的教學(xué)設(shè)計(jì)思想應(yīng)用多媒體技術(shù)，在五分鐘以?xún)?nèi)就一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性講解的一段視頻。在教育教學(xué)中，微課所講授的內(nèi)容呈“點(diǎn)”狀、碎片化，這些知識(shí)點(diǎn)，可以是教材解讀、題型精講、考點(diǎn)歸納等具體教學(xué)內(nèi)容，也可以是學(xué)習(xí)方法傳授、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)介紹等方法論方面的知識(shí)講解和展示。微課是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充形式，微課不僅適合于移動(dòng)學(xué)習(xí)時(shí)代知識(shí)的傳播、也適合學(xué)習(xí)者個(gè)性化、深度學(xué)習(xí)的需求［4］。在不同的教學(xué)環(huán)境中，微課可以有不同的應(yīng)用形式。

2.1.1微課在新授課上的作用及效果

微課在新課教學(xué)的課前預(yù)習(xí)、新課內(nèi)容導(dǎo)入、新課重難點(diǎn)講解等不同環(huán)節(jié)可以扮演不同角色。首先，在新課教學(xué)之前，可以根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)和新知識(shí)所需的銜接知識(shí)點(diǎn)，給學(xué)生提供相應(yīng)的微課視頻，從而可以讓學(xué)生在課下先看此微課視頻，為新課做好預(yù)習(xí)準(zhǔn)備。其次，在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師常用的教學(xué)方法是，為了吸引學(xué)生的注意力，為新課的講解做好鋪墊，教師會(huì)根據(jù)新課知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)新穎的問(wèn)題。依據(jù)此教學(xué)方法制作微課，在開(kāi)始上課并復(fù)習(xí)舊課內(nèi)容后先讓學(xué)生看此視頻，以此作為學(xué)習(xí)新課的新穎序曲。最后，還可以將教師對(duì)新課中重難點(diǎn)做點(diǎn)撥、對(duì)典型例題引導(dǎo)學(xué)生探究其規(guī)律等內(nèi)容，也制作成微課，用以在學(xué)生自主探究或團(tuán)隊(duì)合作探究后一起看此微課視頻。

電力電子技術(shù)課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多而難，并且里面的輸出波形較多，如果簡(jiǎn)單的讓學(xué)生看書(shū)預(yù)習(xí)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大。結(jié)合以上微課的諸多特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中，授課教師會(huì)在備課時(shí)，自己制作或從網(wǎng)絡(luò)資源上搜索并購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的微課內(nèi)容，在上課前一周通過(guò)與學(xué)生建立的班級(jí)微信群進(jìn)行發(fā)布，讓學(xué)生對(duì)新內(nèi)容進(jìn)行熱身，以達(dá)到吸引他們學(xué)習(xí)的注意力并達(dá)到預(yù)習(xí)的效果。

2.1.2微課在學(xué)生自主學(xué)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

微課視頻以其短小精悍的特點(diǎn)，使其在學(xué)生的自主學(xué)習(xí)中應(yīng)用中擁有幾項(xiàng)不可多得的優(yōu)勢(shì)。其一，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及，學(xué)生基本上都有各自的筆記本電腦或是智能手機(jī)，當(dāng)教師把學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和疑難問(wèn)題制作成微課，上傳到網(wǎng)上，學(xué)生便可以隨時(shí)點(diǎn)播學(xué)習(xí)。其二，微課短小精悍，其所圍繞的一個(gè)議題或一個(gè)重點(diǎn)，都是針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)中的疑難問(wèn)題設(shè)計(jì)，非常適合學(xué)生自學(xué)。其三，學(xué)生學(xué)習(xí)微課的時(shí)間和地點(diǎn)選擇的自由度很大，學(xué)生有了很大的自主空間，只要有學(xué)習(xí)的愿望，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)微課視頻的充分利用。其四，微課可以適應(yīng)不同的學(xué)生，由于視頻播放的快慢可以調(diào)節(jié)，這就讓不同程度的學(xué)生可以根據(jù)的自己的基礎(chǔ)和接受程度控制視頻播放的快慢，以達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果；其五，由于視頻可以反復(fù)播放，這使得那些平時(shí)反應(yīng)慢而又羞于發(fā)問(wèn)的學(xué)生能夠從容地反復(fù)觀(guān)看，這就為較好地解決了后進(jìn)生的轉(zhuǎn)化問(wèn)題提供了一條簡(jiǎn)便可行的途徑［3］。

在每次課后，教師通過(guò)班級(jí)的微信群發(fā)布相應(yīng)的作業(yè)要求，當(dāng)有學(xué)生進(jìn)行反饋該作業(yè)的困難時(shí)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生們的共性問(wèn)題以及易錯(cuò)、易疏忽的問(wèn)題時(shí)教師就對(duì)該知識(shí)點(diǎn)和作業(yè)制作相應(yīng)的微視頻發(fā)布，這樣不僅可以了解學(xué)生整體對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，同時(shí)也可以達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生與教師的互動(dòng)交流和感情。

2.2慕課的應(yīng)用

慕課（MOOC，Massive Open Online Course）是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放課程，它是為了增強(qiáng)知識(shí)傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個(gè)人或組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上的開(kāi)放課程。慕課是新近涌現(xiàn)出來(lái)的一種在線(xiàn)課程開(kāi)發(fā)模式，它發(fā)展于過(guò)去的那種發(fā)布資源、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)以及將學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)與更多的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)資源綜合起來(lái)的新的課程開(kāi)發(fā)模式。

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，很容易從網(wǎng)上找一些與電力電子技術(shù)相關(guān)的在線(xiàn)視頻，它們既可以使教師提高自身的學(xué)識(shí)水平，也可以通過(guò)各種形式形成電力電子技術(shù)課程的慕課教學(xué)內(nèi)容。例如，西安交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)頂尖高校電力電子技術(shù)精品課的在線(xiàn)視頻公開(kāi)課，就可以作為在電力電子技術(shù)課程中應(yīng)用慕課形式的參考資料，使用這些資料進(jìn)行慕課教學(xué)，不但可以最大限度地共享網(wǎng)絡(luò)資源，也使得學(xué)生們有更多機(jī)會(huì)領(lǐng)略國(guó)內(nèi)名校的名師風(fēng)采，這對(duì)于開(kāi)闊學(xué)生們的眼界并且激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，顯然益處多多。當(dāng)然，學(xué)生在課堂外的自主學(xué)習(xí)中也可以重新復(fù)習(xí)這些視頻，這要比以往的看書(shū)本復(fù)習(xí)效果好得多。隨著以后雙語(yǔ)教學(xué)的逐步普及，電力電子技術(shù)課程中慕課的資源共享范圍，還可以擴(kuò)展到包括美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家在內(nèi)的全世界。

2.3實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐中仿真的實(shí)施

應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的常態(tài)，它也應(yīng)該成為工程教育領(lǐng)域電力電子技術(shù)課程教學(xué)中的常態(tài)。在電力電子技術(shù)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，無(wú)論是擁有充足實(shí)驗(yàn)設(shè)備的學(xué)校，還是缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)備的學(xué)校，都可以采用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出必要補(bǔ)充的努力。在電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，主要是利用Matlab仿真軟件中的SIMULINK元件庫(kù)來(lái)建立電力電子電路仿真模型并給出仿真結(jié)果，來(lái)加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，不僅能提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)課程的興趣，而且更容易使學(xué)生學(xué)好這門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。同時(shí)，在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)中，采用仿真教學(xué)能夠部分代替實(shí)驗(yàn)教學(xué)，節(jié)省大量的教學(xué)資源［4］。

在實(shí)踐課中仿真的實(shí)施環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和多門(mén)課程的綜合應(yīng)用能力。布置課程的設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，要求3個(gè)人組成團(tuán)隊(duì)共同完成，以培養(yǎng)學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)合作能力。給出具體的題目、技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求等內(nèi)容后，注意引導(dǎo)學(xué)生如何綜合運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)、數(shù)模電技術(shù)、編程語(yǔ)言（C語(yǔ)言或Matlab）完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加省級(jí)、國(guó)家級(jí)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽，將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的科技制作。在實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)帶領(lǐng)學(xué)生參觀(guān)相關(guān)的電力電子設(shè)備生產(chǎn)單位、發(fā)電廠(chǎng)以及其他電力電子設(shè)備的應(yīng)用單位。

3　結(jié)束語(yǔ)

電力電子技術(shù)課程是一門(mén)實(shí)用性、工程性和綜合性較強(qiáng)課程，因此其教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)性的工程，技術(shù)性涉及面也較廣，它的核心在于“實(shí)用”［5］。因此，在教學(xué)中必須于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)實(shí)際的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生普遍感到電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容安排和“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的教學(xué)方法效果較好，能夠有效地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］ 張文蔚.“電力電子技術(shù)”課程建設(shè)探索與實(shí)踐［J］.中國(guó)電力教育，2012（6）:66-67.

［3］ 楊奕.《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)改革初探［J］.南通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（22）:95-96.

［4］ 李秀娟，劉偉.“電力電子技術(shù)”課程改革思考［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)， 2009（6）:30-31.

［5］ 胡新新.《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)改革研究［J］.職業(yè)技術(shù)研究，2012（8）:194.

Teaching Research and Practice of Power Electronic Technology

Fan Jianqiang， Guo Jinshu
Department of Mechanic and Electric Engineering， Information College， Taigu， 030800， China

Abstract:This paper reveals the problems of the traditional teaching mode of "power electronic technology"， and expounds a new method of solving the problems in detail. Firstly， this paper pointed out the problems when teaching in the course of "power electronic technology"， and put forward to the new teaching method of “Micro-course + MOOC + Simulation” combining with the teaching content updated in real time. Then， the paper discussed the specifc operation modes. Finally， the paper emphasized the teaching practice effects.

Key words:power electronic technology； teaching research； practice

收稿日期：2015-09-23

作者簡(jiǎn)介：樊建強(qiáng)，碩士，助教。通訊作者：郭晉蜀，碩士，副教授。