借鑒國外經(jīng)驗(yàn)提升電力電子技術(shù)課程教學(xué)

王磊

摘 要：本文從電力電子技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，在借鑒國外電力電子技術(shù)專業(yè)教育改革成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和教學(xué)中出現(xiàn)的問題，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)管理和課外興趣小組三個(gè)方面改進(jìn)了電力電子技術(shù)課程的教學(xué)，對(duì)教師科研課題研究的硬件制作方面也可以起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；電氣工程；課程教學(xué)；國外經(jīng)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）04-0089-01

一、引言

全球性的能源危機(jī)和環(huán)保問題使人們傾向于采用新型的綠色能源，如太陽能、風(fēng)能，這些能源必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能供給電器使用，因此電力電子技術(shù)在生產(chǎn)、生活中受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。

電力電子技術(shù)是高等院校中電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是在近代發(fā)展起來的基于半導(dǎo)體技術(shù)的新興交叉學(xué)科，主要在自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、模電、數(shù)電、電路原理等基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論深化和工程應(yīng)用的實(shí)踐。

目前國外高等教育部門在電力電子技術(shù)專業(yè)教育改革率先走到了前面[1-3]。為此本文在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從教學(xué)組織、實(shí)驗(yàn)管理和課外興趣小組的三個(gè)方面，首先列出了國內(nèi)外明顯的差異，其次結(jié)合教學(xué)中的實(shí)際問題提出了比較全面的改進(jìn)方案，取得了一定的成效。

二、課堂教學(xué)內(nèi)容的組織和講授

教材是課堂教學(xué)的一個(gè)很重要的起點(diǎn)。國外教材內(nèi)容和國內(nèi)目前較多采用的教材差異較大。國內(nèi)通常把相關(guān)知識(shí)分成幾門課來教，各門課程看來互相獨(dú)立，各自屬于不同的理論體系；國外會(huì)把相關(guān)基礎(chǔ)內(nèi)容整合成一本厚教材，對(duì)學(xué)生融會(huì)貫通比較有益。

國內(nèi)教材內(nèi)容全面系統(tǒng)，但是受篇幅所限，只局限于本學(xué)科，將其他學(xué)科聯(lián)系部分交代較少，難于理解。因此合理使用教材，取舍及補(bǔ)充，按照由淺入深的順序重新安排章節(jié)。

下面以課程中使用的教材為例[4]，給出一些實(shí)際的安排調(diào)整。教材里四種基本電力電子變換器是按照AC-DC，DC-AC，DC-DC，AC-AC的順序安排，其實(shí)直流變換器部分是重點(diǎn)，更容易入手，因?yàn)樯婕暗耐負(fù)浜?jiǎn)單，開關(guān)少，輸入輸出都是恒定的。因此教學(xué)中應(yīng)按照DC-DC，DC-AC，AC-DC，AC-AC的順序進(jìn)行講解。

除了和其他學(xué)科的串聯(lián)講解，更要注意書前后的呼應(yīng)講解，如DC-DC中拓?fù)湓贏C-DC中的應(yīng)用。

教與學(xué)是教學(xué)的兩個(gè)方面，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的督促是一個(gè)教師容易忽視的任務(wù)。

比較而言，國內(nèi)學(xué)生課外查閱文獻(xiàn)資料和閱讀材料的環(huán)節(jié)需要加強(qiáng)。學(xué)生要學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)資料解決電源制作中出現(xiàn)的問題。對(duì)此教師要加以引導(dǎo)，讓學(xué)生注意到網(wǎng)絡(luò)資料的價(jià)值并學(xué)會(huì)分辨和利用。

另一個(gè)方面是督促學(xué)生主動(dòng)提前自學(xué)，而不是等到考試才自學(xué)。要求課前預(yù)習(xí)，以課堂提問來檢查。經(jīng)過預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，能夠消除學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)的盲目性，讓他們學(xué)習(xí)更為高效。

三、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和管理及課程設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)不僅強(qiáng)化了對(duì)課堂內(nèi)容的理解，實(shí)踐本身也是課程學(xué)習(xí)的目的之一。

國外實(shí)驗(yàn)條件較好，而且實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開放，設(shè)備利用率較高，有興趣的學(xué)生可以學(xué)到很多。特點(diǎn)是很扎實(shí)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告做的很詳細(xì)。國內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件不好，利用率也很低，有限的時(shí)間里學(xué)生的動(dòng)手能力無法得到鍛煉，實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)也沒有跟上。

在本校這門課的實(shí)驗(yàn)和理論課是同時(shí)開的，針對(duì)每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容都要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，要精心設(shè)計(jì)按步驟和計(jì)劃。在講授概論知識(shí)的時(shí)候，安排入門級(jí)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以安排元器件的識(shí)別與檢測(cè)，在萬用板上焊接的技能，萬用表、電子毫伏表和示波器的使用方法。在半導(dǎo)體器件部分，安排學(xué)生按照半導(dǎo)體二極管、功率MOS管的型號(hào)在網(wǎng)上找說明書、應(yīng)用的典型電路，以及器件的重要參數(shù)值，如導(dǎo)通電阻、額定電壓、電流，并焊接其應(yīng)用電路，得到器件典型特性的實(shí)驗(yàn)波形，和學(xué)到的知識(shí)相印證，而且要求寫出完整的測(cè)試報(bào)告。

入門級(jí)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容還包括讓學(xué)生提前焊接控制電路的模塊，以便在后面的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不至于太手忙腳亂。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)按照由淺入深分為三個(gè)階段，在教師輔助下開環(huán)電源的制作，同樣要注意開環(huán)的浪涌分析與抑制。

由于時(shí)間和課時(shí)所限，設(shè)計(jì)了圍繞反激電源的系列制作，按照層次遞進(jìn)的關(guān)系其功能分別是：（1）直流變換（2）交-直流變換（3）單級(jí)變換器，最終要求詳細(xì)的變壓器設(shè)計(jì)過程，及加入過壓、過流保護(hù)電路。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜，因此要在實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作上多下工夫，學(xué)生給出的設(shè)計(jì)方案要經(jīng)過充分論證、講評(píng)后才開始實(shí)驗(yàn)階段。

四、課外興趣小組

課外興趣及項(xiàng)目小組最基礎(chǔ)的作用是組織學(xué)有余力的學(xué)生，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

這部分可以借鑒國外課程設(shè)計(jì)部分的組織，在兩個(gè)學(xué)期的理論實(shí)驗(yàn)課后，第三個(gè)學(xué)期是專門的課程設(shè)計(jì)部分。

興趣小組主要由大三、大四學(xué)生組成，依據(jù)學(xué)生的動(dòng)手能力、勤奮程度和主觀意愿。以學(xué)生為主導(dǎo)，老師為指導(dǎo)。選擇表現(xiàn)突出的學(xué)生作為組長(zhǎng)，對(duì)老師直接負(fù)責(zé)。學(xué)生按其能力和專長(zhǎng)形成三個(gè)梯隊(duì)，大二新進(jìn)來負(fù)責(zé)找元件、焊接，大三負(fù)責(zé)調(diào)試、測(cè)試、修理，大四負(fù)責(zé)畫PCB板、設(shè)計(jì)。每組由3～4位同學(xué)組成，按照每組的整體水平，題目設(shè)置也會(huì)由淺入深。

基于不同的特征，興趣小組的課題是電源高級(jí)制作，如數(shù)字控制下電源制作，注意數(shù)字控制及干擾，教師課題研究相關(guān)的硬件制作，也可以作為小組的題目。

課題完成后會(huì)舉辦討論、講座、專題報(bào)告進(jìn)行內(nèi)部交流。

五、總結(jié)

借鑒國外經(jīng)驗(yàn)可以從方方面面提升電力電子技術(shù)的教學(xué)，課程可以延伸至畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)過興趣小組兩年的鍛煉，個(gè)別學(xué)生硬件水平可以提前達(dá)到碩士畢業(yè)的要求。為了取得最佳教學(xué)效果以及項(xiàng)目進(jìn)度的需要，需要配備開放的實(shí)驗(yàn)室以及給學(xué)生適當(dāng)?shù)男匠?、?jiǎng)金會(huì)給他們更多的動(dòng)力，讓項(xiàng)目得以更好完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉晉，牛印鎖，文俊，國內(nèi)外“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)研究[J]，中國電力教育，2012.

[2]鄭君里，于歆杰，美國MIT EECS系本科生課程設(shè)置簡(jiǎn)介[J]，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006.

[3]關(guān)曉菡，張衛(wèi)平，張東彥，國內(nèi)外高校電力電子技術(shù)教育現(xiàn)狀綜述[J]，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006.

[4]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)第五版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.