電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用研究

楊秀敏,王　森,趙陽(yáng)陽(yáng)

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

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電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用研究

楊秀敏,王森,趙陽(yáng)陽(yáng)

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

摘要：通過(guò)總結(jié)已有的精品課程建設(shè)資源的經(jīng)驗(yàn)，提出了基于“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)理念建設(shè)電力電子技術(shù)課程資源庫(kù)的方法。通過(guò)充分利用多媒體技術(shù)手段，力圖突破傳統(tǒng)信息表達(dá)方式，將教學(xué)內(nèi)容直觀形象、生動(dòng)有趣地呈現(xiàn)給學(xué)生。所建設(shè)的課程資源庫(kù)分成文本類(lèi)、圖形類(lèi)、視頻類(lèi)和動(dòng)畫(huà)類(lèi)四大類(lèi)教學(xué)資源，為今后電力電子技術(shù)精品課的建設(shè)和創(chuàng)新優(yōu)秀課程教學(xué)方法提供了新的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)課程；教學(xué)資源庫(kù)；理論與實(shí)踐一體化；新理念

電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，這一技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電力、交通、家電、新能源等各個(gè)領(lǐng)域。沈陽(yáng)工程學(xué)院的發(fā)電本、繼電本、供電本、電子本、測(cè)控本和新能本等專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)了電力電子技術(shù)課程；電自專(zhuān)、電子專(zhuān)、發(fā)電專(zhuān)、光電專(zhuān)、輸電專(zhuān)和集控專(zhuān)等專(zhuān)業(yè)也開(kāi)設(shè)了該課程。在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，我們提出了“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)模式。通過(guò)多年努力，取得了一定成果。目前，電力電子技術(shù)課程被評(píng)為沈陽(yáng)工程學(xué)院“十一五”期間首批院級(jí)精品課及遼寧省普通高等學(xué)校高職高專(zhuān)精品課程。

課程是實(shí)施人才培養(yǎng)的載體，課程資源庫(kù)建設(shè)的核心是教學(xué)資源建設(shè)。充分利用多媒體技術(shù)，突破傳統(tǒng)信息表達(dá)方式，呈現(xiàn)直觀形象、生動(dòng)有趣的教學(xué)內(nèi)容，是電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)的主要目標(biāo)。經(jīng)過(guò)一年的努力，在原有精品課程建設(shè)的基礎(chǔ)上，已建設(shè)了文本類(lèi)、圖形類(lèi)、視頻類(lèi)和動(dòng)畫(huà)類(lèi)四類(lèi)教學(xué)資源，為精品課的繼續(xù)建設(shè)及教學(xué)理念的不斷創(chuàng)新提供了平臺(tái)；為優(yōu)化工科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課多媒體教學(xué)手段提供了成功范例；為進(jìn)一步提高電力電子技術(shù)課程的教學(xué)水平奠定了基礎(chǔ)。

一、課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)原則

為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，體現(xiàn)“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)模式，在電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)中，應(yīng)突出互動(dòng)性、啟發(fā)性、工程性與實(shí)踐性的設(shè)計(jì)原則。

1.互動(dòng)性

在資源庫(kù)題材的準(zhǔn)備上，應(yīng)體現(xiàn)交互式的特點(diǎn)，通過(guò)教師的引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生思考。為此，用 Flash 制作了波形演示動(dòng)畫(huà)。演示時(shí)，控制角可任意選擇，各波形可連續(xù)畫(huà)出，也可點(diǎn)動(dòng)畫(huà)出，解決了一些典型電路由于涉及眾多電壓、電流波形而分析難的問(wèn)題。另外，從表現(xiàn)器件的特性、電路特點(diǎn)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)出發(fā)，制作了電力電子裝置視頻，希望引起課上的討論以及提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.啟發(fā)性

在資源庫(kù)的建設(shè)中，要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)帶有啟發(fā)性、研究性的教學(xué)資源。將MatLab仿真軟件引入到教學(xué)素材當(dāng)中，從而使枯燥的電路變得生動(dòng)有趣，使復(fù)雜的波形分析變得形象直觀，而且也可以使實(shí)際中復(fù)雜的電路變換通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而使難懂抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得簡(jiǎn)單明了。這些不僅可以幫助學(xué)生理解課上的難點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解和掌握，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。同時(shí)，也有助于教師不斷調(diào)整、更新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段。

3.工程性

電力電子技術(shù)課程作為一門(mén)工程性比較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)資源的選擇上、素材的制作上都要體現(xiàn)工程的特點(diǎn)，盡量取材于工程實(shí)際。為此，在圖形資源建設(shè)中，利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件采集了三相可控整流電路在不同控制角和不同負(fù)載時(shí)的輸出電壓和管壓降的實(shí)際波形，拍攝了有關(guān)電力電子裝置和設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)圖片。在視頻資源中，制作了風(fēng)力發(fā)電中的電力電子技術(shù)、高壓直流輸電中的電力電子技術(shù)、電力電子技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用和柔性交流輸電中的電力電子技術(shù)四個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例視頻。

4.實(shí)踐性

由于電力電子技術(shù)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，在資源庫(kù)的建設(shè)中，應(yīng)盡量提供實(shí)踐性的設(shè)計(jì)資源，提供從原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真分析到電路功能測(cè)試等具體實(shí)例。設(shè)計(jì)的仿真元件、仿真電路、虛擬儀表等盡量與實(shí)物接近，使用方法也基本相同。盡量體現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，做到軟硬結(jié)合。例如，采用MatLab素材時(shí)，力求提供一個(gè)人機(jī)交互的教學(xué)環(huán)境，利用該軟件強(qiáng)大的計(jì)算仿真功能和方便易用的圖形繪制能力，將電力電子器件或電路以可視化形式展現(xiàn)出來(lái)，充分利用其信號(hào)處理工具箱，方便地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，以解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的理論與實(shí)踐脫節(jié)的矛盾。這些將是電力電子技術(shù)資源庫(kù)建設(shè)的目標(biāo)和努力方向。

二、教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)內(nèi)容及實(shí)施方法

圖1給出了電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)內(nèi)容結(jié)構(gòu)框圖，整個(gè)電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)分為文本類(lèi)、圖形類(lèi)、視頻類(lèi)和動(dòng)畫(huà)類(lèi)四類(lèi)資源，下面對(duì)每類(lèi)資源建設(shè)內(nèi)容及實(shí)施方法分別進(jìn)行介紹。

圖1　“電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)” 結(jié)構(gòu)

1.文本類(lèi)資源

文本資源包括教學(xué)大綱、電子教案、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、試題庫(kù)和試卷庫(kù)、常見(jiàn)問(wèn)題解答、文獻(xiàn)資料六部分內(nèi)容。

教學(xué)大綱是教學(xué)指導(dǎo)性文件，是編寫(xiě)教科書(shū)和教師進(jìn)行教學(xué)的主要依據(jù)，也是檢查和評(píng)定學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)和衡量教師教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。為此，針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)不同學(xué)時(shí)給出了6份教學(xué)大綱。

電子教案是與教材配套的。教師在課堂教學(xué)中使用的1套自制完整教案，可用于學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，避免了學(xué)生在課堂上忙于記筆記而無(wú)法集中精力聽(tīng)課的弊端。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)是與實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套的含有實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器、實(shí)驗(yàn)電路組成及實(shí)驗(yàn)操作等內(nèi)容的指導(dǎo)性文件，用于學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，做到在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作時(shí)心中有數(shù)，避免盲目操作引起的錯(cuò)誤甚至是故障。

編制了含有填空題、判斷題、選擇題(有單選和多選)、簡(jiǎn)答題、分析題、計(jì)算題和綜合題7種題型的共計(jì)285道題的試題庫(kù)；整理了5套4個(gè)專(zhuān)業(yè)不同老師使用過(guò)的試卷。

給出了22個(gè)電力電子技術(shù)實(shí)際使用中常見(jiàn)問(wèn)題及解答。整理了18篇有關(guān)電力電子技術(shù)應(yīng)用方面的文獻(xiàn)資料。

2.圖形類(lèi)資源

圖形類(lèi)資源包括實(shí)驗(yàn)波形、MatLab仿真結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)圖片三部分內(nèi)容。

波形分析是電力電子變換電路的主要分析方法，而電力電子技術(shù)又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，例如，我們利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件采集了14幅示波器所測(cè)三相可控整流電路在不同控制角和不同負(fù)載時(shí)的輸出電壓及管壓降的波形(見(jiàn)圖2)，為制作電力電子變換電路一章的“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)多媒體課件創(chuàng)造了條件。

由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件所限，有些波形通過(guò)示波器無(wú)法測(cè)得，如電流波形、超過(guò)兩路以上的電壓波形、復(fù)雜電路(考慮變壓器漏感等)的工作波形等等。而虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，解決了上述現(xiàn)實(shí)中無(wú)法解決的問(wèn)題，所以仿真技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，就得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用。為了充分利用這一技術(shù)以制作體現(xiàn)“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)模式的多媒體課件，我們收集整理了50幅有關(guān)電力電子變換電路的MatLab仿真結(jié)果，圖3為考慮變壓器漏感的三相半波可控整流電路阻感負(fù)載，控制角為30°時(shí)仿真波形。

圖2　三相半波可控整流電路阻感負(fù)載，

圖3　考慮變壓器漏感的三相半波可控整流電路

如何將電力電子技術(shù)的應(yīng)用(如電力電子裝置)有機(jī)地融入到教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力，是我們一直在考慮的問(wèn)題。為此，我們拍攝了部分現(xiàn)場(chǎng)圖片(見(jiàn)圖4)，為制作體現(xiàn)“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)模式的多媒體課件提供了條件。

3.視頻類(lèi)資源

視頻類(lèi)資源包括課程介紹、應(yīng)用案例、授課錄像三部分內(nèi)容。

課程介紹視頻資料是申報(bào)省級(jí)精品課時(shí)由學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心錄制的，視頻從課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、教學(xué)隊(duì)伍、實(shí)踐條件、教學(xué)效果和課程特色7個(gè)方面較全面地介紹了電力電子技術(shù)課程多年來(lái)的建設(shè)情況。

應(yīng)用案例包括風(fēng)力發(fā)電中的電力電子技術(shù)、高壓直流輸電中的電力電子技術(shù)、電力電子技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用和柔性交流輸電中的電力電子技術(shù)4個(gè)視頻。這是我們花了大量時(shí)間完全自己設(shè)計(jì)、自己制作的視頻資料。希望通過(guò)這樣的應(yīng)用案例視頻，能夠讓學(xué)生更加直觀、更加清晰地了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，拓寬他們的知識(shí)面。

圖4　110kW太陽(yáng)能建筑光伏系統(tǒng)

授課錄像視頻共有兩個(gè)：一個(gè)是2008年申報(bào)省級(jí)精品課時(shí)由學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心錄制的可控整流電路；另一個(gè)是利用錄像軟件的電腦屏幕錄像功能自行錄制的三相半波相控整流電路。這兩個(gè)授課視頻的共同特點(diǎn)是：都采用了體現(xiàn)“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)模式的多媒體課件進(jìn)行授課，這是老師將電力電子技術(shù)教學(xué)資源庫(kù)應(yīng)用在教學(xué)中的案例，也是電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)進(jìn)一步深化和努力的方向。

4.動(dòng)畫(huà)類(lèi)資源

波形分析是電力電子技術(shù)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，怎樣在教學(xué)中讓電路的工作波形繪制得既規(guī)范又生動(dòng)形象，就目前看只有動(dòng)畫(huà)這一媒體素材才能完成這樣的功能。通過(guò)一年來(lái)對(duì)教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)與應(yīng)用研究，我們感到動(dòng)畫(huà)制作是個(gè)難點(diǎn)，目前只收集到了13個(gè)有關(guān)電路工作波形的動(dòng)畫(huà)素材。當(dāng)然，動(dòng)畫(huà)制作也將是電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)進(jìn)一步豐富完善的目標(biāo)。

三、教學(xué)資源庫(kù)主要特色與特點(diǎn)

電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)經(jīng)過(guò)一年多的建設(shè)，緊緊圍繞課程工程應(yīng)用性強(qiáng)、教學(xué)中波形分析難的特點(diǎn)展開(kāi)，從而形成了自己的特色，具體表現(xiàn)在：

(1)在資源庫(kù)建設(shè)中，以體現(xiàn)工作波形的有：實(shí)驗(yàn)波形、MatLab仿真結(jié)果圖形類(lèi)資源和工作波形動(dòng)畫(huà)類(lèi)資源；強(qiáng)化工程應(yīng)用的有：實(shí)驗(yàn)波形、MatLab仿真結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)圖片和應(yīng)用案例視頻。

(2)在教學(xué)資源應(yīng)用方面，有體現(xiàn)“理論與實(shí)踐一體化”教學(xué)模式的多媒體課件授課視頻。

在電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)用案例視頻完全是自行設(shè)計(jì)、自行制作完成的；開(kāi)發(fā)了一種新的授課視頻形式——電腦屏幕錄像功能方式。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)已被列入校級(jí)教育教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目管理，學(xué)校給予了高度重視和大力支持。該教學(xué)資源庫(kù)所完成的電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源建設(shè)，為教師制作多媒體課件提供了素材；為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和開(kāi)拓視野提供了條件；為進(jìn)一步提高電力電子技術(shù)課程的教學(xué)水平奠定了基礎(chǔ)；為精品課的繼續(xù)建設(shè)、為一門(mén)優(yōu)秀課程教學(xué)理念的不斷創(chuàng)新提供了平臺(tái)；為優(yōu)化工科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課多媒體教學(xué)手段提供了成功范例。 電力電子技術(shù)課程教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)，不但有利于目前我校的課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)，隨著教學(xué)資源庫(kù)的不斷完善和改進(jìn)，將為網(wǎng)絡(luò)課程庫(kù)建設(shè)打下基礎(chǔ)，為開(kāi)設(shè)電力電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課程奠定了條件，也為實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)課程網(wǎng)絡(luò)資源的共享創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]劉晉，牛印鎖，文 俊.國(guó)內(nèi)外“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)研究[J].中國(guó)電力教育，2012(6):64-65.

[3]蔣偉，莫岳平.“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)模式研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013(1):44-46.

[4]陳鴻雁，肖惠惠.基于資源共享的電子技術(shù)精品課程建設(shè)研究與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育,2013(31):64-65.

(責(zé)任編輯祁剛校對(duì)伯靈)

Construction and Application of Electric Power Electronic Technology Teaching Resource Database

YANG Xiu-min,WANG Sen,ZHAO Yang-yang

(College of Automatic Control,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,China)

Abstract：By summarizing the existing quality course construction resources,the paperproposes the method to construct power electronic technology curriculum resource database on the basis of“theory and practice integration” teaching idea.By making full use of multimedia technology,trying to break through the traditional mode of information expression,presenting the intuitive,vivid and interesting teaching content to the students.The curriculum resource databasecan be divided into four major categories of teaching resources,such as text,graphics,video and animation.It provides a new development platform for the further development and innovative teaching methods of the power electric electronic technology course quality course.

Key words：power electronic technology course;teaching resource database;theory and practice integration;new ideas

收稿日期：2015-11-06

作者簡(jiǎn)介：楊秀敏(1963-)，女，山東臨沂人，教授，主要從事電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)研究。

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ss).2016.02.020

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-9617(2016)02-0243-05