CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革的思考

孫筠

[摘 要]電力電子技術(shù)課程是一門(mén)理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系的課程，包括電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論，這是課程的三大支柱。筆者針對(duì)當(dāng)前我國(guó)高校電力電子課程教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，依托工程教育模式，提出電力電子技術(shù)課程CDIO教學(xué)模式，對(duì)電力電子技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革思考，以“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”為主線(xiàn)，貫穿理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”、“學(xué)中做”，最終成為應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)化人才。

[關(guān)鍵詞]電力電子技術(shù)；CDIO模式；教學(xué)改革

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）03-0077-02

電力電子技術(shù)課程是一門(mén)理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系的課程，包括電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論，這是課程的三大支柱。電力電子技術(shù)課程是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、電氣通信專(zhuān)業(yè)的核心技術(shù)課程，在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域有極其廣泛的應(yīng)用。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)課程，掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，具備極強(qiáng)的實(shí)際操作能力，熟悉構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程，并具有相應(yīng)的溝通協(xié)作能力和人際交往能力。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背景下，電力電子專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)態(tài)勢(shì)良好，主要從事各大機(jī)關(guān)單位配電、配電設(shè)備生產(chǎn)及銷(xiāo)售、建筑電氣、電路開(kāi)發(fā)工程師、PLC及控制、中國(guó)石化及相關(guān)企業(yè)、地鐵公司等領(lǐng)域的技術(shù)工作。因此，如何教好電力電子技術(shù)課程，讓學(xué)生有所學(xué)、有所用，成為大學(xué)生人才培養(yǎng)的重點(diǎn)問(wèn)題。

CDIO模式是一種在全球各國(guó)廣泛推行的工程教育模式，以產(chǎn)品或項(xiàng)目“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”為載體，為大學(xué)生創(chuàng)建企業(yè)模擬環(huán)境，幫助大學(xué)生掌握課程理論知識(shí)，培養(yǎng)大學(xué)生產(chǎn)品過(guò)程能力。CDIO模式以產(chǎn)品、項(xiàng)目的全生命周期為系統(tǒng)教育背景，制訂CDIO課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和體系，讓學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，在理論中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，通過(guò)CDIO模式提高工程能力。

因此，如何結(jié)合我國(guó)高校教育改革與創(chuàng)新趨勢(shì)，把握高校電力電子技術(shù)課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，融合CDIO模式理念，構(gòu)建電力電子技術(shù)課程體系和培養(yǎng)方案，探索CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)方法成為廣大教師需要思考的問(wèn)題。電力電子課程是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、電氣通信專(zhuān)業(yè)的核心技術(shù)課程，符合CDIO模式教學(xué)支撐的課程特點(diǎn)，對(duì)電力電子技術(shù)課程展開(kāi)CDIO模式課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索，能為電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革提供支撐和助推作用。

一、CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革

CDIO模式理念涵括了產(chǎn)品、項(xiàng)目全生命周期，注重理論和實(shí)踐的聯(lián)系，體現(xiàn)了“基于項(xiàng)目的教學(xué)”理念，和電力電子技術(shù)課程相結(jié)合，整合課程傳統(tǒng)教學(xué)模式，形成電力電子技術(shù)課程CDIO教學(xué)模式。本文以“CDIO模式”為主線(xiàn)，構(gòu)建貫穿電力電子技術(shù)課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型教學(xué)模式，并對(duì)此進(jìn)行有益嘗試。

（一）基于CDIO模式的電力電子技術(shù)課堂教學(xué)

1.教學(xué)課程規(guī)劃

在電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)中，為了更好地開(kāi)展理論教學(xué)，筆者建議有計(jì)劃地將實(shí)踐教學(xué)融入課堂教學(xué)全過(guò)程。在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)中，教師向?qū)W生講解理論基礎(chǔ)知識(shí)，提出重難點(diǎn)，拋出問(wèn)題，讓學(xué)生進(jìn)行仿真分析和總結(jié)。學(xué)生按照小組劃分組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，對(duì)課堂理論知識(shí)進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，從總體設(shè)計(jì)理論知識(shí)和項(xiàng)目任務(wù)，深入理解項(xiàng)目目標(biāo)，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。教師針對(duì)學(xué)生存在的學(xué)習(xí)問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)，動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)情況，及時(shí)糾正學(xué)生理解中的錯(cuò)誤。同時(shí)，教師還應(yīng)全面開(kāi)放電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)放電力電子技術(shù)項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)，為學(xué)生項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)。

筆者以“三相橋式全控整流電路”為例，為學(xué)生設(shè)計(jì)全控橋整流項(xiàng)目任務(wù)，結(jié)合三相交流變壓、晶閘管工作特性、阻感式電路、純阻性電路、觸發(fā)電路等內(nèi)容進(jìn)行電力電子技術(shù)課程教學(xué)規(guī)劃。

2.課堂教學(xué)方法

教師引導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)資料，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行工作分解，以“自上而下”為項(xiàng)目設(shè)計(jì)導(dǎo)向，構(gòu)思項(xiàng)目整體概念，從整體到局部，從宏觀(guān)到微觀(guān)，整合涉及的所有課程基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合“三項(xiàng)全控橋”設(shè)計(jì)、“觸發(fā)電路”設(shè)計(jì)的工作結(jié)構(gòu)和原理，構(gòu)建模型，分析模型，計(jì)算參數(shù)，評(píng)估設(shè)計(jì)，模擬故障等，讓學(xué)生實(shí)踐“原理思考-分解任務(wù)-小組探討-模型構(gòu)建-課程講解”，在教師的啟發(fā)下主動(dòng)學(xué)習(xí)，帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)知識(shí)，帶著目的和方向?qū)W習(xí)，繪制出電路原理圖和集成出發(fā)電路圖，能收獲較好的課堂教學(xué)效果。

在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)中，教師要將課堂教學(xué)和模型仿真并行，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)“學(xué)習(xí)-構(gòu)思-設(shè)計(jì)-仿真”的一體化電力電子技術(shù)課堂教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計(jì)思維和能力。

（二）基于CDIO模式的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

電力電子技術(shù)課程在理論知識(shí)課堂講解結(jié)束后，需要結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)理論知識(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，提高學(xué)生問(wèn)題解決能力，讓學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行中鞏固理論知識(shí)，操練電路設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。

筆者以“反激變換器”為例，在給學(xué)生講解介紹了反激變換器設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)施步驟后，要求學(xué)生應(yīng)用“電流型脈寬調(diào)制器芯片（UC3842）”設(shè)計(jì)反激變換器，在設(shè)計(jì)中正弘交流輸入是給定的110V/50Hz，經(jīng)過(guò)降壓、整流后，輸出功率實(shí)際為Pout=60W，開(kāi)關(guān)頻率為fs=64kHz，輸出電壓為Vo=15V，要求學(xué)生結(jié)合電路設(shè)計(jì)中的各元件參數(shù)，確定各參數(shù)的選取原則與計(jì)算公式，設(shè)計(jì)仿真方案，制作版圖和電路板調(diào)試電路，撰寫(xiě)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析報(bào)告。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在電力電子技術(shù)課程內(nèi)容教學(xué)結(jié)束后，教師應(yīng)梳理電力電子技術(shù)發(fā)展前沿，緊隨時(shí)代步伐，更新課程教學(xué)內(nèi)容，制訂創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生結(jié)合時(shí)代要求調(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，遵循“理論學(xué)習(xí)-實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-仿真驗(yàn)證-實(shí)驗(yàn)”的流程，按照“基礎(chǔ)-實(shí)踐-綜合-創(chuàng)新”的教學(xué)主線(xiàn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)電力電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)。

“反激變換器”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變換器電路設(shè)計(jì)包括主電路參數(shù)設(shè)計(jì)、控制電路參數(shù)設(shè)計(jì)。第一，主電路參數(shù)設(shè)計(jì)包括整流橋、變壓器、濾波器、開(kāi)關(guān)管等參數(shù)的選取，鉗位電路、啟動(dòng)電路、供電電路等設(shè)計(jì)。其中，電感和變壓器等磁性元件設(shè)計(jì)是反激變換器設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的難點(diǎn)。在可變的電磁變換環(huán)境下，高頻變壓器工作發(fā)揮著變壓器和電感雙重作用，變換器性能受原副邊匝數(shù)比、線(xiàn)圈電感、磁芯參數(shù)等參數(shù)關(guān)鍵影響，學(xué)生需要計(jì)算這些參數(shù)，然后結(jié)合計(jì)算結(jié)果繞制變壓器。第二，控制電路參數(shù)設(shè)計(jì)包括振蕩電路參數(shù)設(shè)計(jì)、光耦隔離部分參數(shù)設(shè)計(jì)、反饋采樣電阻設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，學(xué)生有機(jī)結(jié)合自動(dòng)控制理論和電力電子技術(shù)，深入理解PID控制理論，這樣可培養(yǎng)學(xué)生電力電子技術(shù)知識(shí)運(yùn)用能力和問(wèn)題解決能力。

二、CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)考核評(píng)價(jià)

CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)考核評(píng)價(jià)包括過(guò)程考核和結(jié)果考核。

電力電子技術(shù)課程過(guò)程考核應(yīng)構(gòu)建“自評(píng)+互評(píng)+師評(píng)”的評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，自評(píng)指標(biāo)需要學(xué)生在正確認(rèn)識(shí)自我基礎(chǔ)上，對(duì)自己學(xué)習(xí)態(tài)度、操作能力、創(chuàng)新能力進(jìn)行客觀(guān)評(píng)價(jià)；互評(píng)指標(biāo)是在項(xiàng)目小組分工下，由小組成員對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、操作能力、團(tuán)隊(duì)參與、項(xiàng)目報(bào)告等能力進(jìn)行客觀(guān)評(píng)價(jià)；師評(píng)是教師結(jié)合學(xué)生在學(xué)期內(nèi)的課堂和實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、操作能力、團(tuán)隊(duì)參與、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，全面提高學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

電力電子技術(shù)課程結(jié)果考核是試卷考核，教師為學(xué)生創(chuàng)新課程試卷，設(shè)計(jì)“理論知識(shí)+實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的新型試卷，以“理論+實(shí)驗(yàn)”的試卷模式取代“理論+計(jì)算”的試卷模式，全面考核學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

教師應(yīng)該結(jié)合學(xué)校專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案，在過(guò)程考核和結(jié)果考核之間設(shè)定科學(xué)權(quán)重，制訂課程教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)，以計(jì)算最終課程成績(jī)。

三、結(jié)論

本文提出CDIO模式下的電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革模式和實(shí)施“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”的流程，幫助學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)實(shí)施實(shí)驗(yàn)，掌握電力電子技術(shù)課程知識(shí)，掌握課程實(shí)驗(yàn)操作方法，使課程理論和實(shí)踐融會(huì)貫通。筆者在電力電子技術(shù)課程內(nèi)容和就業(yè)去向分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合CDIO模式理念，指明電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革趨勢(shì)，提出“基于項(xiàng)目教學(xué)”的電力電子技術(shù)課程CDIO教學(xué)模式。本文從教學(xué)課程規(guī)劃和課堂教學(xué)方法，論述了基于CDIO模式的電力電子技術(shù)課堂教學(xué)改革，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，論述了基于CDIO模式的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。最后，筆者給出CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)考核的新辦法，包括“自評(píng)+互評(píng)+師評(píng)”的電力電子技術(shù)課程過(guò)程考核和“理論知識(shí)+實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的電力電子技術(shù)課程結(jié)果考核，形成“CDIO”模式下電力電子技術(shù)課程新型教學(xué)模式，培養(yǎng)應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)化人才。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 胡靜波. “電力電子技術(shù)”課程的CDIO教學(xué)改革[J].高教學(xué)刊，2015（6）：34-35.

[2] 夏晨陽(yáng)，夏帥，伍小杰，周娟.基于學(xué)校特色及專(zhuān)業(yè)應(yīng)用導(dǎo)向的“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革研究[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2014（S1）：14-18.

[3] 王建岡.電力電子技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)改革探討[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2009（6）：139-141.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]