以實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的電力電子技術(shù)教學(xué)模式探索

邾玢鑫　王輝　楊楠　李振華

【摘要】近年來(lái)隨著各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娏﹄娮幼儞Q器的需求不斷增長(zhǎng)，各種新型變流技術(shù)和寬禁帶半導(dǎo)體器件得到了快速發(fā)展。電力電子技術(shù)的本專業(yè)中的地位也不斷提高，但該學(xué)科的教學(xué)模式多數(shù)仍停留在本世紀(jì)初，一方面教材內(nèi)容落后，仍以半控型器件為主，有關(guān)新型碳化硅或氮化鎵的內(nèi)容幾乎沒有；另一方面教學(xué)模式以課堂教學(xué)及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生在其中幾乎沒有自我自考和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，與本學(xué)科工程背景強(qiáng)的特性不相符合。顯然目前的教學(xué)內(nèi)容及模式已經(jīng)難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)和培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)本課程教學(xué)中存在的這些問(wèn)題，本文將結(jié)合課程作業(yè)的引入，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等方面，探索以創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)的新型課程教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】電力電子；創(chuàng)新意識(shí)；實(shí)踐能力

【基金項(xiàng)目】教育部研究生課程建設(shè)試點(diǎn)單位教研教改項(xiàng)目（SDYJ201608/SDYJ201728）；教育部研究生課程建設(shè)試點(diǎn)單位課程建設(shè)項(xiàng)目（SDYK201628/SDYK201627）；三峽大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（J2017009）。

【中圖分類號(hào)】TM1-4；G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）06-0049-02

新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車等新興工業(yè)領(lǐng)域在能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出的背景下得到了快速發(fā)展。不論是光伏、風(fēng)力等新能源發(fā)電系統(tǒng)還是電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于電能形式的不統(tǒng)一均無(wú)法直接與電網(wǎng)相連，電力電子技術(shù)則是連接上述單元與電網(wǎng)之間的關(guān)鍵紐帶。在這些工業(yè)應(yīng)用中得到了大量的應(yīng)用，這些行業(yè)的發(fā)展也促使了工業(yè)界對(duì)電力電子技術(shù)專業(yè)人員的需求。電力電子與電力傳動(dòng)這一二級(jí)學(xué)科在電氣工程中的地位也隨之不斷提高?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”是電氣工程學(xué)科中的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，從課程位置來(lái)看，其位于電路和電子技術(shù)之后，位于高壓直流輸電技術(shù)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)等課程之前，起著承上啟下的關(guān)鍵作用。從課程內(nèi)容來(lái)看，它的核心是變流技術(shù)，即電能變換技術(shù)，是一門工程應(yīng)用背景非常強(qiáng)的課程，要求學(xué)生對(duì)電力電子器件有較清晰的認(rèn)識(shí)，掌握基本的變流技術(shù)，具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，可以將所學(xué)知識(shí)與工程實(shí)際相聯(lián)系，達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)。

近年來(lái)受新能源和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的影響，電力電子技術(shù)中不論是新器件還是新的拓?fù)浠蚩刂品椒ň玫搅舜罅垦芯亢桶l(fā)展，如在寬禁帶器件中15kV的碳化硅MOSFET已經(jīng)被研發(fā)成功。應(yīng)用于高電壓大功率場(chǎng)合中的各種模塊化、多電平變換器拓?fù)潆娐泛涂刂品椒ㄒ脖淮罅刻岢?。然而與本學(xué)科發(fā)展難以適應(yīng)的是所涉及課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。總的來(lái)看可以總結(jié)為兩點(diǎn)：第一教學(xué)內(nèi)容，目前多數(shù)教材均停留在以晶閘管為主的相控電路上，與工業(yè)實(shí)際應(yīng)用不符；第二教學(xué)模式上與傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論課相類似，以課堂講授為主，在輔以部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，該模式下學(xué)生幾乎沒有自己思考和發(fā)揮的空間，也難以將理論與工程實(shí)際相聯(lián)系，所培養(yǎng)的學(xué)生與預(yù)期的培養(yǎng)和教學(xué)目標(biāo)相差較遠(yuǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，如何更新教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)模式、提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力的研究與探索也成為本專業(yè)教學(xué)人員的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1-3]。

一、內(nèi)容更新及課程作業(yè)引入

從目前電力電子變換器在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用可以總結(jié)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有：（1）開關(guān)器件的使用由半控型晶閘管向各種全控型器件轉(zhuǎn)變，且全控型器件由于各種模塊化多電平技術(shù)的發(fā)展也逐步向高電壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)合邁進(jìn)，如各種柔性交直流輸電技術(shù)；（2）從單一變換器到電力電子系統(tǒng)化的轉(zhuǎn)變，隨著變流技術(shù)的進(jìn)步，變換器的使用也呈現(xiàn)多樣化和系統(tǒng)化的特點(diǎn)；（3）各類寬禁帶半導(dǎo)體開關(guān)器件的出現(xiàn)，使得變換器開關(guān)頻率的進(jìn)一步提升有了可能，高頻化也是開關(guān)電源發(fā)展的一大趨勢(shì)?？偟膩?lái)說(shuō)，電力電子技術(shù)正朝著系統(tǒng)化、高頻化、高功率密度及效率、智能化等方向發(fā)展。一方面各種新型工業(yè)應(yīng)用對(duì)電力電子技術(shù)的需求促進(jìn)了本學(xué)科的發(fā)展，另一方面先進(jìn)的電力電子技術(shù)也在更多應(yīng)用場(chǎng)合中得到了應(yīng)用，這些變化都是有效的拓展了電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍，并給本學(xué)科的發(fā)展提供了動(dòng)力和基礎(chǔ)。

通過(guò)上述分析可知，電力電子技術(shù)是直接面向工程應(yīng)用的一門課程，這就要求課堂的教學(xué)內(nèi)容要與時(shí)俱進(jìn)，在教學(xué)過(guò)程中注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。針對(duì)目前教學(xué)內(nèi)容較陳舊的問(wèn)題，本課程組提出了圖1所示的課程內(nèi)容更新方法及步驟，首先通過(guò)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的更新，讓學(xué)生所學(xué)與工程實(shí)際所需相聯(lián)系；其次通過(guò)課程作業(yè)的引入，增加學(xué)生自主思考的機(jī)會(huì)，并可以將課堂所學(xué)理論知識(shí)在工程實(shí)際案例進(jìn)行重溫和再加工。最后通過(guò)引入學(xué)生反饋和課程組交流活動(dòng)進(jìn)一步促進(jìn)課程內(nèi)容的更新，有效的溝通也可以保證課程內(nèi)容更新的正確性和有效性。

在課程作業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容上，遵循學(xué)生自主、老師引導(dǎo)的原理，采用開放式課程作業(yè)命題。具體設(shè)計(jì)對(duì)象應(yīng)以工程實(shí)際應(yīng)用為背景，同時(shí)考核設(shè)計(jì)的內(nèi)容以電力電子變流技術(shù)為核心，以電路及電子技術(shù)理論為基礎(chǔ)，做到內(nèi)容與工程聯(lián)系、理論與實(shí)踐聯(lián)系、考核與指導(dǎo)并重。

二、“教-學(xué)-思-動(dòng)”教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)模式下以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)接受，因而不利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)及主動(dòng)思考。本課題組在原有課程教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合課程作業(yè)提出“教-學(xué)-思-動(dòng)”的教學(xué)模式，該模式下要求老師在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，引導(dǎo)學(xué)生思考理論知識(shí)與實(shí)際工程問(wèn)題的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生從工程實(shí)際或日常生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提煉科學(xué)問(wèn)題的能力。要求學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考，以團(tuán)隊(duì)的形式完成綜合作業(yè)題目的提煉、解決方案的制定以及仿真驗(yàn)證系統(tǒng)、半實(shí)物或?qū)嵨矧?yàn)證系統(tǒng)的制作。實(shí)現(xiàn)由教師主導(dǎo)向指導(dǎo)、學(xué)生答題到命題的轉(zhuǎn)變。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)，為了更好地反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)本課程要求之間的呼應(yīng)關(guān)系，在課程作業(yè)評(píng)價(jià)中還擬引入相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)和考核方式。

為了更好的連接理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程作業(yè)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“教-學(xué)-思-動(dòng)”教學(xué)模式下的基于創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力培養(yǎng)的電力電子技術(shù)及其課程作業(yè)教學(xué)體系，理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)及課程作業(yè)內(nèi)容將改變以往相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)形式，同時(shí)為進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，按照遞進(jìn)式教學(xué)原則，組織設(shè)計(jì)4個(gè)模塊的教學(xué)及考核內(nèi)容，如圖2所示，分別是基礎(chǔ)理論教學(xué)、驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合作業(yè)以及創(chuàng)新實(shí)踐。

首先通過(guò)基礎(chǔ)理論教學(xué)讓學(xué)生具備分析、設(shè)計(jì)基本電力電子變換器的基本知識(shí)和方法。同時(shí)注重引導(dǎo)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際。其次通過(guò)課程中驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生將理論學(xué)習(xí)中的電氣符號(hào)和實(shí)際元器件相聯(lián)系，熟悉基本元器件的特性，學(xué)會(huì)基本電源及測(cè)試設(shè)備的使用，掌握電力電子變換器實(shí)驗(yàn)的基本步驟和注意事項(xiàng)。為課程作業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。通過(guò)課程作業(yè)對(duì)所（下轉(zhuǎn)45頁(yè)）（上接49頁(yè)）學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行發(fā)散性、創(chuàng)新性的運(yùn)用，一方面通過(guò)開放式課程作業(yè)命題可以提高學(xué)生主動(dòng)思考的機(jī)會(huì)，另一方面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也可以突破書本和課程內(nèi)容的限制，這種模式下可以充分開闊學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)其實(shí)踐能力。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述“教-學(xué)-思-動(dòng)”教學(xué)模式的引入是由教師主導(dǎo)向?qū)W生為中心教學(xué)思路的轉(zhuǎn)變，打破了課程理論教學(xué)與課程作業(yè)之間聯(lián)系不暢的壁壘，可以有效提高學(xué)生主動(dòng)自考幾率，增強(qiáng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，不僅能提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，也可以促進(jìn)教師和學(xué)生的交流，擴(kuò)展視野，從而提高整體教學(xué)及科研質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李興寧，劉永勝.電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)創(chuàng)新模式探索[J].泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，9（3）：11-13.

[2]李存金.大學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的實(shí)踐途徑與機(jī)制[J].創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育，2013，4（1）：1-5.

[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)，2013，35（1）：44-46.

作者簡(jiǎn)介：邾玢鑫（1986-），男，博士，副教授，從事新能源電力變換技術(shù)、高效率DC/DC變換器拓?fù)浼翱刂频妊芯抗ぷ鳌?