應用型技術(shù)本科電力電子技術(shù)教學改革探索與實踐

賈渭娟　羅平　沈國杰　薛靜楠

摘 要：為了適應應用型技術(shù)本科的培養(yǎng)目標，我校從實際情況出發(fā)，對電力電子技術(shù)從理論和實踐兩方面進行了教學改革。經(jīng)試驗得出，提高了學生學習的積極性，改善了教學質(zhì)量，尤其是在提高學生實踐能力方面取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：應用型技術(shù)本科 教學改革 教學質(zhì)量

引言

應用型技術(shù)本科強調(diào)專業(yè)知識的實用性和實踐性。與研究型高校不同，其旨在培養(yǎng)具有素質(zhì)高、能力強、知識面寬和基礎(chǔ)扎實的高級應用型人才。重慶大學城市科技學院（以下簡稱我校）是教育部“中國應用科技大學改革試點戰(zhàn)略研究”項目37所參研高校之一和重慶市首批轉(zhuǎn)型發(fā)展聯(lián)盟6所高校成員之一。[1]

電力電子技術(shù)是采用電力電子器件對電力進行變換和控制的技術(shù)。該技術(shù)廣泛應用于一般工業(yè)、交通運輸、電力系統(tǒng)、家用電器、新能源技術(shù)以及節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域。電力電子技術(shù)課程是高校電氣工程及自動化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課。而我校的電氣工程及其自動化專業(yè)是2015年重慶市本科高校“三特行動計劃”特色專業(yè)。[2]

針對新時代科學技術(shù)發(fā)展的特征，傳統(tǒng)電力電子技術(shù)課程的教學模式已經(jīng)不適用于應用型技術(shù)本科學生的人才培養(yǎng)要求。因此，我校根據(jù)應用型本科教育培養(yǎng)目標，結(jié)合實際教學情況進行教學改革探索和實踐，以提高學生的學習興趣和動手能力。

一、課程現(xiàn)狀

目前，應用型技術(shù)本科高校電力電子技術(shù)課程傳統(tǒng)教學，主要存在以下幾方面問題：

（1）教學內(nèi)容雖然分為電力電子器件、AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC五部分。但是重點仍然是以晶閘管為核心的電路。這與現(xiàn)在電力市場發(fā)展嚴重脫節(jié)。

（2）教學方法仍然是以理論教學為主，以往實踐教學只是作為教學過程中的一個附屬環(huán)節(jié)，沒有被引起足夠的重視。這樣學生無法真正通過實驗學習來掌握工程技能和方法，偏離了實驗課程開設的最主要目標。

（3）教學手段仍然是傳統(tǒng)的課堂啟發(fā)式教學。課堂以教師為主，學生被迫接受知識。這樣學生容易出現(xiàn)厭學的情緒，學習效率不高。

（4）課程考核仍然采取期末成績60%，平時成績30%和實驗成績10%的方式。其弊端是即使學生最終成績分數(shù)很高，但其動手能力不一定強。

二、教學改革措施

針對以上存在的一些教學問題，探索適用于應用型技術(shù)本科高校學生的教學內(nèi)容和教學手段，以提高學生學習自主性和積極性，獲得良好教學效果，具體的教學改革措施如下。

1.優(yōu)化教學內(nèi)容

目前，電力電子裝置如變頻器、靜止無功補償裝置、新能源發(fā)電逆變器、開關(guān)電源等在不同領(lǐng)域得到廣泛應用和關(guān)注。而PWM控制技術(shù)在變頻調(diào)速技術(shù)中已成為核心控制手段。在這些裝置中基本是以全控型器件MOSFET、IGBT為核心構(gòu)成的，而半控型器件——晶體管組成的應用電路逐步減少。并且新時代電力電子技術(shù)正朝著輕量化、小型化及智能化的方向發(fā)展。這就要求我們在開展電力電子技術(shù)課程時需要優(yōu)化教學內(nèi)容。

具體將教學內(nèi)容調(diào)整為電力電子器件、AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC和電力電子技術(shù)的應用等六部分，但是要壓縮晶閘管整流電路、直流-直流變流電路、交流-交流變流電路和逆變電路有關(guān)的教學課時，除典型電路及實際應用較多的電路精講外，其余作為學生自主學習內(nèi)容。增加全控型器件為核心的逆變電路的課時；加大PWM控制技術(shù)的教學課時。通過這種優(yōu)化使電力電子技術(shù)教學內(nèi)容既實用又豐富。[3]

2.豐富教學模式

（1）情景教學，因材施教

以我校15級電氣工程及其自動化學生來說，高考成績普遍在480分左右。這說明他們的基礎(chǔ)知識相對薄弱，高中所學知識難以支撐大學階段的學習，并且不擅長大篇幅的理論學習。如果采用理論授課的方式，不僅不能引起學生的興趣，反而會讓學生產(chǎn)生厭煩心理。但是我校該專業(yè)學生動手能力并不差，他們對未知領(lǐng)域有著一種探索的沖勁。因此造成的現(xiàn)象就是學生喜歡動手實踐，不喜歡枯燥的理論講解。[4]

因此我們采用情景教學，因材施教。主要做法是在開課之初，通過實物展示、多媒體視頻觀看等，讓學生對于電力電子技術(shù)課程內(nèi)容有一個整體的認知。然后初次嘗試讓學生分組討論日常生活中的變頻空調(diào)、洗衣機、充電器和電源適配器等與電力電子技術(shù)課程的關(guān)聯(lián)之處，激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生的學習動力。在接著后期的理論中，仍然要伴隨典型案例實物來講授。比如，在講單相半波整流電路時，首先實物展示手機充電器，然后讓學生分組討論手機充電器的工作原理。等學生闡述自己的觀點后，再講授手機充電器的原理是從城市電網(wǎng)（墻壁電源）中獲得交流電，然后通過整流器將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，最后給手機電池充電。以此案例引入整流的概念，然后再和學生一起研究電路不同負載時的工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系等知識點，這樣講解就更顯通俗易懂了，學生能快樂的接收并吸收知識。隨著學習的深入，讓學生們來剖析所謂的“充電5分鐘通話2小時”、“快速充電”的原理結(jié)構(gòu)。從充電器到充電寶就引申出逆變和組合電路，為后續(xù)知識的講解做出了形象的鋪墊。

因為情景教學，因材施教的模式中采用學生是主體，教師是引導，讓學生充分發(fā)揮課堂上的主觀能動性，完全成為課堂的主人。所以在實踐該模式中發(fā)現(xiàn)，學生的上課積極性很高，并且學習興趣很濃厚，而且能快樂的接收并吸收知識。

（2）課件講授，板書鞏固

電力電子技術(shù)課程由于存在大量的數(shù)學計算和波形分析，對我校學生來講難度較大，并且學生普遍感覺內(nèi)容抽象枯燥。所以在教學方法不僅采用多媒體PPT增加動畫效果，這樣有助于學生直觀的理解電路工作原理和波形；而且也需要在黑板上一步一步的計算，和學生互動式的完成板書設計。這樣學生在課堂上都積極完成計算和分析波形，樂在其中，充實自己，提高了教學質(zhì)量。

（3）課上課下，實時互動

手機是現(xiàn)在生活中的必需品，尤其是對于大學生來說，手機是分分鐘不離開身邊的。根據(jù)這個特點，教師通過QQ、微信等網(wǎng)絡通信工具向?qū)W生發(fā)布學習任務，學生根據(jù)自身時間安排學習；并且在學習過程中學生也可以通過QQ或微信和教師討論問題。教師也可以制作相應的教學內(nèi)容視頻，作為學生的課前預習，這樣學生可以隨時隨地學習，有問題也可以實時和老師探討。該模式可以簡單如圖1所示。

3.加強實踐環(huán)節(jié)

授人以魚，不如授人以漁。實踐教學環(huán)節(jié)是課程教學的延伸，是將授魚變?yōu)槭跐O的必要環(huán)節(jié)。于是，我校一方面增加實踐教學的比重，后續(xù)《電機拖動自動控制系統(tǒng)》等專業(yè)課程的學習奠定基礎(chǔ)；另一方面將實踐環(huán)節(jié)分成驗證性實驗、MATLAB仿真實驗和創(chuàng)新設計性實驗3個方面。以期強化基礎(chǔ)，提高學生創(chuàng)新能力。

（1）強化基礎(chǔ)性實驗

電力電子技術(shù)實驗初期，率先安排驗證性實驗。在學習中不僅要驗證理論， 還需要鍛煉學生學會發(fā)現(xiàn)問題，然后總結(jié)規(guī)律，掌握實驗的基本技能和方法。我校采用浙江求是等實驗器材，讓學生通過搭建實驗電路，調(diào)試實驗，然后對實驗結(jié)果進行分析，最后對比實驗理論值和實驗值，從而理解并鞏固所學理論知識。[5]

（2）增加MATLAB仿真

計算機仿真技術(shù)是針對應用型技術(shù)本科學生一種很好的教學方法。我校在電力電子技術(shù)實踐教學中引入MATLAB仿真軟件，充分利用此軟件功能，對電路的不同特性分別進行仿真。這樣不僅使學生有效地掌握系統(tǒng)的動靜態(tài)特性，參數(shù)設計等方法，而且讓學生可以放心大膽地連接電路，減輕學生由于接錯電路而損壞設備的心里負擔，大大地激發(fā)了學生的創(chuàng)新能力。例如，在做降壓斬波電路時，當電源電壓Us=14.6v，占空比為41%，硬件實驗如圖2所示，軟件仿真如圖3，圖4所示。實驗課之前建議學生先完成電路的仿真，掌握電路組成；然后再連接硬件電路圖，鞏固學生理解理論知識。

（3）創(chuàng)新設計性實驗

學生根據(jù)所學知識，自行設計實驗方案、實驗電路，實驗步驟，驗證所學理論知識的正確性。在實驗過程中，學生不僅要自己做實驗，還要解決實驗中存在的問題，教師負責實驗設計方案的審查及學生和設備的安全。

4. 改革課程考核

我校電力電子技術(shù)課程考核方式分成筆試50%，實踐設計50%。筆試部分主要是基礎(chǔ)知識的考核；實踐設計部分完全是由學生自主完成實驗要求，實驗原理，實驗接線，實驗數(shù)據(jù)以及實驗考核標準。實驗考核標準通過實驗的完成程度、參數(shù)的正確性和創(chuàng)新性三部分組成。

三、教學改革實踐

本文采用的電力電子技術(shù)課程教學改革實踐試點對象是我校15級電氣工程及其自動化專業(yè)。從課程最終成績來看，試點班級的平均分為70.1%，掛科率為零。從課程輻射來看，學生在后續(xù)課程《電力拖動自動控制系統(tǒng)》實驗中，都有一套自己的實驗程序，然后發(fā)現(xiàn)問題，并且能快速解決問題。這樣不僅讓學生鞏固課程理論，而且還學會了處理問題的方法，學生內(nèi)心是很有成就感的。長此以往，學生立足教材，自我探索、自我感悟并按照已有的知識動手操作、歸納總結(jié)、探索規(guī)律，從而體會本專業(yè)的魅力。

結(jié)語

為了適應應用型技術(shù)本科的培養(yǎng)目標，我校從實際情況出發(fā)，對電力電子技術(shù)從理論和實踐兩方面進行了教學改革。經(jīng)試驗，提高了學生學習的積極性，改善了教學質(zhì)量，尤其是在提高學生實踐能力方面取得了良好的效果。但是電力電子技術(shù)的的實踐教學改革是一項龐大的工程，路漫漫其修遠兮，因此電力電子技術(shù)課程的教學仍然需要不斷改革和探索。

參考文獻

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版，2004.

[2]李潔，賈渭娟等.電力電子技術(shù)[M].重慶：重慶大學出版社，2015.

[3]袁旭峰等.構(gòu)建電力電子技術(shù)課程多渠道多層次實踐教學平臺的研究[J].教育文化論壇，2015.

[4]孫金根等.電力電子技術(shù)課程工程化教學模式探索和實踐[J].大學教育.2017.