電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探索

南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 錢 荔

“電力電子技術(shù)”課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)課。由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，原有的教學(xué)模式與教學(xué)內(nèi)容已與學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo)有一定差距。文章分析了“電力電子技術(shù)”課程的現(xiàn)狀，在教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和考核方式上進(jìn)行了教學(xué)改革探索。

引言：電力電子技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)電能高效率利用和運(yùn)動(dòng)精密控制的技術(shù)，已滲透到人類生活的各個(gè)方面，成為現(xiàn)代工業(yè)、信息和通信、能源、交通、國防等領(lǐng)域的支撐科學(xué)技術(shù)。電力電子技術(shù)作為一個(gè)學(xué)科僅有半個(gè)世紀(jì)的歷史，但由于它對(duì)社會(huì)進(jìn)步與科技發(fā)展起著重要作用，因而發(fā)展迅速，目前所用技術(shù)與早期已有較大差別。

文章介紹了“電力電子技術(shù)”課程的現(xiàn)狀，包括教學(xué)內(nèi)容與方法，授課方式與考核方式。筆者根據(jù)學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合電力電子技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了教學(xué)改革方案，包括教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容以及考核方式的改革。

1 電力電子技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

“電力電子技術(shù)”作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課，與學(xué)生的競賽，考研，就業(yè)緊密相連。教學(xué)計(jì)劃設(shè)置課程理論學(xué)時(shí)56，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16。課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生必須有較好的數(shù)理基礎(chǔ)同時(shí)要熟練掌握前期所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容。課程內(nèi)容量大，難度較高，涉及多門學(xué)科知識(shí)?，F(xiàn)有的教學(xué)與學(xué)科的發(fā)展已存在一定差距。

1.1 授課內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展不同步

“電力電子技術(shù)”課程多年來采用的是同一本教材，教材內(nèi)容并未更新，新知識(shí)所占的篇幅較少或大多屬于介紹性質(zhì)。課程授課內(nèi)容基于教材，只做了細(xì)微調(diào)整，已跟不上現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展。例如電力電子器件部分，由于新材料和新技術(shù)的發(fā)展，器件的性能越來越高，出現(xiàn)的新器件逐漸取代了舊器件的市場。比如絕緣柵晶體管IGBT短短幾年就占領(lǐng)了功率晶體管GTR的應(yīng)用領(lǐng)域。但教材里GTR是作為重點(diǎn)來講的，與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域已有一定差距。

1.2 授課方式與考核內(nèi)容單一

“電力電子技術(shù)”采用的仍然是傳統(tǒng)的授課方式，教師將授課內(nèi)容做成PPT，上課時(shí)以PPT演示加板書的方式講解，通過上課提問，課堂練習(xí)等方式與學(xué)生互動(dòng)。這種授課方式比較單一，因課堂時(shí)間有限，無法最大限度的傳授知識(shí)。也沒有留給學(xué)生一定的思考空間。

考核方式采用的是閉卷考試（70%）+平時(shí)成績（出勤，作業(yè)，課堂測驗(yàn)）。試卷的內(nèi)容大多是直接考查，能在教材中直接找到答案，這種方式并不能最大限度的體現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)掌握與應(yīng)用情況。

2 “電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革

筆者基于學(xué)院培養(yǎng)“電氣自動(dòng)化工程領(lǐng)域的高級(jí)應(yīng)用型人才”的目標(biāo)，并結(jié)合當(dāng)前電力電子技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，進(jìn)行了“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探索。

2.1 “電力電子技術(shù)”課程教學(xué)模式改革

多教材替代單本教材。教材的重要性在教學(xué)中不言而喻。由于電力電子技術(shù)發(fā)展較快，而專業(yè)教材的編寫及出版周期較長，目前市面的大部分電力電子技術(shù)教材涉及新知識(shí)點(diǎn)的部分篇幅都較少，無法滿足現(xiàn)有的教學(xué)需要。所以采用單本教材教學(xué)已無法滿足教學(xué)需要。教師需要選取符合學(xué)生層次的教材作為主教材，再根據(jù)授課內(nèi)容選取其他教材作為輔助。同時(shí)對(duì)授課內(nèi)容做整合。

項(xiàng)目式模塊化教學(xué)替代零散知識(shí)傳授。如果按照教材的順序按部就班的教學(xué)，學(xué)生學(xué)到的是零散的知識(shí)，沒有一個(gè)完整的知識(shí)架構(gòu)與整體性的概念，在后期的應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)很多問題。課程的教學(xué)目的最終還是指向?qū)嶋H應(yīng)用，所以教師在教授課程知識(shí)時(shí)應(yīng)該先整體后局部，采用項(xiàng)目式模塊化教學(xué)。以實(shí)際的筆記本電腦電源轉(zhuǎn)換器為例，電源轉(zhuǎn)換器是一個(gè)實(shí)物整體，它的設(shè)計(jì)制作涉及到器件，電源變換拓?fù)浜涂刂品绞?，這些內(nèi)容在教材中是分開講解的，教師在授課時(shí)應(yīng)以實(shí)物為例，將其模塊化，再將這些模塊與教材中的內(nèi)容對(duì)應(yīng)起來。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候就能有的放矢，知道自己所學(xué)的內(nèi)容用在電源的哪個(gè)部分。最后能把零散的知識(shí)串聯(lián)起來形成一個(gè)整體，并能舉一反三。

多種教學(xué)手段替代單一課堂教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)主要是課堂教學(xué)，但課堂教學(xué)時(shí)間有限，無法達(dá)到最好的教學(xué)效果?？萍嫉倪M(jìn)步與發(fā)展提供了更多的交流手段，這些都可以應(yīng)用到課程的教學(xué)中。比如教師錄制教學(xué)微視頻放在教學(xué)網(wǎng)站上供學(xué)生在線學(xué)習(xí)。利用MATLAB和LabVIEW軟件制作離線仿真系統(tǒng)供學(xué)生仿真設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)等。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容分為器件，電能變換電路拓?fù)洌刂萍夹g(shù)三大部分。科技的進(jìn)步與電力電子技術(shù)的快速發(fā)展使得目前所用的技術(shù)在功率器件、電路拓?fù)?、控制方法和系統(tǒng)性能等方面與早期已有明顯差別。

“器件”方面，原先教材中晶閘管和GTR都是重點(diǎn)講解的部分，但目前的發(fā)展?fàn)顩r是IGBT占據(jù)GTR的應(yīng)用領(lǐng)域并使電力電子技術(shù)進(jìn)入到超音頻時(shí)代。GTO已失去原先的4.5kV以下的國際市場，并由IGCT和IGBT取而代之。所以在調(diào)整過的教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)重點(diǎn)講解目前大量應(yīng)用的器件，對(duì)老器件做簡單介紹。

“電路拓?fù)洹狈矫?，電路拓?fù)涞淖兓淮?，在課程內(nèi)容的講解上結(jié)合應(yīng)用實(shí)例講解各類拓?fù)涞奶攸c(diǎn)和應(yīng)用場合。

“控制技術(shù)”方面，電力電子電路控制一般采用三種方式：相控、PWM控制、變頻控制。相控主要用于晶閘管整流電路、交流調(diào)壓電路；而以MOSFET和IGBT為開關(guān)器件的電力電子電路主要采用PWM控制；一些面向高功率密度應(yīng)用的諧振功率變換DC-DC電路采用變頻控制實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。結(jié)合應(yīng)用的廣度和深度重點(diǎn)講解PWM控制方式的應(yīng)用。

2.3 考核方式與內(nèi)容改革

“電力電子技術(shù)”主要的考核方式還是閉卷考試，但是在內(nèi)容和形式上有所調(diào)整，原先閉卷考試內(nèi)容與教材敘述方式一致，可以在教材上直接找到答案，缺乏應(yīng)用式的考核。新的考核方式采用工程認(rèn)證的方式，將考核內(nèi)容量化，在題目形式的設(shè)置上多采用應(yīng)用實(shí)例，這樣可以考察出學(xué)生實(shí)際的理解情況，而不是死記硬背下的結(jié)果。每年統(tǒng)計(jì)學(xué)生的得分情況并不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法以及考核內(nèi)容與方式，以達(dá)到最好的教學(xué)效果。同時(shí)學(xué)生的平時(shí)成績給定不再局限于出勤，作業(yè)等，學(xué)生可以用與專業(yè)相關(guān)的科創(chuàng)成果來獲得平時(shí)分。

3 結(jié)束語

“電力電子技術(shù)”是與現(xiàn)代社會(huì)聯(lián)系緊密的新興學(xué)科。它的發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步相關(guān)?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)應(yīng)緊跟學(xué)科發(fā)展，不斷改革創(chuàng)新，這樣才能夠培養(yǎng)出更多的社會(huì)真正需要的工程技術(shù)型人才。