新能源光伏發(fā)電SPWM逆變器及安裝調(diào)試的信息化教學(xué)模式探索

徐鋒益

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 ?SPWM逆變器 ?信息化教學(xué) ?一體化

新能源光伏發(fā)電SPWM逆變器及安裝調(diào)試的授課學(xué)生是高二電氣創(chuàng)新班的學(xué)生，已經(jīng)學(xué)習(xí)過太陽能電板的工作原理，有一定安裝調(diào)試和接線能力。他們喜歡形象的理解知識，喜歡動手操作、展示自我，喜歡團隊合作;已經(jīng)養(yǎng)成了利用導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。針對他們對知識的興趣點，筆者通過練習(xí)實際工作場景，引導(dǎo)學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)搜尋問題來源，利用多種信息化教學(xué)手段來開展教學(xué)。

一、教學(xué)實施安排

在實訓(xùn)室中安排一體化教學(xué)，提前進(jìn)行分組。在前一周發(fā)放光伏發(fā)電SPWM逆變器及安裝調(diào)試導(dǎo)學(xué)案，學(xué)生充分利用雨課堂網(wǎng)絡(luò)課程平臺的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí);并通過在雨課堂在線課程平臺和任課教師進(jìn)行互動，進(jìn)行探討、提出自己的疑問，由任課教師通過雨課堂在線平臺回答學(xué)生提出的疑問。通過這樣的一個課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生會主動去尋找答案，并對課程內(nèi)容有所掌握，也能夠結(jié)合自己的觀點有針對性地提出一些想法，這樣會為接下來的課中學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。教師在此過程中可以在線平臺上做以下幾點：第一，把學(xué)生提出最多的一類問題進(jìn)行分析講解。第二，對課中所要進(jìn)行的任務(wù)列出魚骨圖。第三，展示課前小組預(yù)習(xí)的情況反饋。

本節(jié)內(nèi)容涉及DC-DC電路、DC-AC電路、SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)、安裝調(diào)試等知識，內(nèi)容較為綜合。重點為SPWM逆變器工作原理、逆變器及負(fù)載的安裝、萬用表和示波器測試、波形分析，難點為SPWM逆變器工作原理。

為了使學(xué)生能形象地學(xué)習(xí)課程知識，在教學(xué)方法上教師采用項目教學(xué)法為主，結(jié)合頭腦風(fēng)暴法、仿真演示、小步子教學(xué)等多種教學(xué)方法和手段，而學(xué)生利用小組合作探究、總結(jié)歸納的學(xué)習(xí)方法，做中學(xué)。

如何高效地完成教學(xué)目標(biāo)，需要教師應(yīng)用教學(xué)策略。本次課以信息化的教學(xué)方法，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，以完成5個項目為主線，以學(xué)生的能力訓(xùn)練為根本，結(jié)合我們的理實一體的項目教學(xué)模式，構(gòu)建主動學(xué)、學(xué)能學(xué)會、喜歡學(xué)的信息化課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，真正還課堂給學(xué)生，實現(xiàn)做中教、做中學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)有效性。基于對人才培養(yǎng)的要求，改變傳統(tǒng)教材的教學(xué)模式，利用網(wǎng)站、仿真軟件、微信等信息化手段解決本課五大問題。

第一，用情景劇導(dǎo)入什么是逆變的問題。第二，利用頭腦風(fēng)暴法歸納逆變器的種類和特點有哪些？第三，微視頻解決實現(xiàn)逆變需要哪些條件。第四，利用精品課網(wǎng)站、仿真軟件、Flash動畫解決本課的重難點逆變器的工作原理。第五，小步子教學(xué)、微視頻解決如何實現(xiàn)逆變系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。

完整的教學(xué)過程包含三個方面。課前準(zhǔn)備，課前按以強帶弱進(jìn)行分組，發(fā)放導(dǎo)學(xué)案，學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)案要求完成查閱常見的逆變器的種類等相關(guān)導(dǎo)學(xué)任務(wù)。課堂教學(xué)，即分解任務(wù)，實施操作的過程。課后拓展，利用網(wǎng)站交流平臺，完成作業(yè)的上傳和課后師生微信群及時交流所思所想。

本節(jié)課，共用時兩課時，由五大問題，8個環(huán)節(jié)來完成。多個環(huán)節(jié)中采用了學(xué)生展示自我的設(shè)計方式，用多元化的信息手段，形象地解決了本課的重難點。

二、教學(xué)實施過程

課堂第一階段，引導(dǎo)學(xué)生打開網(wǎng)站，展示學(xué)生課前上傳的逆變器圖片。教師播放校園情景劇《太陽能路燈的探索》視頻，大致的情景是：兩個學(xué)生對太陽能路燈很好奇，就來到光伏實訓(xùn)室動手實驗，第一次，燈泡直接連太陽能板，燈泡不亮;第二次，燈泡直接連蓄電池，燈泡也不亮，當(dāng)把一個神秘盒子連在蓄電池和燈泡中間后，燈泡發(fā)光了，學(xué)生很興奮。教師順勢拋出三個問題：太陽能路燈與逆變器有什么關(guān)系？什么是逆變？逆變器是如何工作的？通過思考，利用頭腦風(fēng)暴，小組匯報逆變器在各行業(yè)的應(yīng)用，有電腦、家庭影院、電動砂輪、電動工具、DVD機、電視機、洗衣機、電風(fēng)扇、照明電路等，學(xué)生們通過感受，思考并回答還可以應(yīng)用于哪些場合，讓學(xué)生結(jié)合創(chuàng)新的思路在課外思考。

為了對逆變器應(yīng)用的前沿技術(shù)有直觀形象的感受，教師給學(xué)生觀看了逆變器在新能源汽車特斯拉電動車中應(yīng)用的前沿科技的宣傳視頻。提問，電動汽車的感應(yīng)電動機的動力從哪兒來呢？來自電池組。但感應(yīng)電動機需要的是交流電，所以，需要逆變器把電池組輸出直流電，變成感應(yīng)電動機所需要的交流電。交流電的頻率的是由逆變器同時控制，從而去控制感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速。

課堂第二階段，要求各組開展討論，對常見逆變器種類有哪些？各自有何特點？結(jié)合課前預(yù)習(xí)的內(nèi)容用頭腦風(fēng)暴法的方式，請學(xué)生代表陳述本組觀點，調(diào)動了學(xué)生的熱情，從而解決了本課的第2個問題。

引導(dǎo)學(xué)生查詢百度百科：逆變器的概念和工作原理能把直流電能（電池、蓄電瓶等）轉(zhuǎn)變成交流電的設(shè)備，稱之為逆變器。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。

逆變器的種類可以分為正弦波逆變器和方波逆變器兩大類，這是按照不同的波形性質(zhì)來分的。

人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾娋W(wǎng)就是正弦交流電，正弦波逆變器輸出的交流電和電網(wǎng)里的是一樣的，有可能會比正弦波交流電更好，因為它不存在電網(wǎng)中的電磁污染。

方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎在同時產(chǎn)生，這樣，對負(fù)載和逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時，其負(fù)載能力差，僅為額定負(fù)載的40%～60%，不能帶感性負(fù)載。如所帶的負(fù)載過大，方波電流中包含的三次諧波成分將使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重時會損壞負(fù)載的電源濾波電容。

其他種類的逆變器有：煤電，太陽能，風(fēng)能，核能逆變器等四類是按照發(fā)電來源來區(qū)分。還有并網(wǎng)，獨立控制逆變器這兩類根據(jù)用途的不同來區(qū)分。

這些逆變器的特點是直交流轉(zhuǎn)換效率高、可以快速動作;安全保護(hù)做得很好，能夠具備短路保護(hù)、過載保護(hù)、超溫保護(hù)功能;外殼全部采用鋁材料，散熱性能好;帶負(fù)載時的適應(yīng)性與穩(wěn)定性強。

功率方面，逆變器輸出功率與輸入功率之比是逆變器的使用效率。但是在工作中的逆變器自身也會消耗一部分能量，所以，逆變器的輸出功率會小于輸入功率。

課堂第三階段，為使學(xué)生了解本節(jié)課的實訓(xùn)任務(wù)，用微視頻的形式，展示完成后的逆變器安裝與調(diào)試項目的演示視頻。學(xué)生仔細(xì)觀看視頻后，對任務(wù)有了初步了解后，已經(jīng)躍躍欲試，很想動手自己來完成。教師此時提出問題：完成視頻中逆變系統(tǒng)負(fù)載的運行需要哪些條件？引導(dǎo)學(xué)生思考完成任務(wù)的條件包括太陽能板、蓄電池、逆變系統(tǒng)、負(fù)載等幾個部分，教師給學(xué)生展示各個模塊的實物，形成初步的印象，并進(jìn)入特定的情境，為深入學(xué)習(xí)作鋪墊，明白接下來要做什么。如果有企業(yè)讓你完成光伏逆變器的安裝，你該如何設(shè)計和安裝？欣賞企業(yè)安裝逆變器工作視頻，加深理解太陽能光伏逆變器。

課堂第四階段，為了解惑學(xué)生提出的疑問，用網(wǎng)站學(xué)習(xí)的方法全過程地學(xué)習(xí)實現(xiàn)DC-DC升壓，DC-AC全橋逆變升壓等相關(guān)知識。教師引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)站學(xué)習(xí)，初步了解各部件的功能與原理。利用MATLAB軟件模擬仿真全橋逆變器，MATLAB軟件在仿真過程中可靈活地改變仿真參數(shù)，直觀地看到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，成功實現(xiàn)直流逆變成交流，突出了重點。

為了幫助學(xué)生形象系統(tǒng)地理解SPWM逆變器工作原理，用Flash動畫形象生動的演示SPWM全橋逆變器原理和工作過程。這樣就把整個系統(tǒng)串聯(lián)在一起，以學(xué)生樂于接受的方式加深對知識的印象，突破本課的難點內(nèi)容：SPWM逆變器工作原理。系統(tǒng)性解決了本課第3個問題，逆變器是如何工作的。

課堂第五階段，學(xué)生明白了SPWM全橋逆變器系統(tǒng)的工作原理之后，進(jìn)入安裝和調(diào)試SPWM全橋逆變器系統(tǒng)的操作過程。利用小步子教學(xué)方法，即用微課視頻演示操作步驟，學(xué)生根據(jù)演示視頻進(jìn)行操作，播放一步操作一步，降低了實訓(xùn)難度，提高了實訓(xùn)安全性，大大增加了安裝成功率，提升了學(xué)生實踐操作的自信心。

為了驗證安裝的正確性，用萬用表作通電前的檢測，再利用平臺仿真演示結(jié)果，既提升了安全性，又使結(jié)果一目了然，方便學(xué)生找出安裝中出現(xiàn)的問題，突出了重點。結(jié)合利用光伏測量儀器對電路的關(guān)鍵點進(jìn)行測量，并觀察波形，把數(shù)據(jù)寫入學(xué)生工作頁的表格中。小組討論，分析判定該數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，光伏逆變器工作是否正常，教師適時點撥應(yīng)到，使調(diào)試任務(wù)能夠完成，提升學(xué)生成就感。

三、小結(jié)

在總結(jié)歸納，拓展延伸環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生開展自評和互評。評價的過程，也是鞏固知識過程。然后把各組拍攝的照片視頻打包上傳到精品課網(wǎng)站上。課后各小組長把視頻內(nèi)容發(fā)到班級微信群，教師與學(xué)生通過微信群進(jìn)一步互動答疑，提高教學(xué)質(zhì)量。

四、反思

本課的亮點在于動畫，仿真軟件，仿真平臺、網(wǎng)站和小組學(xué)習(xí)的融合。使教學(xué)效率更高，學(xué)生更感興趣。用網(wǎng)站、微課、仿真平臺、實踐操作使學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺結(jié)合在一起，方便學(xué)生形象理解太陽能光伏逆變器的原理和安裝調(diào)試的步驟。較之傳統(tǒng)的教學(xué)方法，更高效、更形象，教學(xué)空間更廣，各組學(xué)生均能順利完成項目任務(wù)，達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴士弘，畢蓉選.高職教改課程教學(xué)設(shè)計案例集[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2]王長忠.工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式的思考與實踐[J].中國電力教育，2011（30）.

[3]劉斌.信息化教學(xué)有效性的理論思考——對信息化教學(xué)本質(zhì)的再認(rèn)識[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013（3）.

[4]倪晟，金炳堯，王璟瑤.實驗教學(xué)信息化體系建設(shè)的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2013（6）.

（作者單位：慈溪技師學(xué)院）