電力電子技術(shù)課程實踐教學(xué)的改革①

翁志遠 方杰 杜成濤 翁志剛 俞鶴

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?為了克服目前電力電子技術(shù)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在的不足，從培養(yǎng)應(yīng)用型人才角度研究課程改革的方法。通過電力電子課程實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和仿真與實踐平臺的建立，使學(xué)生能夠綜合運用多門課程知識進行工程設(shè)計。經(jīng)過課程實踐教學(xué)的改革使學(xué)生增強專業(yè)技能、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，實現(xiàn)地方應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?電力電子技術(shù);實踐教學(xué);教學(xué)改革

[中圖分類號] ?G642 [文獻標志碼] ?A ? [文章編號] ?2096-0603（2019）18-0001-03

按照建設(shè)地方應(yīng)用型本科院校的指導(dǎo)思想，對于本科人才的培養(yǎng)需要符合區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展與行業(yè)應(yīng)用。學(xué)校對學(xué)生的培養(yǎng)不僅要求傳授專業(yè)的理論知識，還要使學(xué)生更多地了解和掌握與專業(yè)相關(guān)的技術(shù)和技能，并且具有一定解決實際問題的能力。電氣工程及其自動化專業(yè)屬電氣工程學(xué)科，在當今對工業(yè)、生活自動化與智能化水平的要求不斷提升的前提下，其已經(jīng)成為十分重要與熱門的專業(yè)[1，2]。電力電子技術(shù)是電氣自動化及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強的理論性和應(yīng)用性。隨著電力電子技術(shù)在電氣相關(guān)領(lǐng)域的智能化控制中應(yīng)用越來越廣泛，功率器件的開關(guān)頻率、功率等級等參數(shù)的不斷提高，要求高校在教學(xué)過程中加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練[3]。本文主要從滿足工程技術(shù)與應(yīng)用實踐角度出發(fā)，分析當前很多高校電力電子技術(shù)課程教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題。從提高學(xué)生課程的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)工程實踐能力等方面，提出了電力電子技術(shù)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革措施。希望能夠通過電力電子技術(shù)實踐課程教學(xué)改革的實踐，對電氣專業(yè)其他專業(yè)課程的改革起到一定的示范作用[4]。

一、現(xiàn)狀與存在的問題

電力電子技術(shù)是一門通過功率器件的控制實現(xiàn)電能變換的課程，是涉及電子、自控和電力等技術(shù)的新興交叉學(xué)科。隨著如今電能產(chǎn)生形式的不斷豐富，如光伏、風(fēng)力、潮汐等新能源發(fā)電的不斷涌現(xiàn)，使電力電子技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域的地位得到了很大的提升，同時也對電力電子技術(shù)課程教學(xué)要求其具有更加良好的效果[5，6]。

現(xiàn)階段，國內(nèi)很多高校電子電氣相關(guān)專業(yè)對電力電子技術(shù)課程的實踐越來越重視，不斷改進其教學(xué)方法和實踐手段。相比之下，很多地方應(yīng)用型本科高校還存在不小的差距。下面就各個高校電力電子技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)過程中可能存在的普遍問題進行分析。

（一）課程設(shè)計內(nèi)容與實際應(yīng)用相脫節(jié)

隨著信息時代的快速發(fā)展，電力電子技術(shù)的應(yīng)用更是突飛猛進。老舊的教學(xué)思路、教學(xué)設(shè)計如果不及時更新，很難讓學(xué)生及時了解、掌握現(xiàn)代電力電子技術(shù)的前沿以及重要用途。沿用傳統(tǒng)的課程是以“電力電子器件—變流電路—應(yīng)用”為知識主線，過分注重課程的完整性和統(tǒng)一性，忽略理論和實踐的差異性。理論講究的是抽象思維，而實踐注重實際操作、應(yīng)用。傳統(tǒng)課程內(nèi)容僅限于課本知識，學(xué)生的學(xué)習(xí)主要以課堂為主，卻很少聯(lián)系實際應(yīng)用設(shè)計。學(xué)生即使理論知識學(xué)得很扎實，在實際工程應(yīng)用中卻不知如何下手。這些就造成學(xué)生動手實踐能力欠缺，專業(yè)技能得不到提高，進而容易造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）實驗設(shè)備老舊，實驗平臺教學(xué)能力不強

目前，很多高校對課程設(shè)計只是理論分析或者實驗仿真，沒有可以設(shè)計課程的相關(guān)實驗平臺。很難體現(xiàn)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。目前，計算機仿真逐漸受到人們的關(guān)注，并引入到教學(xué)中，但學(xué)生存在軟件使用不熟練、模型搭建的問題。同時電力電子仿真中的非線性、數(shù)?；旌闲浴⑵骷倪m用性及裝置的病態(tài)性沒有很好地解決，因此虛擬實驗和教學(xué)結(jié)合度不高。

（三）課程教學(xué)相對孤立，不能將電氣自動化相關(guān)課程結(jié)合起來

學(xué)生不能綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)課程解決實際的電力電子技術(shù)問題，如自動控制原理，單片機原理與應(yīng)用技術(shù)等。很多學(xué)生在課程學(xué)完以后不清楚這門課程在未來實際工作中能夠起到什么作用。

二、課程實踐環(huán)節(jié)的改革方法

為了適應(yīng)社會科技快速發(fā)展的需要，電力電子技術(shù)課程實踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革的重點是加強學(xué)生動手實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合思考問題的素養(yǎng)，并使其具備一定設(shè)計創(chuàng)新能力。由此而來的是，大部分高校都以圍繞提高學(xué)生動手實踐能力、自主創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力以及工程應(yīng)用能力方面作為重點培養(yǎng)方向。在教學(xué)中不斷修改人才培養(yǎng)方案、調(diào)整課程體系內(nèi)容、減少理論教學(xué)內(nèi)容、加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、采用現(xiàn)代技術(shù)教育手段提高教學(xué)效果[7]。

（一）優(yōu)化課程實踐教學(xué)內(nèi)容

通過優(yōu)化課程實踐教學(xué)內(nèi)容，將工程應(yīng)用背景和課程體系相結(jié)合。凸顯該課程在基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間銜接的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實踐中突出電力電子技術(shù)具備工程應(yīng)用背景的特點。以聯(lián)系實際應(yīng)用為前提，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，將理論知識以實踐工程的形式展現(xiàn)出來。從而為后期的專業(yè)課程做好準備，也為將來從事技術(shù)或研發(fā)工作打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計教學(xué)設(shè)置時強調(diào)理論和實踐的有效結(jié)合，通過設(shè)計不同工程項目的趣味性和綜合性，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新意識，以達到培養(yǎng)復(fù)合型人才的目的。

（二）搭建通用的綜合實踐平臺，提升綜合實踐能力

為了使學(xué)生靈活運用電力電子技術(shù)常用的變換電路，培養(yǎng)具有較強實踐能力的應(yīng)用型人才，在實踐環(huán)節(jié)教學(xué)中需要加強實踐動手環(huán)節(jié)。然而，很多高校目前的電力電子實驗裝置是無法滿足這些要求的，所以需要搭建通用的綜合實踐平臺。針對目前電力電子技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的DC-DC變流電路，建立開放式的電能變換器通用實驗平臺，課程設(shè)計任務(wù)書圍繞平臺來設(shè)置。如可以根據(jù)直流電機驅(qū)動器，開發(fā)直流PWM驅(qū)動電源開放實驗平臺，其結(jié)構(gòu)圖見圖1、圖2所示。圍繞這個直流電機速度調(diào)節(jié)實驗平臺設(shè)置實踐課題，開展相關(guān)的實踐課程。

通過該開放實驗平臺，學(xué)生可以進行PWM直流電機驅(qū)動的設(shè)計，實現(xiàn)直流電動機的速度控制。從中熟悉直流電動機的特性，了解交—真—交變流電路的結(jié)構(gòu)以及PWM調(diào)制等控制技術(shù)。掌握濾波器、吸收電路、散熱等工程技術(shù)要求。平臺建立以后，可以使學(xué)生通過對實際電力電子裝置的設(shè)計、制作和調(diào)試，深化和拓展課程所學(xué)知識，提高工程實踐能力。

（三）實現(xiàn)多課程綜合

電力電子技術(shù)課程不是一門孤立的課程，所以在開設(shè)實踐課程時，一定要讓學(xué)生達到多課程綜合訓(xùn)練的目的。這樣就要求在實踐課程實驗平臺的搭建設(shè)時要考慮多學(xué)科的融入。如對前面提到的PWM直流電機驅(qū)動的設(shè)計，在PWM驅(qū)動信號的產(chǎn)生可以融入單片機原理與應(yīng)用的課程，除此之外，直流電機速度閉環(huán)控制又涉及自動控制原理課程內(nèi)容。

（四）靈活運用電力電子相關(guān)仿真軟件，加強理論知識理解

目前與電力電子相關(guān)學(xué)科仿真的軟件很多，如Simplorer、Pspice、Saber以及Matlab等都是比較常用仿真產(chǎn)品。將這些專業(yè)仿真工具的使用融入教學(xué)過程當中，能夠有效地加深學(xué)生對電能變換的理解。仿真教學(xué)的內(nèi)容可以結(jié)合以上實踐環(huán)節(jié)實驗平臺的對象，應(yīng)用虛擬實驗教學(xué)軟件搭建模型。將仿真的結(jié)果與前面實驗平臺的結(jié)果進行比較，加強對電力電子主電路拓撲架構(gòu)與控制過程的理解。圖3、圖4為應(yīng)用Simplorer軟件建立的全橋逆變電源變換器的仿真模型和輸出的波形。

（五）結(jié)合相關(guān)實踐活動，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力

學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要在實踐活動中鍛煉。在課程教學(xué)環(huán)節(jié)以外，對課程內(nèi)容掌握比較好的學(xué)生進行電力電子電源變換和控制相關(guān)專業(yè)綜合的培訓(xùn)。通過積極參加一些創(chuàng)新大賽、學(xué)科競賽等活動來培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合實踐能力。

三、結(jié)論

分析目前電力電子技術(shù)實踐環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中的不足，對電力電子技術(shù)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革進行了研究。從電力電子課程實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和實踐平臺的建立與仿真軟件的應(yīng)用等方面進行改革，使學(xué)生能夠綜合運用多門課程知識進行工程設(shè)計，增強了實踐能力。通過課程實踐教學(xué)的改革增強學(xué)生的專業(yè)技能、培養(yǎng)學(xué)生掌握進行科學(xué)研究的方法，實現(xiàn)地方應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標。

參考文獻：

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[7]薛榮輝.“電力電子技術(shù)”課程高職學(xué)校教學(xué)改革[J].科技信息，2010（17）：101-102.

編輯 武生智