基于“興趣主導(dǎo)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的電力電子技術(shù)教學(xué)改革與實(shí)踐研究

邱忠超 蔡建羨 李立新 于瑞紅 張瑞蕾

[摘 要] 傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)課程教學(xué)存在不能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、學(xué)生創(chuàng)造性得不到發(fā)揮甚至學(xué)生的實(shí)踐能力得不到應(yīng)有的提高等不足。針對(duì)目前教學(xué)中存在的問(wèn)題，該文提出并論證了通過(guò)工學(xué)結(jié)合、興趣主導(dǎo)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、情景設(shè)計(jì)的具體實(shí)施過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法的電力電子技術(shù)教學(xué)的新模式。該教學(xué)模式將理論教學(xué)與工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)融為一體，具有一定的科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性，是一種提升學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力行之有效的方法。

[關(guān)鍵詞] 電力電子技術(shù);項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2018年度防災(zāi)科技學(xué)院教育研究與教學(xué)改革項(xiàng)目（JY2019B02）;2019年度防災(zāi)科技學(xué)院“課程思政”教學(xué)改革項(xiàng)目（2019KCSZ24）

[作者簡(jiǎn)介] 邱忠超（1987—），男，山東濟(jì)寧人，工學(xué)博士，防災(zāi)科技學(xué)院電子科學(xué)與控制工程學(xué)院講師，主要從事災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器、電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）17-0178-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-10

一、引言

電力電子技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)核心課，也是理論性、工程性和實(shí)用性非常強(qiáng)的課程，該技術(shù)被稱(chēng)為人類(lèi)社會(huì)的第二次電子革命[1]。隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，電能的應(yīng)用已經(jīng)普及到生產(chǎn)、生活的方方面面，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括新能源汽車(chē)、太陽(yáng)能（風(fēng)能）發(fā)電、鐵路機(jī)車(chē)牽引器、航空電源、發(fā)電廠(chǎng)電氣變流等。因此，無(wú)論對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的改造，還是對(duì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力電子技術(shù)都起著至關(guān)重要的作用[2]。

上世紀(jì)90年代以來(lái)，電力電子技術(shù)得到了迅速發(fā)展，新的電力電子器件和控制方式不斷出現(xiàn)。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程只注重了專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的傳授，忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程并沒(méi)有太多興趣。因此，如何激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，顯得尤為重要。

一、電力電子技術(shù)課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

（一）電力電子技術(shù)課程特點(diǎn)

IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）將電力電子技術(shù)表述為：一門(mén)有效地使用電力半導(dǎo)體器件，應(yīng)用電路設(shè)計(jì)理論以及分析開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能高效變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)主要內(nèi)容包括：電力電子器件、整流電路（AC/DC變換）、逆變電路（DC/AC變換）、直流-直流變流電路（DC/DC變換）、交流-交流變流電路（AC/AC變換）、PWM控制技術(shù)、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、電力電子器件應(yīng)用的共性問(wèn)題、電力電子技術(shù)的應(yīng)用等[3]。電力電子技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生全面認(rèn)識(shí)并掌握常用電力半導(dǎo)體器件的相關(guān)特性，掌握各種電能變換電路的基本原理，學(xué)會(huì)分析、設(shè)計(jì)基本的電力電子電路;掌握常用的電力電子控制電路，并同時(shí)具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。隨著新器件的不斷涌現(xiàn)，電力電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)越來(lái)越豐富，因此內(nèi)容多、信息量大、學(xué)時(shí)少的問(wèn)題愈發(fā)突出，同時(shí)存在教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程應(yīng)用脫節(jié)的問(wèn)題，以王兆安編寫(xiě)的《電力電子技術(shù)》（第五版）為例，課本主要介紹以晶閘管構(gòu)建的整流電路、逆變電路等，變換電路公式多，波形較復(fù)雜，占據(jù)了大量教學(xué)課時(shí)。而在實(shí)際應(yīng)用中，晶閘管的應(yīng)用在逐漸減少，導(dǎo)致使學(xué)生對(duì)電力電子技術(shù)的學(xué)以致用產(chǎn)生困惑。

（二）電力電子技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

目前電力電子技術(shù)教學(xué)大都是以教師為中心的教學(xué)模式，沒(méi)有充分體現(xiàn)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生獲得的知識(shí)比較死板。實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都是驗(yàn)證性的，而綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)較少，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理很少關(guān)心，這些都不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。電力電子技術(shù)教學(xué)存在的主要問(wèn)題為：（1）理論內(nèi)容以教師講述為主，由于學(xué)生在聽(tīng)課時(shí)跟實(shí)際聯(lián)系不上，對(duì)理論難以理解，形成對(duì)電力電子技術(shù)“抽象、難學(xué)”的思想障礙，從而失去學(xué)習(xí)信心。（2）傳統(tǒng)的教學(xué)不能適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型人才，目前更加注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。（3）電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，學(xué)校購(gòu)置的實(shí)驗(yàn)箱由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題無(wú)法做到更新，實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置的器件只能實(shí)現(xiàn)一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，不能讓學(xué)生隨意發(fā)揮，限制了學(xué)生的思想。

二、基于項(xiàng)目教學(xué)法的電力電子技術(shù)教學(xué)實(shí)施

（一）項(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法是一種典型的“以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師指導(dǎo)為輔”的教學(xué)方法[4]。該方法要求學(xué)生積極主動(dòng)地思考，把課程理論和實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自主安排學(xué)習(xí)，克服各種困難且解決項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題，最終完成項(xiàng)目并進(jìn)行成果展示[5]。其中，項(xiàng)目教學(xué)中更加注重項(xiàng)目完成的過(guò)程，學(xué)習(xí)成為每名學(xué)生主動(dòng)參與的創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程;項(xiàng)目結(jié)束時(shí)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)，找出不足，積累經(jīng)驗(yàn)。

（二）項(xiàng)目的選取與實(shí)施

教師在選取項(xiàng)目的過(guò)程中應(yīng)多聯(lián)系實(shí)際情況，熟悉電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和最新成果，并緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)制定合適地教學(xué)項(xiàng)目。一般情況下，所選教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)具有實(shí)用性、代表性、可操作性及整體性。根據(jù)該課程特點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)的具體要求，選取如下五個(gè)項(xiàng)目來(lái)完成課程教學(xué)：（1）MOS管驅(qū)動(dòng)電路（電力電子器件）;（2）調(diào)光燈（交流調(diào)壓部分）;（3）直流電機(jī)調(diào)速裝置（整流變換）;（4）開(kāi)關(guān)電源（DC/DC變換）;（5）單相變頻電源（逆變部分）。電力電子技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，各模塊之間因教學(xué)目標(biāo)不同，教學(xué)實(shí)施方式會(huì)有所不同，但都是以學(xué)生為中心的。教學(xué)項(xiàng)目任務(wù)由教師統(tǒng)一下達(dá)，學(xué)生根據(jù)教學(xué)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行自由分組和合理分工，教師協(xié)助指導(dǎo)每一組分析目標(biāo)和確定具體操作方案;項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)各種渠道查閱文獻(xiàn)資源，借助學(xué)校實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，獨(dú)立分析并完成教學(xué)項(xiàng)目;項(xiàng)目完成后教師和學(xué)生共同對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)、點(diǎn)評(píng)，這個(gè)過(guò)程中學(xué)生應(yīng)積極參加分析、討論。

（三）項(xiàng)目考核與評(píng)價(jià)

教師要根據(jù)客觀(guān)情況，綜合分析教學(xué)項(xiàng)目的難度，科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并進(jìn)行成績(jī)最終認(rèn)定。主要包括：（1）注重形成性評(píng)價(jià)，即合理評(píng)價(jià)整個(gè)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、操作技能和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)質(zhì)量等;（2）重視成果評(píng)價(jià)的綜合性，即每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)項(xiàng)目結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一、全面的科學(xué)評(píng)價(jià)。

三、項(xiàng)目教學(xué)法教學(xué)效果

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法涉及到教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)模式創(chuàng)新、教學(xué)組織（理論和實(shí)踐）等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、主動(dòng)性，有助于提高學(xué)生的實(shí)踐能力和工程意識(shí)，進(jìn)而提高學(xué)生的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。教學(xué)效果主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)能力 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提高了知識(shí)掌握的程度，并培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。（2）培養(yǎng)學(xué)生的多種能力 項(xiàng)目教學(xué)法要求學(xué)生完成指定的項(xiàng)目任務(wù)，這是一種“真刀實(shí)槍”的操作，鍛煉了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，并使學(xué)生掌握了工作思路和方法。（3）能更加全面地評(píng)價(jià)學(xué)生，其成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)系統(tǒng)更加注重過(guò)程性評(píng)價(jià) 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法對(duì)增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)，提高學(xué)生實(shí)踐能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有積極的促進(jìn)作用。

四、結(jié)論

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用采用了比較完整的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方法。在教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該方法明顯提升了學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，對(duì)教學(xué)效果比較滿(mǎn)意。但方法不太適合理論性強(qiáng)的課程，而更適合培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的課程。

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Abstract：The traditional teaching of power electronic technology courses can not mobilize the enthusiasm of students，the creativity of students can not be played，and even the students' practical ability can not be improved.Aiming at the problems existing in the current teaching，this paper proposes a new mode of power electronic technology teaching based on the project-oriented method through the concrete implementation process of engineering and learning，interest-driven，project-driven and scenario design.The teaching mode integrates theoretical teaching with engineering project design，and has certain scientific，advanced and practical nature.It is an effective method to enhance students' innovative ability and engineering consciousness.

Key words：Power electronics technology;project-driven;teaching reform