《電力電子技術(shù)》課程綜合教學(xué)模式探討

校瑞珍 李海華

摘 ? 要：《電力電子技術(shù)》是電氣工程類專業(yè)的專業(yè)核心課程，為了提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生綜合能力，培養(yǎng)符合當(dāng)前社會發(fā)展的應(yīng)用型人才，本文針對獨立院校本科教學(xué)學(xué)生水平及該課程特點，提出一種通過建立課程綜合理念、運用仿真工具輔助教學(xué)、及開展項目實驗式教學(xué)等教學(xué)方法，實現(xiàn)“三位一體、循序漸進”的綜合教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) ?項目式教學(xué) ?教學(xué)改革 ?本科教學(xué)

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0227-02

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及各種新型大功率電力電子器件的誕生，電力電子技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛?！峨娏﹄娮蛹夹g(shù)》是電氣類專業(yè)的專業(yè)核心課程，對于該課程的教學(xué)越來越重視，從教材內(nèi)容的完善，到實驗室的建設(shè)，以及教學(xué)方法的改進等。特別是對于獨立民辦高校，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，更應(yīng)該對專業(yè)課程進行教學(xué)改革，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)以及增強對知識的實踐運用能力[1]。為了提高學(xué)教學(xué)質(zhì)量，達到學(xué)生能夠?qū)W以致用的教學(xué)效果，教師要掌握學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)，從學(xué)生的角度去理解課程，采取理論結(jié)合實際的教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，利用計算機仿真工具，引入項目實驗式教學(xué)方式等進行改革創(chuàng)新，以適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展要求，達到培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才的最終目標(biāo)。

1 ?課程特點及傳統(tǒng)教學(xué)效果分析

《電力電子技術(shù)》課程銜接電力、電子和控制三大學(xué)科，需要扎實的電路理論、高等數(shù)學(xué)、控制理論、模擬電子技術(shù)等基礎(chǔ)知識，該課程所涉及的知識面廣，專業(yè)程度深，對學(xué)生來講是一門較難的專業(yè)課程。課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對電力電子器件的靈活使用，具有對電能變換和控制電路拓?fù)溥M行分析與設(shè)計的能力，具有對電路調(diào)試、驗證、應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題進行分析與解決的能力[2]。這就要求學(xué)生不僅需要扎實的理論知識，更需要有積極的自學(xué)能力，以及熟練的動手實踐能力。

根據(jù)對往屆學(xué)生學(xué)習(xí)效果分析，傳統(tǒng)教學(xué)存在一定的問題。（1）無法調(diào)動學(xué)生對課程的認(rèn)識和學(xué)習(xí)的主觀能動性。電力電子課程涉及知識點廣，如果高等數(shù)學(xué)、模擬電子技術(shù)、電路基礎(chǔ)等課程基礎(chǔ)薄弱，即使上課認(rèn)真聽講，理解起來也有一定難度。如果只局限在本課程上，很難建立學(xué)生對課程的認(rèn)識，更無法形成融會貫通的效果。一成不變的課堂講授教學(xué)，很難很難激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情和自學(xué)能動性;（2）缺乏理論與實踐的聯(lián)系。學(xué)生對知識的應(yīng)用一知半解，即使課堂聽講理解了，考試結(jié)束后很快就忘記。即使有配套的實驗課程，實驗過程也只是按照實驗步驟接線機械的記錄數(shù)據(jù)，缺乏實踐應(yīng)用能力的加深。學(xué)以致用方為學(xué)，為了提高學(xué)習(xí)的透徹性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，改變教學(xué)模式非常必要。

2 ?綜合教學(xué)模式探討

教學(xué)模式改革不是一蹴而就的，是需要在不斷的探討過程中逐步完善的，針對以上問題結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗，提出了以下幾點教學(xué)措施。

2.1 幫助學(xué)生建立課程綜合理念

掌握一門知識，應(yīng)能站在一定的高度去理解，而學(xué)習(xí)本身是種“身在此山中、云深不知處”的狀態(tài)，老師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生跳出最初迷茫的狀態(tài)，將記憶的知識轉(zhuǎn)化為理解再轉(zhuǎn)化為應(yīng)用，可以從下幾個方面加以提高。

對課程的認(rèn)識。讓學(xué)生認(rèn)識到課程的重要性，有效的方法是從疑問開始知識點的引入，什么是電力電子技術(shù)？應(yīng)用在什么場合？能實現(xiàn)什么功能？在日常生活中哪些地方涉及到？引導(dǎo)學(xué)生建立對課程的認(rèn)識，有足夠的重視，有一定的興趣，對后續(xù)課程學(xué)習(xí)非常重要。

課程的應(yīng)用擴展。大學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)更注重思考和應(yīng)用。當(dāng)知識變成看得見的裝置，會激勵學(xué)生學(xué)習(xí)動力和興趣。在教學(xué)過程中，注重對應(yīng)用層面的擴展。如講逆變電路時，擴展當(dāng)前廣泛應(yīng)用的光伏發(fā)電;講整流電路，擴展直流輸電的應(yīng)用，以及身邊各種充電設(shè)備等。

與其他課程的聯(lián)系。學(xué)無止境，學(xué)科與學(xué)科之間沒有嚴(yán)格的邊界。電力電子學(xué)起始于電子學(xué)，主要應(yīng)用于電力領(lǐng)域，又依賴于控制理論，同時需要高等數(shù)學(xué)、電路理論的基礎(chǔ)，還會涉及到專業(yè)英語詞匯。因此在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)知識綜合運用。如講到電力電子器件，需要模擬電子技術(shù)中半導(dǎo)體器件PN結(jié)的相關(guān)知識;講PWM（Pulse Width Modulation）控制技術(shù)，需要用電路慣性元件分析方法，以及適當(dāng)?shù)挠⒄Z去理解專業(yè)名詞等。在講課過程中適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生形成綜合學(xué)習(xí)的觀念，培養(yǎng)自學(xué)能力，也增強了課程的趣味性。

講課時注重邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评磉^程，培養(yǎng)學(xué)生理解性記憶。如何讓學(xué)生在抽象理論學(xué)習(xí)的過程中，建立相關(guān)認(rèn)知模型，并轉(zhuǎn)化為認(rèn)知理解的能力，需要老師在講解時加以引導(dǎo)。如晶閘管驅(qū)動信號，要從晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)講清楚，基于晶體管的PN結(jié)特性，需要電流信號驅(qū)動;采用雙晶體管組成正反饋電路，需要脈沖信號即可驅(qū)動。讓學(xué)生從原理上明白，是對知識的理解性記憶，而非死記硬背。

2.2 運用仿真工具輔助教學(xué)

想象力比知識更重要，在教學(xué)過程中如何引導(dǎo)學(xué)生展開豐富的想象力，選擇合適的仿真工具如MATLAB，Saber等，可以讓理論得以驗證，對學(xué)生的理解能力有很大幫助。特別是對于已經(jīng)學(xué)過MATLAB課程的學(xué)生，仿真工具的使用可以起到事半功倍的效果。講解案例：如何更有效理解理解PWM調(diào)制模式？以及逆變電路SPWM調(diào)制方式？這是一個比較抽象的理論，如果單憑課堂講解慣性環(huán)節(jié)面積等效原理的理論基礎(chǔ)，同學(xué)們很難在大腦里形成對應(yīng)的認(rèn)知模型，一個寬度變化斷續(xù)的波形如何等效成一個連續(xù)的正弦波形。通過搭建逆變電路的仿真模型，可以通過示波器很清楚的看到，寬度變化斷續(xù)的波形，經(jīng)過濾波之后，變成了一個連續(xù)的正弦波形，如圖1。示波器輸出直觀、清晰的仿真結(jié)果驗證理論，這樣學(xué)生對于理論知識有了一個清晰的解釋模型。而且學(xué)生在仿真的過程中可以改變參數(shù)、改變條件，得到不同的實驗結(jié)果，便于學(xué)生理解、探究、分析。特別在遇到更復(fù)雜的電路模型時，這種教學(xué)方法更有助于學(xué)生在疑問或者模糊的地方找到清晰的解決思路，也是一種有效的自學(xué)方法。在學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，比如相關(guān)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計過程中，靈活使用仿真工具可以為設(shè)計方案提供完整的系統(tǒng)模型，以及仿真數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果。

2.3 開展項目實驗式教學(xué)

為了培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，除了課堂上教學(xué)方式優(yōu)化，還應(yīng)該在教學(xué)過程穿插項目實驗式教學(xué)。具體實施方案為：設(shè)計一套與課程相關(guān)的項目裝置，包括單相整流、交流調(diào)壓、直流降壓斬波、直流升壓斬波、單相逆變、三相逆變等功能，與課堂進度相配合。

項目實驗式教學(xué)的具體安排為：（1）學(xué)生報名與分組，參與的同學(xué)需花大量的時間和精力去學(xué)習(xí)課本以外的知識，分組可以引入小組之間的競爭。（2）課程與項目結(jié)合。隨著課程的進度，督促學(xué)生進行主回路拓?fù)鋵W(xué)習(xí)、控制電路學(xué)習(xí)、軟件程序?qū)W習(xí)、硬件電路系統(tǒng)搭建、調(diào)試電路、分析實驗數(shù)據(jù)與波形。學(xué)習(xí)過程中學(xué)生每周提交工作總結(jié)與下周工作計劃，老師每周檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并定期與學(xué)生進行答疑。（3）學(xué)習(xí)成果展示。學(xué)生期末提交學(xué)習(xí)報告，進行驗收答辯，并發(fā)表一篇論文。圖2為項目實驗式教學(xué)過程中學(xué)生實驗交流。

這種教學(xué)培養(yǎng)模式效果顯著，首先要求學(xué)生平時時間都在實驗室學(xué)習(xí)研究，營造了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍。小組間引入競爭模式，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。其次遇到問題可以互相討論、利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源、主動咨詢老師，提高了分析問題解決問題的能力。再者通過學(xué)習(xí)實際電路，對知識的掌握更加扎實，對知識應(yīng)用更加靈活。實際應(yīng)用電路源于理論又比理論更復(fù)雜，在學(xué)習(xí)過程中可以加深對知識的理解。項目實驗式教學(xué)方法的實施，有助于提高自學(xué)能力和學(xué)習(xí)興趣，同時也為學(xué)習(xí)能力強的學(xué)生提供一種更好的學(xué)習(xí)通道。

3 ?結(jié)語

以上探討的教學(xué)方法在實踐教學(xué)中有一定成效。課堂教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生對課程的理解，有助于與其他課程知識聯(lián)系起來，融會貫通;仿真工具的使用，增加了學(xué)生自學(xué)的效率和途徑;項目實驗式教學(xué)的方法，對學(xué)生是一種挑戰(zhàn)，也有利于養(yǎng)成一種堅持學(xué)習(xí)自我約束的態(tài)度。通過對學(xué)生考核，他們學(xué)會了分析電路查找解決問題的方法，會用仿真工具輔助電路設(shè)計，會通過實驗調(diào)試對電路進行改進，并且養(yǎng)成了良好的自學(xué)能力。這種教學(xué)模式會在潛移默化中影響學(xué)生以后的學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)態(tài)度，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻

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