電力電子技術(shù)實踐教學改革方案探索

郭鑫 尹志勇 任曉琨

摘? 要 針對學校電力電子技術(shù)課程偏重理論灌輸，實踐環(huán)節(jié)偏弱，從而導致學生理論考試得分高、動手操作能力差的問題，提出改革教學內(nèi)容、改善教學條件、改變考核方式的實踐教學改革方案。通過一系列實踐教學改革，增強學生分析電路、模擬仿真、設(shè)計并調(diào)試電路的能力，切實將理論知識轉(zhuǎn)化為崗位任職技能。

關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù)；實踐教學；設(shè)計性實驗；MATLAB；仿真實驗

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）13-0077-03

0? 引言

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)已經(jīng)深入人們生活的方方面面，小到一個集成電路，大到航空航天技術(shù)研究，都有它的存在[1]。電力電子技術(shù)是電氣工程與自動化技術(shù)、應用電子技術(shù)、自動化等專業(yè)的主干課之一，具有貼近技術(shù)前沿、知識面寬、與實際生活結(jié)合緊密的特點，是一門應用性、綜合性和實踐性較強的課程[2]。在該課程教學中，實踐環(huán)節(jié)的作用不可替代。正因為如此，需要改變課堂理論授課為主+驗證性實驗輔助的教學方式，研究電力電子技術(shù)的實踐教學方法，在驗證性實驗的基礎(chǔ)上增加實踐性教學環(huán)節(jié)，特別是設(shè)計性實驗。

學校現(xiàn)有的電力電子技術(shù)課程偏重理論灌輸，實踐環(huán)節(jié)偏弱，導致學生理論考試得分高，動手操作能力差。由于院校培養(yǎng)的技術(shù)人才將來主要從事日常操作維護和檢修訓練等工作，這就決定了院校更應注重學生實踐操作能力的培養(yǎng)，要在做好理論知識教學的基礎(chǔ)上培養(yǎng)具備較強實踐能力的復合型人才。這就要求從根本上改變現(xiàn)有實踐教學的體系結(jié)構(gòu)，重構(gòu)電力電子技術(shù)實踐課程的教學模式。下面對此進行論述。

1? 電力電子技術(shù)教學存在的問題

1）教育思想陳舊，沒有深入研究課程的實驗教學內(nèi)容，只是將其作為課堂授課的輔助，沒有認識到實踐教學的重要性。

2）學校實驗設(shè)備老化且嚴重不足，現(xiàn)有的六個實驗臺服役時間很長，再加上歷屆學生不可避免的一些誤操作，致使部分實驗臺損壞而不能使用，目前只有一個實驗臺可以正常使用。

3）實驗設(shè)計古板，難以培養(yǎng)學生獨立思考能力。學生利用實驗臺完成驗證性實驗時，由于電路是采用模塊化設(shè)計并封裝的，無法看到內(nèi)部的電路是什么樣子，因此，做實驗時只是按照實驗步驟連接電路，生成波形并測試，驗證實驗結(jié)果與課本上的理論知識是一致的就算完成實驗。學生在實驗時無法進行獨立思考，更談不上從實驗中獲得靈感進行實驗創(chuàng)新以達到更高的目標。

4）由于部分實驗臺損壞，教師在上課時會采用MATLAB仿真軟件進行實驗驗證。不可否認，MATLAB功能非常強大，仿真效果也好，學生可以直觀地看到波形的變化。但是，由于課堂時間有限，只能教師做實驗學生看，沒有培養(yǎng)學生獨立使用MATLAB軟件仿真的能力。并且真實器件與仿真器件還是有區(qū)別的，所有的實驗都使用MATLAB軟件進行仿真，會對學生認識真實的電路和器件造成障礙。

5）在課程教學中沒有聯(lián)系實際，學生無法知道電力電子技術(shù)在崗位任職時有什么用，導致學生到工作崗位后，無法將所學知識應用到崗位工作中，不能適應信息化條件下的技術(shù)工作需要。

6）在課程的教學設(shè)計中缺少一個綜合的課程設(shè)計題目，學生缺少一個從設(shè)計到選元件、選設(shè)備再到實驗驗證的完整環(huán)節(jié)；學生不能發(fā)揮主觀能動性，對學到的知識進行一個綜合的應用設(shè)計。

2? 電力電子技術(shù)實踐教學改革方案

2.1? 改革實踐教學內(nèi)容

教學內(nèi)容的設(shè)計關(guān)系著實踐教學的教學質(zhì)量和學生的學習效率。為確保實踐教學的教學質(zhì)量，首先必須對教學內(nèi)容重新進行梳理，設(shè)計一些學生感興趣的實驗；其次，在授課過程中也要注意方式方法，引導學生去做實驗，培養(yǎng)學生的主觀能動性，變被動接受為主動參與，更好地完成實踐教學，培養(yǎng)學生的實踐動手能力。當然，改革實踐教學內(nèi)容不意味著完全拋棄現(xiàn)有的實驗內(nèi)容，而是應該在優(yōu)化現(xiàn)有的驗證性實驗的基礎(chǔ)上加入部分設(shè)計性實驗。

2.1.1? 優(yōu)化驗證性實驗? 學校在電力電子技術(shù)課程實踐教學上安排了10個學時，全部安排的是驗證性實驗，實驗內(nèi)容為電力電子器件檢測、單相及三相整流實驗、直流斬波電路、斬控式交流調(diào)壓電路實驗、逆變電路實驗、單相SPWM電路實驗，這些實驗的技術(shù)和知識面要求較高。在進行教學時，教師首先要對實驗內(nèi)容成竹在胸，這就要求自己先完成數(shù)次實驗，對實驗中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況了如指掌，能夠處理各種突發(fā)事件；其次，在學生進行實驗操作前要將各種電路的性質(zhì)、技術(shù)指標、實驗方法給學生講透，并將注意事項寫在黑板上，一方面可以確保學生人身安全和設(shè)備安全，另一方面可以確保實驗的順利完成；再次，對于學生做出的創(chuàng)新性實驗設(shè)計，即使這種設(shè)計存在問題，也要給出正面的評價，同時幫助學生查找問題、糾正錯誤，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維；最后，應該多與學生溝通交流，正所謂思維的碰撞才會產(chǎn)生創(chuàng)新的火花，而在產(chǎn)生這種創(chuàng)新的火花后應該及時捕捉，并和學生共同提出實驗課題，讓學生自主設(shè)計實驗方案，指導學生選擇儀器進行實驗操作，并對得出的實驗結(jié)果進行分析。另外，對完成從設(shè)計方案到實驗操作這一系列步驟的學生給予加分獎勵。

優(yōu)化后的電力電子技術(shù)驗證性實驗有效地彌補了教師示范做實驗、學生機械性地模仿模式的不足，讓學生親身參與，提升學生的興趣，從而有效地提高實踐教學的質(zhì)量。

2.1.2? 加入設(shè)計性實驗? 進行課程實踐教學時，驗證性實驗的作用主要是驗證書本上理論的正確性，對于啟發(fā)學生的思維、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、提高學生實際分析解決問題能力方面起到的作用較弱。教師應該加入設(shè)計性實驗，把電力電子技術(shù)實踐教學與實際生活相結(jié)合，與教研室的科研項目相結(jié)合，與實際使用的設(shè)備相結(jié)合，用實際的案例來引導學生思考，增強學生的積極性，自主設(shè)計并完成整個實驗過程。如講完逆變電路后，教師可以引導學生設(shè)計一個手機充電器電路，在整個實驗過程中，教師只答疑，不提意見，所有步驟都由學生完成。這樣一個實驗做下來，學生會有很多的靈感和疑問，在驗證靈感和解決疑問并完成實驗后會收獲極大的滿足感，同時可以更好地掌握逆變電路的結(jié)構(gòu)、其輸入和輸出的波形、相關(guān)參數(shù)設(shè)計等知識，從而取得理想的教學效果。

2.2? 改善實踐教學條件

2.2.1? 建立電力電子技術(shù)實驗室? 電力電子實驗室是開展實踐教學的基礎(chǔ)，是開展電力電子科學研究的前提條件，是學生的實踐訓練基地。實驗室不僅可以完成實踐教學任務，而且教師可以利用實驗室指導學生參加電力電子技術(shù)比賽，讓學生將所學的知識應用到實際中，讓學生感到學有所用，提升學生的學習興趣。因此，建立一個先進的、滿足當前教學需要的實驗室是非常有必要的。

2.2.2? 開展MATLAB仿真實驗? 電力電子技術(shù)實驗所采用的大多是功率器件，如三相電源、示波器等，費用高、操作難度大，且有一定的危險性。如果能夠用MATLAB軟件在電腦上進行仿真實驗，即用模擬元件代替實際元件，就既不用擔心昂貴的元件損壞，導致后續(xù)的實驗無法開展，也可以避免實驗中的事故。在此基礎(chǔ)上，再進行適當?shù)恼鎸嵭詫嶒?，則會收到事半功倍的實驗效果。因此，用MATLAB軟件并配合其他的一些虛擬實驗儀器開展虛擬仿真實驗，已成為一種新的教學輔助手段，為電力電子技術(shù)的實踐教學提供了一條新的途徑。

學校目前的電力電子技術(shù)實踐環(huán)節(jié)學時數(shù)較少，課堂時間只能完成部分的實驗內(nèi)容，剩余的實驗內(nèi)容只能留給學生課下來完成。這些剩余的實驗如果都采用真實性的實驗，則需要做很多的準備工作，如聯(lián)系教師開放實驗室，準備實驗設(shè)備、實驗器材等，而這些準備工作會耗費大量的時間?，F(xiàn)在的仿真技術(shù)非常強大，其中的MATLAB軟件具有強大的數(shù)學運算能力，在電氣工程和控制工程領(lǐng)域應用非常廣泛，并且Simulink中的電力系統(tǒng)工具箱專門用于解決電路、電力電子、電機等系統(tǒng)的仿真和分析。學生課下可以利用MATLAB來進行仿真實驗，一臺電腦就可以解決所有問題。同時，教師可以借助MATLAB給學生演示實驗過程，節(jié)省實踐教學的時間，從而留出更多的時間讓學生自己動手實踐。

2.3? 改變實踐考核方式

對教學進行考核的目的在于了解學生的學習效果，檢驗學生對知識的掌握情況。考核的內(nèi)容決定了教師的教學內(nèi)容和學生的學習方式。目前，學校的電力電子技術(shù)課程采用終結(jié)性考試和形成性考核相結(jié)合的考核方式。實踐部分的考核屬于形成性考核，占比不高。這種考核方式只強調(diào)學生對理論知識的掌握，忽視了學生將理論轉(zhuǎn)化為實踐的能力。學生為了通過考試而學習，實踐環(huán)節(jié)不受重視，導致只會紙上談兵。因此，必須改變這種重理論輕操作的考核方式。

2.3.1? 加大實踐成績的比重? 實踐考核檢驗的是對理論知識的掌握情況，以及將其轉(zhuǎn)化為實際應用的能力，是非常重要的。它的地位應與理論考核一致，實踐考核不通過應該也作為一項否定項，讓學生在實踐操作時多思考、多練習，提高實踐動手能力。

2.3.2? 合理設(shè)置實踐考核內(nèi)容? 在計算最終的實踐考核成績時，不能只將每次的實驗報告作為評價指標。首先應該加入學生日常的表現(xiàn)成績，如實驗項目的組織過程、操作失誤率等，在分數(shù)比例上應更為看重學生在實驗中的實際表現(xiàn)和能否通過實驗學到一些知識和動手的技巧；其次應加入一個綜合性的實驗環(huán)節(jié)，采用項目驅(qū)動[3]，把電力電子技術(shù)與實際設(shè)備相結(jié)合，讓學生利用所學的理論知識設(shè)計一個產(chǎn)品，通過對理論知識的綜合應用，讓學生接觸產(chǎn)品的設(shè)計流程，為其畢業(yè)后的崗位任職打好基礎(chǔ)。

2.3.3? 加入激勵措施? 就如汽車動起來需要動力一樣，改革方案的推廣也需要動力。建立科學的評價和激勵機制可以提升教師和學生參與實踐教學的熱情，從而推動改革方案向前發(fā)展。具體措施如下。

1）學生方面。鼓勵學生參加全國電子設(shè)計大賽，對于取得名次的學生，除了榮譽獎勵外，還要額外給予一定的物質(zhì)獎勵，激勵學生積極參與，激發(fā)學生的學習興趣，提高其動手能力。

2）教師方面。對指導學生參加電子設(shè)計大賽獲得名次的教師，給予一定的物質(zhì)獎勵，同時加入榮譽獎勵，在評先評優(yōu)和職稱提升方面優(yōu)先考慮。

3? 結(jié)束語

電力電子技術(shù)課程是一門實踐性很強的課程，該課程的實踐教學一方面可以幫助學生鞏固課堂上學習到的理論知識，另一方面可以鍛煉學生的動手實踐能力。要對電力電子技術(shù)實踐教學進行全方位探索和改革，創(chuàng)新教學內(nèi)容、改善教學條件、改變考核方法，以培養(yǎng)具備較強實踐能力的復合型人才為目標，全面提升學生的綜合素質(zhì)。

參考文獻

[1]王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]李興寧，陳震，王書杰.電力電子技術(shù)實踐教學的改革[J].實驗室研究與探索，2008（1）：162-165.

[3]唐緯.基于“項目驅(qū)動”的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010（5）：130-132，154.