談項目教學法在開關電源技術教學中的運用

王 磊

高頻開關電源技術是高等院校中電氣工程及自動化的專業(yè)方向之一，高頻開關電源原理與設計是此方向的專業(yè)主干課程之一，起到承上啟下的作用。高頻開關電源技術是一門內(nèi)容豐富、涉及知識面寬、信息量大的交叉學科課程，在專業(yè)的課程體系中具有承上啟下的作用。從課程設置的上下銜接來說，工科自動化專業(yè)計算機控制系統(tǒng)課程主要在自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、模擬電子、數(shù)字電子等理論課的基礎上進行深化；在微機原理、單片機原理等課程的基礎上進行工程應用的實踐。要上好這門課，對教師要求較高。除了相關課程的理論基礎外，還要有一定的實踐經(jīng)驗，授課時要樹立理論為先、實踐第一的思想，堅持理論聯(lián)系實際。由于與眾多課程的知識相交叉，難度較大，目前高等院校關于此課程的教材較少，而且教材的針對性不夠，知識結(jié)構不太合理，學生反映難以應用于實踐，在理論上抽象和難于理解。為解決上述問題，作者嘗試在教學中引入項目教學法。

一、應用項目教學法的必要性

項目教學法在21世紀初引入我國教育領域，主要應用于職業(yè)教育。該教學法有針對性地培養(yǎng)學生的某項實踐技能，與傳統(tǒng)教學相比收到了更好的教學效果。但項目教學法的應用研究在國內(nèi)高校教育特別是本科教育中較少。

目前，我國的高校畢業(yè)生面臨很大的就業(yè)壓力，一方面是因為普通高校不斷擴招，使大學畢業(yè)生驟增；另一方面由于高校側(cè)重培養(yǎng)科學型人才，學生的社會能力、實踐能力和協(xié)作能力欠缺，用人單位不愿接收。就專業(yè)而言，開關電源產(chǎn)業(yè)非常巨大，而且由于其發(fā)展主要取決于半導體等其他行業(yè)的突破，已被定義為勞動密集型產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)已多數(shù)轉(zhuǎn)移到中國，掌握電源技術后有很多的就業(yè)機會。針對于此，筆者提出以把教學、實驗與工作和科學研究時采用的體制和設計過程接軌，輔以對學生課外興趣小組的管理，以保證多數(shù)的學生學到扎實的技術，一部分具有進一步深造的理論基礎。為此本文在教學實踐的基礎上，結(jié)合項目教學法，提出了從教學組織、實驗管理到課外興趣小組的電源技術課程體系安排，希望與同行共勉。

項目教學法是源于建構主義學習理論的一種教學方法，是師生以實施一個完整的項目工作的形式進行的教學活動。用項目教學法的思想統(tǒng)領教學工作，共分為三部分，分別是教學、實驗和課外項目組。教學和實驗兩部分對所有學生實施，形成有機整體，按學習內(nèi)容階段性構成四個項目；課外項目組是對學有余力的同學組織課外小組。

二、課堂教學內(nèi)容的組織

課堂教學是教學的重點和其他教學活動的出發(fā)點。首先要對課堂內(nèi)容進行有機的組織，對教學內(nèi)容按照掌握的需要劃分層次，引導學生在有限的時間內(nèi)學到實用的技術。教學內(nèi)容組織的原則是根據(jù)課程定位，兼顧基礎性、實用性，注重基本理論和工程應用價值，舍去艱深的理論，最小/最簡單電源系統(tǒng)，完成最基本的功能，再求進一步教學。教學與實驗相依托，主要確保多數(shù)學生不掉隊。選定的課程四部分核心內(nèi)容為：（1）基本器件，半導體二極管、功率MOS管的特性和選型；磁性器件電感、變壓器的構造、設計原理；（2）基本變換器，升壓、降壓、升降壓等八種非隔離基本變換器，正激、反激、半橋、全橋、推挽等常見隔離變換器；（3）整流器，單相/三相不控/全控全波整流電路結(jié)構、典型波形及運行原理；（4）逆變器和UPS的構成，單相/三相逆變電路的結(jié)構、典型波形及運行原理，UPS的運行原理。（1）、（2）部分是重點和難點，理解之后可以對（3）、（4）部分進行自學教學。相關的內(nèi)容要精講多練。同時可以適當介紹電源技術的學術發(fā)展動態(tài)和目前面臨的問題，激發(fā)學生探索的興趣。

教學中要著重抓好入門環(huán)節(jié)，萬事開頭難，要以作業(yè)的形式敦促學生在一部分內(nèi)容開始前自學。入門環(huán)節(jié)是強制學生對課程進行全面預習和把握，具體是要求學生在每部分課程開始前準備一篇綜述性的研究報告。主要涉及電源技術的起源、歷史、關鍵性技術、研究熱點和發(fā)展趨勢等。經(jīng)過這個環(huán)節(jié)，能夠消除學生在學習該課程時的盲目性，激發(fā)他們繼續(xù)學習的興趣。

教學過程中，教給學生學習的方法比傳授知識更重要。教師主要注意以下問題。第一，在討論式教學中以提問題開始，引導學生獨立思考，以解決問題結(jié)束。注意立足實際提出問題，避免為問題而提問。第二，從動手實踐中找到樂趣?！芭d趣是最好的老師”，有了興趣和樂趣，就能夠事半功倍。第三，學會綜合。電源技術的問題，很多可以從網(wǎng)上找到解答，但多數(shù)解答都是不全的，需要一定的甄別能力。本課程的特點之一就是綜合，包括多門課程的知識綜合，理論與實踐的綜合等。所以要在課程學習中注重培養(yǎng)學生的綜合能力和解決問題的能力。

三、實驗教學的設計和管理

傳統(tǒng)的以課堂講授為主、實驗為輔的教學模式對這門課不太適合，因為這門課的實踐性很強，如果學生學了這門課不會設計和動手制作簡單的電源就是教學的失敗。與一般的驗證型實驗不同，新的實驗教學的設計是所有的元器件都在相應的柜子里，要學生自己按照電路圖找齊，在萬能板上焊接。這個過程和實際工作中的動手過程差別不大。在實驗室開放的時候，學生可以自己到實驗室來按自己設計的電路焊接。

實驗教學必須與理論教學并行，針對課堂上每部分內(nèi)容都有對應的實驗用來加深印象，如基本器件部分的半導體二極管、功率MOS管。學生自己在網(wǎng)上按型號找說明書，找出說明書中的應用典型電路，以及器件的重要參數(shù)值，如導通電阻耐壓、耐電流。學會元器件的識別與檢測，掌握穿孔元件安裝和焊接技能，學會萬用表、電子毫伏表和示波器使用方法，并摘取說明器件典型特性的實驗波形和學到的知識相對照，形成完整的測試報告。

通過由元件到電路的過程，同學們不僅強化了課堂內(nèi)容的理解，而且親身實踐了實際產(chǎn)品設計的全過程。除了基礎實驗，我們按照從淺入深設計了四個綜合實驗：（1）主電路的制作。給出對升壓電路詳細的主電路設計要求，要學生完成對主電路的設計，包括對開關管、輸出整流管的選型、電感的設計。通過兩輪的論證、講評，確定最終方案后開始制作。（2）控制電路的制作。給出對升壓電路詳細的控制電路設計要求，要學生完成對控制電路的設計，包括控制芯片的選擇、固定開關頻率脈沖發(fā)生電路、過壓、過流保護電路和反饋閉環(huán)電路。通過兩輪的論證、講評，確定最終方案后開始制作。（3）升壓電路制作調(diào)試。將前面兩部分電路聯(lián)接在一起進行調(diào)試，首先對閉環(huán)部分，通過示波器觀測各點的波形，看系統(tǒng)目前存在的問題的類型；按照閉環(huán)調(diào)試的方法改變環(huán)路參數(shù)。（4）40W反激電源的制作。這個電源的完整設計制作工作量是比較大的，包含了前面三堂實驗課的內(nèi)容，而且增加了變壓器設計這一項，同樣需要論證、講評后才讓學生開始制作。

上述實驗較為復雜，學生如果能夠掌握，走上工作崗位就能夠適應實際工作。要求在監(jiān)督下至少能夠完成前三個，如果難以完成可以重復別人的實驗方案多做一次，一定要確保獨立過關。

四、課外項目組的實施和管理

課外項目組可以以申請創(chuàng)新研發(fā)團隊的名義組織學有余力的學生進入課外項目組。項目的來源要結(jié)合手中的橫向、縱向項目，包括教材編寫、實際產(chǎn)品，如逆變器的設計制作。為增加與自己研究相關的硬件積累也可以立項，制作系列電源。

課外項目組的實施以學生為中心，老師抽時間指導。選擇勤奮、有責任心和上進心的學生作為領導，對老師直接負責。學生按其能力和專長形成三個梯隊，能力稍低的負責找元件、焊接，稍強的學生負責調(diào)試、測試、修理，最好的則負責畫PCB板、設計。

學生中一部分進入核心項目組，一部分僅是為畢業(yè)設計和將來找工作積累經(jīng)驗。進入項目組主要依據(jù)其能力、勤奮程度、主觀意愿等。對項目制定時間計劃，要求按進度完成。學生的進一步技術培訓包括電路仿真技術和數(shù)字控制在電源控制中的應用。

項目教學法要取得最佳教學效果，需要學生的配合，學生的薪酬會給他們更多的動力，讓項目得以更好完成，學生的責任心也會更強。學校相應的硬件條件也很重要，實驗室全開放，項目組應注入一定資金，這樣學生自由實驗不受資源和時間的限制。項目組要形成完善的管理體系，對教師投入的精力要求較多，體系建成后的維護也非常重要。

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