電力電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的研究

賈滿滿，賀珂

(1.商丘師范學(xué)院 物理與電氣信息學(xué)院,河南 商丘 476000；2.鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州451450)

電力電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的研究

賈滿滿1，賀珂2

(1.商丘師范學(xué)院 物理與電氣信息學(xué)院,河南 商丘 476000；2.鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州451450)

電力電子技術(shù)實驗教學(xué)扮演著重要的角色，以往單一的驗證性實驗教學(xué)已無法滿足當前電力電子技術(shù)教學(xué)的需要.精簡驗證性實驗，增加綜合性、設(shè)計性實驗，并引入計算機仿真技術(shù)，是進行實驗教學(xué)改革的重要措施.

電力電子技術(shù)；實驗教學(xué)；課程設(shè)計；計算機仿真

電力電子技術(shù)是弱電控制強電的技術(shù)，因為該課程的實踐性強，理論較抽象，所以概念需要通過實驗才能獲得深入的理解.電力電子技術(shù)實驗教學(xué)通過動手設(shè)計并調(diào)試電路，可以深化和補充理論教學(xué)，強化理論教學(xué)與實驗的結(jié)合，可以提高學(xué)生獨立分析、解決實際問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計的能力.同時注意培養(yǎng)學(xué)生嚴謹認真的科學(xué)作風(fēng)與良好的實驗態(tài)度[1,2].而對于剛學(xué)習(xí)這門實驗課程的學(xué)生操作起來會有很大難度，實驗過程中操作錯誤對元器件的影響是很大的，特別是強電與弱電的接口部分[3].針對當前電力電子技術(shù)實驗教學(xué)過程存在的不足，提出了實驗教學(xué)的改革內(nèi)容：提供開放的實驗教學(xué)，開展研究性實驗教學(xué)，并改革實驗平臺.實施這些有效的方法后，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新性能力，并培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，獲得了良好的教學(xué)成果.

1 增加綜合性與設(shè)計性實驗

我校把部分理論教學(xué)課程搬到實驗室，在教師理論分析的學(xué)生利用實驗儀器進行驗證，通過理性認識與感性認識的結(jié)合，加強了學(xué)生對理論知識的理解.在教師講解完理論知識，學(xué)生可以進行驗證性實驗，以鞏固剛學(xué)的理論知識.對于不同的學(xué)生結(jié)合在操作過程中所遇到的具體問題，給予學(xué)生必要的講解，實現(xiàn)電力電子技術(shù)實驗教學(xué)中的因材施教.同時在電力電子技術(shù)實驗教學(xué)過程中，教師整理常見的錯誤，并組織學(xué)生討論解決，達到學(xué)生強化電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)的目的.

現(xiàn)在實驗室的儀器基本可以滿足基礎(chǔ)性實驗的需要，但綜合設(shè)計性實驗需要逐漸增加.在電力電子技術(shù)實驗中為了改革以基礎(chǔ)性實驗為主的教學(xué)模式，實驗教學(xué)可由基礎(chǔ)實驗、課程設(shè)計、創(chuàng)新型研究課題組成.我?？稍趯嶒灲虒W(xué)的選擇上，按照驗證性、設(shè)計性與綜合性實驗相結(jié)合的原則編寫教學(xué)大綱，大綱中每個實驗后都有思考題，讓學(xué)生獨立完成思考題，提高學(xué)生分析問題的能力，進而擴寬知識面.我校依據(jù)各工科專業(yè)的需要和理論教學(xué)的進度，電力電子技術(shù)實驗教學(xué)由三個層次組成.

基礎(chǔ)實驗：根據(jù)電力電子技術(shù)理論課的進度，以單元實驗為主，通過驗證基礎(chǔ)性實驗，使學(xué)生熟悉典型電路的基本原理.在有關(guān)章節(jié)的理論教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生就可以進行驗證性實驗，進而使學(xué)生掌握所學(xué)的理論知識.在實驗中保留整流電路和逆變電路的驗證性實驗，可以使學(xué)生對電力電子技術(shù)的實際應(yīng)用有清楚的認識.

設(shè)計性實驗：在完成基礎(chǔ)實驗的前提下，教師提出設(shè)計性實驗，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，僅給出基本的設(shè)計方法與設(shè)計思想，不給出學(xué)生具體的電路圖，通過學(xué)生自己查看相關(guān)資料后，自定設(shè)計方案和設(shè)計電路.通過完成設(shè)計性實驗，可以提高學(xué)生獨立解決實際問題和知識的應(yīng)用能力.對于直流斬波、交-交變頻及PWM控制技術(shù)相關(guān)的實驗，教師可以提出設(shè)計性實驗.在教師提供電路參數(shù)后，學(xué)生可設(shè)計主電路、驅(qū)動電路及保護電路等，最終設(shè)計出合適的電路[4,5].

綜合性實驗：是基于上述實驗完成后開展的，目的在于使學(xué)生熟悉所學(xué)的知識，并提高學(xué)生利用所掌握的知識解決難題的能力.設(shè)計的內(nèi)容是自選題目，培養(yǎng)學(xué)生在實驗中提高自己的創(chuàng)造力.實驗中學(xué)生需要運用所學(xué)的知識獨立設(shè)計和調(diào)試，分析實驗結(jié)果，并撰寫實驗報告.目的在于培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計與調(diào)試的能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力與綜合能力.綜合設(shè)計性實驗有較大的難度，但是具有一定的吸引力.對于學(xué)生，不但可以提高學(xué)生的操作技能，也發(fā)揮了學(xué)生的主動性.增加綜合性實驗內(nèi)容：基于單片機的三相橋式整流電路的設(shè)計，就是利用單片機硬件與軟件，設(shè)計一種觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的方法，以滿足三相橋式整流電路的需要，教師提出實驗要求，學(xué)生自主設(shè)計并調(diào)試電路.此實驗內(nèi)容把《單片機》與《電力電子技術(shù)》相結(jié)合，能夠使學(xué)生理解它們之間的聯(lián)系及單片機的實際應(yīng)用.另外，《電力電子技術(shù)》也可以和《工廠供電》相結(jié)合，比如提出“高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計”的實驗.

以往的實驗教學(xué)，學(xué)生對教師具有依賴性，實驗過程中出現(xiàn)了問題即找教師解決.為了使學(xué)生認識到實驗的重要性，在實驗教學(xué)改革過程中教師采用啟發(fā)式進行指導(dǎo)，并提出如何分析問題和指出解決問題的方法，通過學(xué)生獨立思考并尋找解決問題的途徑，通過在實驗中檢驗，進而提高學(xué)生自行解決實際問題的能力.

2 增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)

學(xué)生在完成基本實驗后可參加課程設(shè)計，并在課程設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)生需要通過自學(xué)相關(guān)內(nèi)容才可以設(shè)計出方案，課程設(shè)計是在整個學(xué)習(xí)過程中的綜合實踐，是實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié).以往電力電子技術(shù)教學(xué)過程中沒有課程設(shè)計，部分學(xué)生學(xué)完課程后，僅僅知道書本上的一些原理知識，對于電力電子技術(shù)的實際應(yīng)用并不了解.課程設(shè)計可以是3～4名學(xué)生做一個專題，學(xué)生相互合作完成設(shè)計題目.由于時間的限制，課程設(shè)計要求用仿真軟件仿真出結(jié)果.通過課程設(shè)計促使學(xué)生把電力電子技術(shù)及其它課程的理論知識相融合，使學(xué)生認識到課程之間的知識點是相互聯(lián)系的，進而培養(yǎng)學(xué)生分析實際問題的綜合能力.

3 利用仿真軟件增加虛擬實驗

電力電子技術(shù)實驗教學(xué)用到的是各功率器件，三相交流電源與示波器等，其成本高昂且具有危險性.可以在電力電子技術(shù)實驗中引入計算機仿真，把電子仿真軟件PSPICE和MATLAB引入到電力電子技術(shù)實驗中，不僅可彌補實驗設(shè)備數(shù)量不足的缺點，還不用擔心實驗設(shè)備損壞和人身安全問題.仿真實驗沒有時間與地點的限制，學(xué)生也可在課外用計算機仿真，從而克服了實驗課時有限的不足.計算機仿真是使用仿真軟件對被控對象的數(shù)學(xué)模型進行仿真，直觀地顯示電路的工作狀態(tài)與系統(tǒng)波形，可以起到虛擬實驗的教學(xué)目標，計算機仿真的優(yōu)點是精度高和重復(fù)性好[6,7].讓學(xué)生按照課題設(shè)計的重點和需要對實際模型進行建模，這樣有利于學(xué)生加深所學(xué)的理論知識，而且為學(xué)生將來從事工程設(shè)計打下基礎(chǔ).

4 結(jié)束語

本文通過對電力電子技術(shù)實驗教學(xué)一系列改革，可以提高學(xué)生的動手能力與解決實際問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力與科學(xué)研究的能力.通過綜合使用多種實驗教學(xué)方法，使電力電子技術(shù)實驗變得有趣且有創(chuàng)造力，有利于提高學(xué)生做實驗的積極性，并加深學(xué)生對電力電子技術(shù)理論知識的理解.

[1] 潘海鵬，雷美珍，夏永明,等.電力電子技術(shù)課程實驗教學(xué)改革與探索[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010,24(1): 105-108.

[2] 葛瑜，王武.電力電子技術(shù)遞階式實驗教學(xué)研究[J].實驗技術(shù)與管理，2011,28(5): 156-159.

[3] 李興寧，陳震，王書杰.電力電子技術(shù)實踐教學(xué)的改革[J].實驗室研究與探索2008,27(1): 162-165.

[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)(第4版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[5] 王春鳳，李旭春，薛文軒，等.電力電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2011,30(9):127-129.

[6] 吳杰，詹習(xí)生.師范院校工科實驗教學(xué)改革與探討[J]. 中國電力教育，2013,30(4):134-135.

[7] 趙濤，張麗華，徐開蕓，等.Pspice在電力電子技術(shù)教學(xué)改革實踐中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2009,21(6):123-127.

【責(zé)任編輯：王軍】

Research on the reform of power electronic technology experiment teaching

JIA Manman1,HE Ke2

(College of Physics and Electrical Information, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000,China;2.Zhengzhou Electric Power of Career Technical College,Zhengzhou 451450,China)

The power electronic technology experiment teaching plays an important role, the single verification experiment teaching has been unable to meet the needs of current power electronic technology teaching. To streamline the verification experiment, increase the comprehensive and designed experiments, introduce the computer simulation technology, are the important measures for the reform of experiment teaching.

power electronic technology;experiment teaching; curriculum design;computer simulation

2014-04-10；

2014-04-29

商丘師范學(xué)院青年科研基金資助項目( 2011QN13)；商丘師范學(xué)院教改項目(項目名稱：固體物理學(xué)教學(xué)的改革與實踐)；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點項目(12B140012，13B140191)

賈滿滿(1983-)，女，河南商丘人，商丘師范學(xué)院助教，碩士,主要從事控制理論與應(yīng)用的研究.

G642.0

A

1672-3600(2015)03-0135-02