電力電子技術(shù)課程的應(yīng)用型教學(xué)改革探索

陳佩軍

[摘 要]電力電子技術(shù)課程是檢測技術(shù)及自動化方向的專業(yè)限選課。通過在“卓越計劃”背景下對電力電子技術(shù)課程應(yīng)用型改革研究，可以探討改革過程中如何實現(xiàn)知識點與工程應(yīng)用無縫連接的問題，提出將項目教學(xué)法引入課堂中，增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，調(diào)整考核方式的改革方案，完善課程體系，滿足學(xué)生工程能力訓(xùn)練要求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

[關(guān)鍵詞]電力電子 卓越計劃 教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）02-0161-02

2014年3月，教育部提出將2000年后近700所“專升本”的地方本科院校逐步轉(zhuǎn)型為現(xiàn)代職業(yè)教育，重點培養(yǎng)工程師、高級技工、高素質(zhì)勞動者。2002年專升本成功的安徽黃山學(xué)院以2011年省級質(zhì)量工程“卓越工程師計劃”為契機(jī)，進(jìn)行專業(yè)改革，逐步向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型。機(jī)電工程學(xué)院自動化專業(yè)成立于2008年，是一個即年輕又充滿活力的專業(yè)，有幸成為本校首批實施“卓越計劃”的專業(yè)。從本專業(yè)2011級自動化專業(yè)學(xué)生中遴選出40名學(xué)生成立卓越班，作為應(yīng)用型改革的試點班級，進(jìn)行相關(guān)課程教學(xué)改革建設(shè)。

一、電力電子技術(shù)課程“卓越計劃”改革試點

近年來，電力電子設(shè)備作為“綠色能源”在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣，包括電氣節(jié)能、新能源發(fā)電、電力牽引、智能電網(wǎng)等等[1]，相關(guān)職位有軟硬件研發(fā)工程師、調(diào)試工程師、設(shè)備銷售經(jīng)理等等，企業(yè)對于各層次技術(shù)人員的需求量日益增加。

為了能夠使自動化畢業(yè)生走出校門具有較強(qiáng)競爭力，專業(yè)從社會需求為出發(fā)點，以學(xué)生工程實踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行專業(yè)改革建設(shè)。電力電子技術(shù)課程是檢測技術(shù)及自動化方向的專業(yè)限選課。為此，將電力電子技術(shù)課程作為本專業(yè)改革課程之一。

二、課程改革效果及問題

（一）改革從課程地位、教學(xué)內(nèi)容和方法、考核方法展開，取得一定的效果

首先提高課程的地位，從專業(yè)限選課調(diào)整為專業(yè)必修課。原先課程學(xué)分為2.5分，包含32理論課時+8實驗課時；調(diào)整后課程學(xué)分為3.5學(xué)分，包含48理論課時+12實驗課時。一方面增加理論課時量，以往只做簡單介紹的直交逆變和交交變流技術(shù)也成為重點內(nèi)容，這樣理論課對四類變流技術(shù)都將進(jìn)行詳細(xì)介紹。另一方面增加實驗課時，添加兩個具有設(shè)計類的實驗題目——直流斬波電路設(shè)計與性能研究、整流電路的有源功率因數(shù)校正研究。加上之前的4個實驗題目，共有6個實驗題目。教學(xué)方法中利用flash動畫等多媒體手段并結(jié)合板書來講解，便于分析與理解。[2]考核成績由平時成績10%，實驗成績30%，期末成績60%組成，考試題型中記憶類的題型分值減少，增加工程分析題和設(shè)計題型的分值。

這些改革措施提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善了學(xué)習(xí)態(tài)度，使學(xué)生對于電力電子技術(shù)有了一定的認(rèn)識。

（二）問題分析

一方面對于學(xué)生而言，沒有親自安裝或拆除過電力電子設(shè)備，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有感性認(rèn)識，加上書本中復(fù)雜電路原理圖和電壓電流曲線，使得知識點比較抽象，難于理解；同時實驗設(shè)備條件限制，無法做全所有四類變流技術(shù)，且實驗項目大多是驗證類，設(shè)計性和分析性的實驗較少。總體來說，距應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)還存在差距，課程中缺乏工程實踐能力的訓(xùn)練，需要將工程應(yīng)用案例引入教學(xué)過程中。另一方面對于教師而言，應(yīng)用型課程需要教師具有較高的工程實踐能力，然而目前教師的工程專業(yè)知識有限，工程項目較少，需要教師不斷的提升自身的工程能力，積極申報省級或者國家大學(xué)生工程項目。

三、課程體系的完善

借鑒兄弟院校的經(jīng)驗，結(jié)合黃山學(xué)院自身的特點，電力電子技術(shù)課程仍然需要完善，課程體系的完善從課堂教學(xué)、實踐教學(xué)和考核方式展開。

首先課程學(xué)分不變的基礎(chǔ)上，增加了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。[3]調(diào)整理論課時為32課時，實驗教學(xué)為12課時，實踐教學(xué)為16課時。

（一）課堂教學(xué)引入項目教學(xué)法。[4] [5]2012年筆者申報了全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“基于DSP2812的三相頻率電壓可調(diào)的小功率逆變電源的研究”，現(xiàn)已結(jié)題。利用該項目可以構(gòu)建虛擬的工程項目。如圖1所示，原有的逆變系統(tǒng)由6個基本模塊化組成，若按要求進(jìn)行組合，結(jié)合相應(yīng)的控制對象，可實現(xiàn)四類變流技術(shù)的虛擬項目設(shè)計。有了虛擬項目就可以進(jìn)行項目教學(xué)。

項目教學(xué)的思路如圖2所示，從虛擬項目的控制對象所要達(dá)到的控制需求為出發(fā)點；進(jìn)行開關(guān)器件選型、原理介紹，講解變流技術(shù)的基本原理，選擇PWM控制算法，選擇采樣信號，組成閉環(huán)系統(tǒng)；最后討論算法中的參數(shù)與輸出結(jié)果的關(guān)系，達(dá)到輸出效果，滿足控制需求。這樣一個過程，比單純講解電壓電流曲線更加有工程意義，學(xué)生也更能容易理解和掌握。

講解過程不按照書本的章節(jié)順序，而是按照完成項目實施過程為順序，包括項目背景、設(shè)計要求、詳細(xì)方案、技術(shù)線路、現(xiàn)場調(diào)試過程、驗收標(biāo)準(zhǔn)，其中重點講解設(shè)計要求、詳細(xì)方案和驗收標(biāo)準(zhǔn)。講解過程中的知識點可能是跨學(xué)科的、跨課程的、跨章節(jié)的，將它們?nèi)谌胝麄€教學(xué)過程中并連貫成為一個系統(tǒng)，這樣學(xué)生能夠從宏觀應(yīng)用的角度真正認(rèn)識電力電子技術(shù)。

（二）對于實驗沒有涉及的變流技術(shù)，利用實踐教學(xué)[6]來完成，分為硬件設(shè)計和軟件仿真。硬件設(shè)計方面，利用89C51單片機(jī)設(shè)計控制板，完成SPWM和SVPWM波形分析與設(shè)計；軟件仿真方面，利用Simulink仿真工具中的電源模塊、電力電子模塊、電機(jī)模塊，完成雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真設(shè)計、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計、恒壓頻比交流調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計。每個設(shè)計以小組形式完成，以設(shè)計效果和設(shè)計報告為考核依據(jù)。這樣可以鍛煉學(xué)生的動手動腦能力，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神。

（三）為了考查學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果。采用PSF考核方式，即過程參與考核方法，如圖3所示，它由課程參與度評價（participate）、系列的過程評價（series）、期末考核（final）組成。這種方法能夠顯示學(xué)生對課程的參與程度。

四、總結(jié)與思考

今年是電力電子技術(shù)課程改革試點的第二年，專業(yè)將繼續(xù)圍繞“應(yīng)用型”進(jìn)行課程改革建設(shè)，將項目教學(xué)法引入課堂，增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生主動參與課程教學(xué)過程中，提高學(xué)生的工程能力訓(xùn)練效果。

同時還有相關(guān)問題需要思考，比如電力電子技術(shù)課程將會在非卓越班開課，如何對待卓越班與非卓越班的差別？項目教學(xué)法的硬件條件和軟件條件比較簡陋，如何對硬件和軟件進(jìn)行完善？項目教學(xué)法涉及的知識點眾多，如何實現(xiàn)知識點與項目的無縫連接？這些問題只有通過教學(xué)實踐來解決。

[ 注 釋 ]

[1] 趙爭鳴.電力電子技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展熱點綜述[J].變頻器世界，2010（1）：41-44.

[2] 李平.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”下的電力電子技術(shù)教改探索[J].中國科技信息，2012（17）：152-153.

[3] 孫書芳.“應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型”電類專業(yè)電力電子課程教學(xué)改革與實踐[J].中國電力教育，2011（25）：97-98.

[4] 要麗娟.項目教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報，2010（3）：91-93.

[5] 葛笑寒.基于“教學(xué)做一體化”的電力電子課程教學(xué)設(shè)計[J].科技信息，2011（32）：261-262.

[6] 胡新新.《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)改革研究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（8）：194.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]