卓越計劃下電氣專業(yè)電力電子技術課程教改實踐

◆朱永勝 董燕 肖俊明

卓越計劃下電氣專業(yè)電力電子技術課程教改實踐

◆朱永勝 董燕 肖俊明

針對卓越工程師計劃對電氣專業(yè)電力電子技術課程提出的新要求，從教學內(nèi)容、教學手段、實踐環(huán)節(jié)等方面進行改革與探索。相關教改措施在有效改善教學質(zhì)量的同時，顯著提高了學生的工程實踐與創(chuàng)新能力。

卓越工程師；電力電子技術；教學改革

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.078

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱卓越計劃）是國家對中國特色工程教育模式的有益探索，旨在培養(yǎng)造就一大批工程素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強的復合型技術人才［1］。電力電子技術是以相關器件和變流技術為基礎，以提高用電效率和改善用電品質(zhì)為目的，且在新型智能電網(wǎng)環(huán)境下，對新能源接入至關重要的專業(yè)基礎課程［2］，在電氣工程相關專業(yè)課程體系中占有重要地位［3-4］。為適應卓越工程師的培養(yǎng)模式，也為了實踐中原工學院“智能電網(wǎng)方向”卓越計劃的具體培養(yǎng)要求［5］，課程組對電氣專業(yè)卓越工程師班的電力電子技術課程進行了教學內(nèi)容、教學手段等方面的改革與優(yōu)化，為后續(xù)專業(yè)方向課程的學習與實踐提供良好的知識及技術儲備，也為相關課程的教學改革提供了可借鑒的思路。

1　優(yōu)化教學內(nèi)容

近年來，以IGBT、電力MOSFET等全控型器件為核心的變流電路逐漸占據(jù)市場的主導地位。此外，在智能電網(wǎng)領域，以FACTS裝置、高壓直流輸電為代表的大容量變流系統(tǒng)也得到廣泛應用，這對電力電子技術課程的教學提出更高的要求。在卓越背景下，對工程性如此強的電力電子課程，不僅要講清楚器件的性能和參數(shù)，分析電路的主要工作過程，而且應該再由電路深化到電力電子系統(tǒng)。這樣才能讓學生對整個技術的應用及其背景有更清晰和明確的認識，避免理論與實踐脫節(jié)。因此，在本課程的教學內(nèi)容方面，課程組不斷對其進行優(yōu)化。

1）對現(xiàn)有教學章節(jié)進行模塊化整合，將其劃分為器件、電路、系統(tǒng)三部分。其中，器件包含電力電子器件及其共性問題章節(jié)；電路包括交直、直交、直直、交交四種變流技術章節(jié)；系統(tǒng)包括PWM、軟開關及電力電子技術的應用章節(jié)。

2）加大對半控、全控型器件的講解及分析力度，重點突出其動態(tài)特性分析及相關參數(shù)計算，為在實際中對器件的選型打下基礎。

3）壓縮傳統(tǒng)四種變流電路的教學學時，增加應用章節(jié)的教學學時，重點突出功率因數(shù)校正技術、變頻調(diào)速以及電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用部分，以便和智能電網(wǎng)的實際背景相銜接。

2　多樣化教學手段

改進教學方式 擺脫以“教師為中心”的傳統(tǒng)教學模式，采用引導型教學方式，注重教學過程中的互動性和學生分析解決問題能力的培養(yǎng)。授課過程中通過“提出問題—集體討論—獲得結論—教學驗證”的方法，將學生被動接受知識的過程轉(zhuǎn)化為其不斷解決問題的過程，并在此過程中加深對相關理論的理解，訓練其分析和解決問題的能力。比如在電力電子系統(tǒng)的講解部分，結合實際裝置的應用背景，首先通過視頻進行感性認識，其次進行工作原理的介紹，再提出思考的問題，共同討論后再講解，最后給出仿真結果。采用這種課堂啟發(fā)式教學方法，使學生帶著疑問上課，激發(fā)其學習興趣，從而根本上提高學習的目的性和方向性，以增強學習效果。

作者：朱永勝，中原工學院電子信息學院講師，主要從事電力系統(tǒng)方面的教學與研究工作；董燕，中原工學院電子信息學院副教授，主要從事電工理論與新技術方面的教學與研究工作；肖俊明，中原工學院電子信息學院教授，主要從事電力電子技術方面的教學與研究工作（450007）。

精心設計多媒體課件 電力電子技術課程重視對電路及其工作波形的分析，而利用PowerPoint、多媒體視頻等技術手段形象地演示電路的工作過程，不僅使波形分析更為直觀，還能方便地展示電路在不同條件下的運行狀態(tài)，以及相關課程內(nèi)容在實際場景中的應用情況。比如利用PPT動畫來演示四種變流電路中負載及晶閘管上的電壓、電流波形轉(zhuǎn)化過程，用緩慢改變的不同顏色電壓和電流曲線來展示隨時間而產(chǎn)生的變化，加深學生對該電路工作原理的理解。

充分利用仿真軟件 利用仿真軟件對電力電子技術課程進行輔助教學。以MATLAB為例，該軟件具有電氣工程專業(yè)的仿真工具和專門的元件庫，包含了常用的電力電子器件模型，還提供了整流模塊、逆變模塊及相應的驅(qū)動模塊，為仿真和調(diào)試提供了一個高效的軟件平臺。此外，該軟件還包含SimPowersystem的Demo庫，具有AC、DC、FACTS裝置以及分布式能源接入的演示功能。課程組進一步利用MATLAB等仿真軟件，將課堂中需要講解的電力電子電路，轉(zhuǎn)化為實際的仿真模型，對課本上的知識進行驗證。同時，搭建APF、SVG等仿真實驗系統(tǒng)，通過課堂演示及學生參與的方式，加深其對具體電路、工作原理、應用背景等知識的理解。

認知與學習同步進行 課程依托中原工學院“分布式能源接入與微電網(wǎng)系統(tǒng)”河南省工程實驗室，以及與許繼集團共建的“智能電網(wǎng)研究中心”，在課下組織學生參觀風電、光伏、微電網(wǎng)等實驗室，結合智能電網(wǎng)的實際設備，對涉及電力電子技術的課堂內(nèi)容進行回顧和深化，幫助學生建立知識體系，以及對工程實踐的感性認識。

3　創(chuàng)新實踐教學

優(yōu)化實驗內(nèi)容，強化動手能力 隨著電力電子器件性能的不斷提高和各種變流電路的不斷發(fā)展，課程組對電力電子技術的實踐教學也相應進行了調(diào)整。由于實驗課時有限，根據(jù)專業(yè)實際情況及需求，同步開設的實驗課保留了原有的鋸齒波觸發(fā)電路、三相半波可控整流電路、IGBT斬波電路和三相交流調(diào)壓電路等驗證性實驗，由學生在課余時間利用專業(yè)開放實驗室自行完成；另外增開三相橋式可控整流電路、功率因數(shù)校正電路、DC-DC電路等綜合性、設計性實驗，由教師給出電路圖及參數(shù)，學生自行選擇器件及其驅(qū)動電路、保護電路，并要求學生關注實驗中出現(xiàn)的具體現(xiàn)象，獨立思考實驗中出現(xiàn)的問題，進而培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

組織興趣小組，增強實踐能力 興趣是能力培養(yǎng)的關鍵。以往的教學過程，大都缺乏學生按照自己的興趣及方向，自由設計、搭建電力電子電路的動手環(huán)節(jié)，而限于教學學時，又很難將這部分內(nèi)容完全安排到正常的教學、實踐當中。因此，課程組將電氣卓越班的學生按個人意愿組成興趣小組，利用學院現(xiàn)有的大學生創(chuàng)新實驗平臺、元器件庫等資源，在教師輔導下自發(fā)進行相關電力電子電路的開發(fā)與設計。

同時，一方面利用國家、省市區(qū)的大學生創(chuàng)新項目和全國大學生電子設計競賽等活動，對興趣小組的研究進行導向；另一方面，經(jīng)過卓越班的興趣培養(yǎng)及動手能力的實踐，也可以為以上競賽和活動進行技術積累和學生的培訓選拔。最終，通過學生創(chuàng)新成果和實踐活動的相互促進，有效地增強學生的學習興趣和工程實踐能力。

聯(lián)系實際項目，優(yōu)化知識結構 教學過程中缺乏工程實際應用背景，會使得學生學習該課程時，不知道具體的技術在哪些領域應用、如何應用，從而造成學習的被動和盲目性。中原工學院電氣專業(yè)卓越計劃在加大實踐環(huán)節(jié)比例的同時，結合自身實際和行業(yè)背景，遴選多家在電力領域具有一定影響力的企業(yè)作為校企合作伙伴，為電力電子課程的實際項目應用構建了有效的平臺。

此外，相關主講教師一直從事電力電子技術相關的科研項目，通過將其科研成果作為工程案例引入課堂教學，在激發(fā)學生興趣、增強聽課效果的同時，也將電力電子技術課程所學的章節(jié)串聯(lián)起來，使得學生對所學知識有了更深刻的認識。

4　總結

電力電子技術作為中原工學院智能電網(wǎng)方向四年本科教育承上啟下的重要課程，對學生未來的學習和工作至關重要。本文對該課程的教學內(nèi)容、教學手段以及實踐環(huán)節(jié)等方面的教改工作做了簡要總結，重點突出教師與學生、理論與實踐、學校與企業(yè)等多方互動，以便在卓越背景下不斷提高教學質(zhì)量的同時，深入強化學生的工程實踐與創(chuàng)新能力。■

［1］林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標準研制［J］.高等工程教育研究，2010（4）：21-29.

［2］王兆安，劉進軍.電力電子技術［M］.5版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［3］孔漢，江豪.電氣工程及其自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)實踐教學探析［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2014（21）：74-76.

［4］魯明麗，劉燕.基于卓越計劃的“電力電子技術”課程教學改革探索［J］.中國電力教育，2014（1）：103-104.

［5］肖俊明，李燕斌，王曉雷，等.電氣工程及其自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)模式的研究與實踐［J］.中原工學院學報，2013，24（6）：55-57.

Teaching Reform and Practice of Power Electronics Course under Electrical Engineering Excellent Engineer Plan//ZHU Yongsheng，DONG Yan， XIAO Junming

According to the new requirements for the power electronics of electrical engineering excellent engineer plan， this article carried out the reform and exploration from the aspects of teaching content， teaching method and practice. Related measures improved the students' engineering practice and innovation ability signifi cantly，and the teaching quality effectively.

excellent engineer； power electronics； teaching reform

G642.0

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1671-489X（2016）12-0078-02