淺析“現(xiàn)代電力電子學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)方法

奚崢皓　李媛媛　闞秀　徐冬梅

摘 要 “現(xiàn)代電力電子學(xué)”是介紹電力電子技術(shù)基本原理、分析方法和典型應(yīng)用的理論課程，是電氣學(xué)科專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)自動(dòng)化及電氣相關(guān)專業(yè)的課程建設(shè)要求，“現(xiàn)代電力電子學(xué)”已經(jīng)作為必修課程要求學(xué)生掌握。本文針對(duì)現(xiàn)有中美“現(xiàn)代電力電子學(xué)”教材和授課中存在的差異，結(jié)合自身情況，探討了“現(xiàn)代電力電子學(xué)”教學(xué)過(guò)程中可以嘗試的內(nèi)容改進(jìn)和調(diào)整方法，為“現(xiàn)代電力電子學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)和教學(xué)質(zhì)量的提升提供了新思路。

關(guān)鍵詞 “現(xiàn)代電力電子學(xué)” 教學(xué)內(nèi)容 改進(jìn)方法

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.08.051

Analysis of “Modern Power Electronics” Teaching and Improved Method

XI Zhenghao， LI Yuanyuan， KAN Xiu， XU Dongmei

（School of Electronic and Electrical Engineering， Shanghai University of Engineering and Science， Shanghai 201620）

Abstract “Modern Power Electronics” is a theoretical course to introduce the basic principles of power electronics technology， analytical methods， typical applications， and it is a fundamental framework of electrical discipline professional knowledge. According to the requirements of automation and electrical engineering courses， “Modern Power Electronics” has become a required course. In this paper， according to the differences about the teaching materials and the teaching methods between the current Chinese and American “Modern Power Electronics”， and combining with our own situation， we discusses the content improvement and adjustment method in the course of “Modern Power Electronics”. This paper provides a new idea for the improvement of teaching content and the teaching quality of the “Modern Power Electronics” .

Keywords “Modern Power Electronics”； teaching content； improved methods

1 中美教材內(nèi)容的主要差異

1.1 中文教材的側(cè)重點(diǎn)

以我?！艾F(xiàn)代電力電子學(xué)”課程為例，教材主要選用劉志剛、葉斌編寫(xiě)的《電力電子學(xué)》。[1]同時(shí)，以我校自編的《現(xiàn)代電力電子技術(shù)》作為教輔參考。[2]其教學(xué)內(nèi)容主要包括44學(xué)時(shí)的常用電力電子器件的特性和使用方法；三相整流、斬波、逆變、變頻電路的工作原理和分析方法；以及4個(gè)學(xué)時(shí)的課程應(yīng)用與實(shí)踐。其中，電力電子器件主要掌握晶閘管、電力晶體管，而四大變換電路作為課程的重點(diǎn)內(nèi)容，基本都是圍繞晶閘管的通斷進(jìn)行分析和講解。

1.2 美國(guó)教材的側(cè)重點(diǎn)

以我校中美合作辦學(xué)的汽車電子工程專業(yè)為例，該專業(yè)的“現(xiàn)代電力電子學(xué)”（Modern Power Electronics）課程采用Andrzej M. Trzynadlowski編寫(xiě)的《Introduction to Modern Power Electronics》一書(shū)作為教材。[3]教學(xué)內(nèi)容主要分為44學(xué)時(shí)的現(xiàn)代電力電子器件的構(gòu)造和原理分析；三相四大變換電路的特性分析；四大變換電路及現(xiàn)代電力電子常用器件的使用及選型；以及4個(gè)學(xué)時(shí)的應(yīng)用性操作實(shí)驗(yàn)。其中，電力電子器件主要以掌握MOSFET為主，介紹了MOSFET的各種改進(jìn)型。課程將四大變換電路的應(yīng)用作為重點(diǎn)內(nèi)容，圍繞著MOSFET的通斷原理進(jìn)行四大變換電路的分析和講解。

1.3 中美教材側(cè)重點(diǎn)的差異及原因分析

從上述對(duì)中美“現(xiàn)代電力電子學(xué)”授課介紹可以看出。在理論內(nèi)容上，中方的課程主要以簡(jiǎn)單的晶閘管的通斷入手進(jìn)行講解，美方則以MOSFET的原理和應(yīng)用為主進(jìn)行講解；在實(shí)踐環(huán)節(jié)，中方以晶閘管和電力晶體管對(duì)四大變換電路的控制為主，而美方則以更為普遍應(yīng)用的MOSFET控制四大變換電路的方法為主。

在如今的實(shí)際生活中，無(wú)論是大型變電站，還是工業(yè)電力變換機(jī)組，基本上都采用較為高效且安全性更高的MOSFET系列作為控制器元件。從這點(diǎn)來(lái)看，以我校授課內(nèi)容而言，無(wú)論是理論教學(xué)上，還是實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，美方的課程設(shè)置都更與實(shí)際需求相結(jié)合。但是，僅僅講授MOSFET卻缺乏前期知識(shí)的鋪墊，使學(xué)生上課時(shí)產(chǎn)生了許多的困擾。

1.4 教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)的探討

針對(duì)“現(xiàn)代電力電子學(xué)”中文課程教學(xué)內(nèi)容陳舊，美方課程教學(xué)內(nèi)容前期準(zhǔn)備知識(shí)不足的問(wèn)題，提出了將中美課程授課優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行融合，在課程實(shí)用性、授課重點(diǎn)傾斜、實(shí)踐類內(nèi)容等方面做了改進(jìn)和補(bǔ)充。

1.5 專業(yè)實(shí)用性介紹

“現(xiàn)代電力電子學(xué)”雖被多數(shù)電氣類專業(yè)選作必修課程，[4]但大多數(shù)學(xué)生并不清楚該課程的實(shí)際應(yīng)用背景。課程教材中也并未有過(guò)多的介紹，僅僅是對(duì)元器件的本身做了一個(gè)應(yīng)用介紹。其實(shí)，針對(duì)現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用范圍很廣，不僅涉及變電站的電力傳輸，還包括電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制、電力變壓器的調(diào)壓變頻、直流變壓的調(diào)控等方面。[5]

根據(jù)課程內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)不同，切換行業(yè)背景作為參考，將專業(yè)、行業(yè)與學(xué)業(yè)有機(jī)結(jié)合，制定課程的合理教學(xué)方案。[6]例如，將電力控制與新能源知識(shí)相結(jié)合等。這不僅能對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行更有針對(duì)性的講解，還易于學(xué)生對(duì)行業(yè)背景與理論知識(shí)有效整合，重塑學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和行業(yè)發(fā)展的興趣和認(rèn)知，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)能動(dòng)性，使其從自身興趣出發(fā)重新完成對(duì)課程的理解和學(xué)習(xí)。

1.6 內(nèi)容梳理與實(shí)際結(jié)合

作為本課程的主講教師，在設(shè)計(jì)合理教學(xué)方案的同時(shí)，還應(yīng)該注意課程內(nèi)容的前后銜接和連續(xù)性，突出課程重難點(diǎn)。使學(xué)生明確授課內(nèi)容板塊的教學(xué)順序，相對(duì)輕松地跟上授課節(jié)奏。

講解過(guò)程更應(yīng)與實(shí)際需求相結(jié)合，從經(jīng)典理論入手，由淺入深。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻注意學(xué)生的反應(yīng)，盡量做到換位思考，多從學(xué)生角度去分析教學(xué)過(guò)程。在問(wèn)題釋義難點(diǎn)分析時(shí)，注意給學(xué)生盡量舉出一個(gè)與實(shí)際相關(guān)的例子。例如，在講解三相整流和逆變電路時(shí)，可以展示變電站變電傳輸?shù)倪^(guò)程。使學(xué)生對(duì)理論性知識(shí)有個(gè)宏觀的理解，充分提高課堂教學(xué)效率。

另外，教師在每節(jié)課的開(kāi)始時(shí)注意總結(jié)回顧上節(jié)課的典型問(wèn)題、作業(yè)難點(diǎn)。這樣，一方面將一些學(xué)生的建議反饋回課堂，另一方面在解決問(wèn)題的同時(shí)也加深了學(xué)生的理解。

1.7 實(shí)踐內(nèi)容的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在本課程的教學(xué)過(guò)程中，主要側(cè)重促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和促進(jìn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。[7]但在授課過(guò)程中，由于實(shí)踐課時(shí)的安排，無(wú)法簡(jiǎn)單地將中美雙方的實(shí)踐類課程合并處理。也不能將原本就緊張的44學(xué)時(shí)理論教學(xué)學(xué)時(shí)進(jìn)行壓縮。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)更好地錘煉學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。我校在新的專業(yè)培養(yǎng)大綱中擬將原實(shí)踐部分的4學(xué)時(shí)擴(kuò)充為8學(xué)時(shí)，并與同學(xué)期開(kāi)設(shè)的電機(jī)拖動(dòng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)合并，單獨(dú)設(shè)立實(shí)踐類綜合實(shí)驗(yàn)課程。新的實(shí)踐課程中，不僅從晶閘管、電力晶體管、MOSFET三方面對(duì)主要變換電路做了仿真設(shè)計(jì)和分析，還拓展了一部分MATLAB的Simulink仿真比較環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的適當(dāng)調(diào)整，不僅加深了學(xué)生對(duì)課程理論基礎(chǔ)知識(shí)的理解，還鍛煉了對(duì)行業(yè)應(yīng)用、工具軟件、電路設(shè)計(jì)等知識(shí)的綜合應(yīng)用。[8]任課教師在實(shí)踐過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)和幫助學(xué)生解決理論學(xué)習(xí)的疑慮，以此重新激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)欲望，再次鍛造學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力。

1.8 加強(qiáng)交流突出團(tuán)隊(duì)

要使一門課程的教學(xué)得到真正發(fā)展，單由授課教師一人是不足以完成的。依靠教學(xué)團(tuán)隊(duì)的力量，分工合作、群策群力才能使課程不斷完善。團(tuán)隊(duì)教師互相交流、互提意見(jiàn)和互相幫助，從教學(xué)方案設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容制定、教學(xué)方法研討和教學(xué)成果分析幾個(gè)方面共同商議，交流授課經(jīng)驗(yàn)，學(xué)為所用，以此改善課程的授課方法和教學(xué)方案，日積月累將促進(jìn)課程教學(xué)水平的提高。同時(shí)，發(fā)揮每位教師的特長(zhǎng)和潛力，特別是注重對(duì)青年教師的教學(xué)指導(dǎo)，這將有利于課程資源的整合和利用，為學(xué)科的快速發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)依靠專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)科發(fā)展背景，利用教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)建符合團(tuán)隊(duì)教學(xué)特質(zhì)和風(fēng)格的精品課程。

2總結(jié)

“現(xiàn)代電力電子學(xué)”課程不僅傳授電力電子理論的相關(guān)知識(shí)，更是為學(xué)生建構(gòu)整個(gè)電力控制理論體系的基礎(chǔ)。通過(guò)“現(xiàn)代電力電子學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生能夠了解基本電力傳輸?shù)姆椒ㄅc結(jié)構(gòu)，理解控制理論在電力傳輸中的原理與應(yīng)用，掌握常用變換電路的控制方法。

本文首先簡(jiǎn)要比較了中美“現(xiàn)代電力電子學(xué)”教學(xué)內(nèi)容上的特點(diǎn)，分析了產(chǎn)生教學(xué)內(nèi)容差異的主要原因。然后，根據(jù)自身情況對(duì)“現(xiàn)代電力電子學(xué)”課程的教學(xué)方法做了試探性的改進(jìn)探討。總體來(lái)講，“現(xiàn)代電力電子學(xué)”是控制工程體系的基礎(chǔ)課程，是進(jìn)入電力控制領(lǐng)域的金鑰匙，其在實(shí)際應(yīng)用特別是電機(jī)和電力系統(tǒng)的控制上有著廣泛地應(yīng)用背景。因此，加強(qiáng)“現(xiàn)代電力電子學(xué)”課程教學(xué)的研究與探討具有非常特殊的專業(yè)意義。同時(shí)，將該課程總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)試用于相似課程，也促進(jìn)了教師的教學(xué)知識(shí)不斷更新，成為團(tuán)隊(duì)教師持續(xù)成長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液。

項(xiàng)目支持：本文受上海工程技術(shù)大學(xué)k201602002 “《現(xiàn)代電力電子學(xué)》課程建設(shè)”和k201702001“《現(xiàn)代電力電子學(xué)》全英文課程建設(shè)”項(xiàng)目資助

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