唐 杰 林 立 劉家芳 李海娜

邵陽學(xué)院 湖南邵陽 422000

電力電子技術(shù)課程研究性教學(xué)的探索與實(shí)踐

唐 杰 林 立 劉家芳 李海娜

邵陽學(xué)院 湖南邵陽 422000

為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才目標(biāo)，在電力電子技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施研究性教學(xué)。從課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩方面詳細(xì)論述研究性教學(xué)在電力電子技術(shù)課程中的實(shí)踐情況。研究性教學(xué)在電力電子技術(shù)課程中實(shí)踐3年多來，成效顯著，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力明顯提高。同時(shí)，實(shí)踐也證明在電力電子技術(shù)課程中實(shí)施研究性教學(xué)符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

電力電子技術(shù)；研究性教學(xué)；教學(xué)方法；實(shí)踐能力；創(chuàng)新能力

研究性教學(xué)是教師以培養(yǎng)學(xué)生的研究意識(shí)、研究能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，通過教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，從而讓學(xué)生掌握知識(shí)、培養(yǎng)研究能力和創(chuàng)新能力。早在2005年，教育部就發(fā)布了旨在提高我國本科教育教學(xué)質(zhì)量的文件《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》([2005]001號(hào)文件)，在文件中明確提出“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”。如今，研究性教學(xué)作為一種順應(yīng)時(shí)代要求的高素質(zhì)人才培養(yǎng)理念，是高校教學(xué)改革的方向。傳統(tǒng)的以課堂為中心的承傳式教學(xué)不利于學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，在課程教學(xué)中實(shí)施研究性教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

電力電子技術(shù)課程作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課，在整個(gè)課程體系中占據(jù)著重要的位置。此外，電力電子技術(shù)發(fā)展迅速，各種新型的電力電子器件、電路拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)不斷涌現(xiàn)，電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，這對電力電子技術(shù)課程的教學(xué)提出了挑戰(zhàn)。因此在電力電子技術(shù)課程中實(shí)施研究性教學(xué)對培養(yǎng)創(chuàng)新型電氣人才具有重要意義。筆者從電力電子技術(shù)課程課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩方面詳細(xì)論述研究性教學(xué)在該課程中的探索與實(shí)踐。

1 電力電子技術(shù)課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)及教學(xué)要求

電力電子技術(shù)是應(yīng)用電力電子器件構(gòu)成的電力電子電路對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是強(qiáng)電和弱電之間的接口。電力電子技術(shù)課程是電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化專業(yè)的一門很重要的基礎(chǔ)課、必修課。該課程的知識(shí)體系主要包含器件、電路、控制3大部分(如圖1所示)。

圖1 電力電子技術(shù)課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)圖

在電力電子技術(shù)課程的知識(shí)體系當(dāng)中，器件部分是基礎(chǔ)，器件部分主要講授不可控器件、半控器件、全控器件、新型電力電子器件的構(gòu)成、工作原理、特性參數(shù)、使用方法以及驅(qū)動(dòng)和保護(hù)等內(nèi)容。教學(xué)目的是讓學(xué)生能熟練掌握各種電力電子器件的使用方法和在使用中應(yīng)注意的問題。電力電子技術(shù)課程的主體部分是“四大”基本變換電路，即整流電路(AC/DC變換電路)、斬波電路(DC/DC變換電路)、交流電力控制電路和交流變頻電路(AC/AC變換電路)和逆變電路(DC/AC)變換電路。這部分的教學(xué)目的要求學(xué)生做到“四會(huì)”：會(huì)畫、會(huì)分析、會(huì)計(jì)算、會(huì)選。會(huì)畫即會(huì)畫出主電路圖；會(huì)分析即會(huì)分析電路的工作原理，并能結(jié)合電路圖畫出電路的工作波形；會(huì)計(jì)算即會(huì)計(jì)算一些重要的電氣量，如整流電路輸出電壓的平均值、逆變電路輸出電壓的諧波、功率開關(guān)器件承受的電壓大小等；會(huì)選即會(huì)選擇合適的功率開關(guān)器件，主要是功率開關(guān)器件的電壓定額和電流定額?？刂撇糠质请娏﹄娮蛹夹g(shù)課程的拓展部分，這部分要求學(xué)生掌握SPWM控制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)的基本原理及應(yīng)用，尤其是SPWM逆變器及其控制技術(shù)和開關(guān)電源中的軟開關(guān)技術(shù)。

2 研究性課堂教學(xué)

2.1 教學(xué)內(nèi)容的重新調(diào)整

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師一般根據(jù)電力電子技術(shù)的知識(shí)體系按照授課計(jì)劃以講授的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。這種課堂教學(xué)方式通過學(xué)科知識(shí)的講解和剖析，來構(gòu)建個(gè)體學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，通過理解、應(yīng)用達(dá)到個(gè)體能力的提高，從而形成個(gè)體基本的求生的本領(lǐng)，它的優(yōu)點(diǎn)在于講授的知識(shí)成一定的系統(tǒng)，且邏輯性強(qiáng)。但傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在課堂教授的知識(shí)多、講授方式單一、順式思維培養(yǎng)多、發(fā)散思維培養(yǎng)少等缺點(diǎn)。為了改變傳統(tǒng)的承傳式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，我們將研究性教學(xué)方法應(yīng)用到電力電子技術(shù)課堂教學(xué)實(shí)踐中。根據(jù)研究性教學(xué)的規(guī)律，我們調(diào)整了教學(xué)課時(shí)和教學(xué)內(nèi)容，將電力電子器件、分析電力電子電路的一般性方法(分時(shí)段線性法)和電路課程中的電路分析方法作為知識(shí)教學(xué)，將電路和控制部分作為課題研究教學(xué)。在教學(xué)過程中采用研究主題的教學(xué)模式，并采用問題解決式教學(xué)方法。

2.2 研究性主題的確定

研究性主題是實(shí)施研究性教學(xué)的關(guān)鍵之一。因此，在講授電路和控制部分之前，我們根據(jù)教學(xué)大綱的要求、電力電子技術(shù)的最新發(fā)展以及電力電子技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的一些難題確定了若干個(gè)研究主題。比如，在講授“SPWM跟蹤控制”時(shí)，我們設(shè)置了以下幾個(gè)主題：SPWM逆變器在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？目前SPWM波形生成方法有哪幾種，如何實(shí)現(xiàn)？有源電力濾波器是如何通過SPWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)有源濾波功能的？研究主題確定或?qū)W(xué)生分成4～5個(gè)討論小組，要求各個(gè)小組在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館、期刊等多種手段查閱與研究主題相關(guān)的文獻(xiàn)資料。最后進(jìn)行小組討論和評價(jià)。

3 研究性實(shí)踐教學(xué)

研究性實(shí)踐教學(xué)包括研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)生申報(bào)各級(jí)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目和學(xué)生參與教師科研課題3個(gè)方面的內(nèi)容。其中研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)室完成，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目和學(xué)生參與教師科研課題在創(chuàng)新基地完成。創(chuàng)新基地是我系為培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力建立的專門用于學(xué)生科技創(chuàng)新的平臺(tái)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目和學(xué)生參與教師科研課題是研究性教學(xué)的課外延伸，這兩項(xiàng)內(nèi)容要求對學(xué)生提出了更高的要求，也是電力電子技術(shù)課程實(shí)施研究性教學(xué)的最高境界。

3.1 研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)根據(jù)電力電子技術(shù)課程教學(xué)大綱要求，按照課程實(shí)驗(yàn)課時(shí)要求，讓學(xué)生完成規(guī)定的研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與一般的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有著本質(zhì)的區(qū)別，著重鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的目的。研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生可以單獨(dú)完成，也可以和其他同學(xué)組成小組共同完成。完成后必須撰寫實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告，并答辯。

3.2 學(xué)生申報(bào)各級(jí)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目

積極鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)電力電子技術(shù)類科研課題，帶著問題去學(xué)習(xí)、去探索，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)研究能力，促進(jìn)我系大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新活動(dòng)的開展，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)實(shí)踐能力的適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)需要的優(yōu)秀人才，我系鼓勵(lì)并資助大學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目。在組織機(jī)構(gòu)上，我系成立了由系主任、黨總支書記親自掛帥，教學(xué)副主任、副書記負(fù)責(zé)的電氣工程系大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組。從管理制度上，我系制訂了《電氣工程系大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目管理辦法》，從項(xiàng)目的實(shí)施與管理、資助條件與項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目結(jié)題與獎(jiǎng)勵(lì)等幾個(gè)方面對大學(xué)生申報(bào)項(xiàng)目和項(xiàng)目管理進(jìn)行了規(guī)定。

目前，學(xué)生已經(jīng)成功申報(bào)湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目4項(xiàng)，即“有源電力濾波器檢測與控制技術(shù)研究及實(shí)驗(yàn)”“基于80C51單片機(jī)與SA828的SPWM波發(fā)生器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)”“TSC型靜止無功補(bǔ)償裝置控制器設(shè)計(jì)”“基于DSP的諧波電流檢測方法及實(shí)驗(yàn)”；校級(jí)學(xué)生科研課題2項(xiàng)，即“基于80C51單片機(jī)與SA828的逆變電源控制器的設(shè)計(jì)”“注入式有源濾波器及其穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償特性分析”。這些課題涵蓋了電力電子技術(shù)課程的逆變器、SPWM控制技術(shù)等核心內(nèi)容。目前學(xué)生主持的科研課題已經(jīng)取得階段性成果。

3.3 學(xué)生參加教師科研課題

積極引導(dǎo)學(xué)生參與教師科研課題，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的較高境界。可以較早地讓學(xué)生感受真正的科研氛圍，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。目前已有多名學(xué)生參加到與電力電子技術(shù)課程密切相關(guān)的教師科研課題當(dāng)中，一項(xiàng)是湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于VSI-SPWM結(jié)構(gòu)的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào):07JJ6081)，另一項(xiàng)是湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目“基于并聯(lián)補(bǔ)償?shù)呐潆娋W(wǎng)電能質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào)：07B068)。這兩項(xiàng)課題的研究內(nèi)容涉及電力電子技術(shù)課程中的逆變電路、SPWM控制技術(shù)等內(nèi)容，可以很好地鍛煉學(xué)生應(yīng)用所學(xué)電力電子知識(shí)分析問題和解決問題的能力，同時(shí)又可以鍛煉學(xué)生獲取電力電子新知識(shí)的能力。我們根據(jù)學(xué)生的知識(shí)能力布置給學(xué)生的任務(wù)是：查閱電力電子技術(shù)在電能質(zhì)量控制領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)、對采用SPWM控制技術(shù)的兩電平電壓型逆變器進(jìn)行仿真研究、根據(jù)補(bǔ)償裝置的容量和電壓等級(jí)選擇合適的功率開關(guān)器件(包括電壓定額和電流定額)、設(shè)計(jì)功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路和緩沖電路。學(xué)生通過以上鍛煉，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到明顯提高，學(xué)生參與開發(fā)70kvar微機(jī)型低壓動(dòng)態(tài)靜止無功補(bǔ)償裝置和50kvar新型靜止無功補(bǔ)償裝置各一套，發(fā)表電力電子技術(shù)學(xué)術(shù)論文8篇，獲得國家實(shí)用新型專利1項(xiàng)，獲得軟件著作權(quán)3項(xiàng)。

4 結(jié)束語

從課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面著手在電力電子技術(shù)課程中實(shí)施研究性教學(xué)，取得了很好的教學(xué)效果。但研究性教學(xué)的實(shí)施需要具備各方面的條件，如何有效地實(shí)施和推廣課程研究性教學(xué)并保證研究性教學(xué)的預(yù)期效果是一個(gè)值得更深層次思考的問題。

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Abstract: To make the target of training talented person into practice the research-based teaching method is used in power electronics technology course. The practice of research-based teaching method used in power electronics technology course which consist of curse teaching and practical teaching is discussed in detail in this paper.The research-based teaching method has been practiced for 3 years, which is adapted to training talented person and bring the excellent effectiveness. The student’s capability of practice and innovation is improved strongly also.

Key words: power electronics technology; research-based teaching; teaching methods; practical capability;innovation capability

The exploration and practice of the research-based teaching for power electronics technology course

Tang Jie, Lin Li, Liu Jiafang, Li Haina
Shaoyang university, Shaoyang, 422000, China

2010-09-07

唐杰，博士，副教授。林立，碩士，副教授。

湖南省教改課題“電力電子技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革的研究與實(shí)踐”(湘教通[2010]243號(hào))。