摘要：作為本科教學階段的專業(yè)基礎課程之一，“電力電子技術”課程難、內(nèi)容多、課時少，所以上好這門課程對于大學新進教師是一件具有挑戰(zhàn)性的工作。主要介紹了如何通過做好整體性備課工作、每一次課的課前備課工作，重視第一堂課，以及掌握并運用好教學基本原則，來上好“電力電子技術”課程，希望能起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：電力電子技術；教學研究；備課；教學原則

作者簡介：湯賜（1978-），男，湖南湘潭人，長沙理工大學電氣與信息工程學院，講師。（湖南 長沙 410114）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0070-03

電力電子技術是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，其應用范圍非常廣泛，涉及一般工業(yè)、交通運輸、電力系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡、計算機、新能源發(fā)電等，因而“電力電子技術”已成為本科教學階段的專業(yè)基礎課程，地位十分重要。然而由于課程難、內(nèi)容多、課時少，所以上好“電力電子技術”是一件具有挑戰(zhàn)性的工作。

評判“電力電子技術”課上得是否好，至少應關注它有無具備以下7個方面的特征：[1]內(nèi)容豐富、概念明確、重點突出、脈絡清晰、語言生動、板書精當和學時準確（不拖堂、不早退）；其中第一、二點主要取決于授課教師的學術水平，而后面五點則與教師傳授、幫促方面的基本功有關。目前，大學新進教師普遍為高學歷人才，在學術上有著一定深度和廣度，但在傳授和幫促的基本功方面還顯得有些薄弱。

作為大學新進教師中一員，筆者通過多聽有豐富教學經(jīng)驗的老師授課，向他們請教，并拜讀北京理工大學龔紹文教授所著《大學青年教師教學入門：大學施教學初步》，[1]對如何上好“電力電子技術”有了一些初步認識，概括起來，主要是注意四個方面的問題：做好整體性備課工作、做好每次課的課前備課工作、重視第一堂課以及掌握并運用好教學基本原則。

一、做好整體性備課工作

眾所周知，要想上好一門課，首先是要備好課。備課有兩種類型：[1]一種是針對全課程內(nèi)容而言的整體性備課，另一種是每次課（大學中通常是將連續(xù)的兩節(jié)課作為一次課）的課前備課。

整體性備課是對“電力電子技術”的全面準備，是教師能否講好這門課程的最關鍵的一步。只有對“電力電子技術”有了整體上的把握，對教學內(nèi)容已經(jīng)做到了融會貫通，才能在具體講授每次課時有一個全局的高度、有一種俯視的自信，才能清晰流暢、舉重若輕地講授課程，猶如庖丁解牛，游刃有余。在整體性備課時，關鍵是要弄清楚5個基本問題，并完成好6件準備工作。

1.5個基本問題

（1）“電力電子技術”的主體框架，基本內(nèi)容、各部分內(nèi)容之間的邏輯關系，以及貫穿全課程的關鍵線索是什么？這個問題是從整體上把握“電力電子技術”的首要問題，直接挑戰(zhàn)教師對所授內(nèi)容的理解深度和運用程度。

“電力電子技術”主要由三大部分組成：[2]電力電子器件；AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC四大類基本變流電路以及由它們組合而成的組合變流電路；對各種變流電路都適用的PWM控制技術和軟開關技術。其中，各種變流電路及其控制技術的學習和掌握是本課程的主體。變流電路種類繁多，突出帶有共性的分析方法對于理解各種電路的工作原理具有十分重要的作用。例如，通斷型電力電子器件的存在，使得四大類變流電路及其他們的組合變流電路呈現(xiàn)出非線性特性；但當電路中各通斷型電力電子器件的通斷狀態(tài)確定后，整個變流電路又可以根據(jù)線性電路的基本理論進行分析。相位控制和脈沖寬度調(diào)制（PWM）則是分別針對半控型器件和全控型器件組成的電路拓撲的兩種控制技術。而所選用的通斷型電力電子器件的類型（即不可控型、半控型、全控型）則是將各種變流電路及其控制技術（對不可控型器件構成的電路不存在控制問題）構成一個有機整體的關鍵線索。

（2）“電力電子技術”的教學目標是什么？也就是說，學了這門課程以后，學生能夠做到些什么？為了從宏觀上控制大學的教學質(zhì)量，教育部對主要的基礎性、專業(yè)基礎性課程都制定了相應的“課程教學基本要求”，一般涉及兩個方面的內(nèi)容：一個方面是規(guī)定了一門課程必須包含的知識點和基本技能；另一個方面是學生對這些知識和技能應該掌握的程度層次，例如，識記、了解、理解、應用（可進一步細化為簡單應用、分析、綜合和評價等）。

通過對“電力電子技術”的學習，學生熟悉并掌握晶閘管、門極可關斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）、電力場效應晶體管（Power MOSFET）和絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）等電力電子器件的工作原理、開關特性和電氣參數(shù)；熟悉并掌握單相、三相整流電路和有源逆變電路的基本原理、波形分析，以及各種性質(zhì)的負載對電路工作性能的影響；掌握直流斬波電路的工作原理、電路結構、換相方法及參數(shù)計算；掌握交流調(diào)壓電路的電路結構、換相方法、波形分析和參數(shù)計算，了解交-交變頻電路的基本原理；掌握逆變電路，特別是PWM型逆變電路的工作原理、控制方法、波形分析；了解軟開關技術的基本概念；了解電力電子技術的發(fā)展方向。

（3）“電力電子技術”的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展方向是什么？了解歷史，分析現(xiàn)狀，是為了更好地預測未來。所謂“了解歷史”，首先，要清楚所授課程的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段；其次，應知道每個階段的標志性事件、代表性人物和重要結果；最后，對某些重要結果在歷史上的獲得過程也需有所涉獵，從而有助于利用歷史所蘊含的科學精神、研究方法和思想啟迪，創(chuàng)造性地挖掘新方法、新技術。[1]而在分析現(xiàn)狀時，不但要聚焦本校、兄弟院校、國外高校對本課程在教學內(nèi)容、教學模式、教學方法和教學手段等方面的情況，還應關注本課程所屬學科的最新科研進展。

由于電力電子器件的發(fā)展對電力電子技術的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。

使用電子管、水銀整流器的時期屬于電力電子技術的史前期或黎明期。在這一時期，各種整流電路、逆變電路和周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應用。1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管標志著電力電子技術的正式誕生；隨著晶閘管及晶閘管變流技術的發(fā)展，電力電子技術的概念和基礎得以逐漸確立。由于晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導通而不能使其關斷的器件（即半控型器件），因而所采用的控制方式主要是相位控制，其關斷通常需要依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)，實際應用時受到很大的局限。20世紀70年代后期，以GTO、BJT和Power MOSFET為代表的全控型器件迅速發(fā)展，把電力電子技術推進到一個新的發(fā)展階段。與晶閘管電路的相位控制方式相對應，采用全控型器件電路的主要控制方式為PWM。PWM方式不僅在逆變、斬波、整流、變頻及交流電力控制中均可應用，而且使得電路的控制性能大為改善，因而對電力電子技術的發(fā)展產(chǎn)生了極為深遠的影響。在20世紀80年代后期，以IGBT為代表的復合型器件異軍突起。由于綜合了MOSFET驅(qū)動功率小、開關速度快和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點，因此，IGBT成為了現(xiàn)代電力電子技術的主導器件。同IGBT相類似的，還有復合了MOSFET和GTO優(yōu)良性能的MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）。目前，把驅(qū)動、控制、保護電路和功率器件集成在一起，構成功率集成電路（PIC）成為了電力電子技術發(fā)展的一個重要方向。

（4）“電力電子技術”在整個教學計劃中的地位和作用是什么？整個大學四年的教學過程是一個系統(tǒng)工程，而具體到某一門課程則只屬于它的一個局部，因此，各門課程的教學不能孤立地進行，而必須與其他課程相互配合，特別是要關注前修課和后續(xù)課。

“電力電子技術”是一門技術基礎課，在學習它之前，學生應學過“電路”和“電子技術基礎”，并已能熟練使用示波器等電子儀器；而“電力拖動自動控制系統(tǒng)”則是該課程的后續(xù)課之一。

（5）“電力電子技術”的主要內(nèi)容應通過怎樣的教學步驟和教學方法傳授給學生？設計一個合理的教學步驟或教學過程，并采用科學的教學方法幫助和鼓勵學生達到教學目標是整體性備課的最后一個基本問題。

一般來講，教學過程可分為三步走：首先，是把“電力電子技術”的教學目標具體化、明確化，并通過教學內(nèi)容這一載體反映出來。然后，采用各種行之有效的教學方法，幫助和鼓勵學生通過自主學習來達到課程教學目標，所謂“授之魚，不如授之以漁”。比如，可以幫助和鼓勵學生自己運用Matlab/Simulink搭建簡單的變流電路拓撲，[3]驗證相位控制方式和PWM方式；幫助和鼓勵學生使用Matlab/Simulink中自帶的仿真模型，并善于利用Google搜索網(wǎng)絡資源；最后，就是要合理評價學生的進步。

教學方法是多種多樣的，包括講授法、談話法、討論法、直觀教學法、準直觀法、邊講邊練法、單元教學法、發(fā)現(xiàn)教學法、程序教學法、案例教學法、暗示教學法等，[1]上述方法都有它們各自的優(yōu)勢和不足，適用于不同的場合，因此，不應盲目肯定或否定一種方法，而應結合教學模式、教學手段和教學設備加以綜合使用。對于“電力電子技術”這門課程而言，筆者非常信賴案例教學法——通過演示Matlab/Simulink模型搭建與仿真分析來傳授學生點石成金的“金手指”。

2.6件準備工作

有了對上述5個基本問題的認識后，接下來就應該做好以下6件準備工作了：認真研讀“電力電子技術”教學基本要求和教學大綱；認真選擇、研讀教材及參考書；認真研讀“電力電子技術”的前修課和后續(xù)課的教材；自己動手做過教材中的全部練習題及思考題；了解學生；撰寫一份“電力電子技術”教學安排表，并在課前發(fā)放給每個學生。其中，最要緊的是研讀教材、做好習題和了解學生。

所謂“研讀”，是指通過仔細的、反復的、研究式的將選定的《電力電子技術》教材讀上很多遍，從而把教材中的重點和難點部分完全吃透，即要讀到不會被人就教材中的內(nèi)容問倒、讀到可以脈絡清晰、有理有據(jù)地用自己的語言來闡述教材中的重點和難點內(nèi)容。

西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》（第4版），[2]每章均提供有習題及思考題。這些習題及思考題都是精心安排的，與正文相互呼應、相互配合，有助于學生對教材內(nèi)容的理解和能力的培養(yǎng)。然而學生在做題的過程中又最容易出現(xiàn)問題，也最需要教師的幫助和指導，因此，教師必須事先親自動手做一遍，做到對所有習題都心中有數(shù)，這樣才能使學生通過“帶著問題自學”、“向教師尋求答疑釋惑”的過程獲得“豁然開朗”的明悟。

所謂了解學生，首先，是要了解學生當前的知識基礎，因為一切新的知識都是在已有知識平臺的基礎上增加的。其次，是要了解學生的能力狀況、所學專業(yè)、就業(yè)去向等信息，以便決定“電力電子技術”對本屆學生的講法，如何運用啟發(fā)式教學原則以及如何與學生的專業(yè)、就業(yè)相結合。

只有在弄清楚5個基本問題并做好6件準備工作后，整體性備課才能算大致完成，所獲得的一個重要結果就是寫出一份“‘電力電子技術教學安排表”；據(jù)此，實現(xiàn)每次課的課前備課，即寫出一份針對每次課的教案，從而給學生具體上好每一次課。

二、做好每一次課的課前備課工作

整體性備課是非常重要的，但課還得一次課一次課地講。事實上，只有每一次課都講好了，整體性的把握才能落到實處，因此，在每一次講課之前也要備好課，具體來說：要根據(jù)“電力電子技術”教學安排表明確每次課所講授內(nèi)容的大題目，確立教學目的，選擇具體內(nèi)容及講授重點；根據(jù)教學的具體內(nèi)容確定教學模式，例如，課堂講授、實驗或討論等；要把選定的教學內(nèi)容組織成一次講授式或議論式或談話式的文稿，應服從并服務于主題，把各部分內(nèi)容按起始段、中間段到結尾段的順序安排組織好；選擇合適的教學方法和教學手段；寫出一份教案來，準備在課堂中使用。其中，教案是做好每次課的課前備課工作的最為核心之處。

一般來說，一次“電力電子技術”課的教案由兩大部分組成：概述和教學進程。概述主要用于闡釋教師對本次課的基本認識和實施教學的指導思想，涉及授課對象及其特點（重點是學生的專業(yè)特色、就業(yè)去向、已有的知識基礎和學習能力）、題目或主題、教學目的、重點和難點、講授方法和教學手段等。[4]教學進程則負責具體組織教學步驟，用以落實概述中的基本分析和指導思想，通常按授課時序?qū)懨髅總€教學段落的教學要求、教學內(nèi)容、表達方式和時間分配等細節(jié)。

三、重視第一堂課

俗話說，良好的開端是成功的一半！第一堂課講得好不好對整個“電力電子技術”課程能否順利進行是至關重要的。如果學生對第一堂課的印象好，為以后的講課就創(chuàng)造了良好條件；相反，如果第一堂課準備不足，給學生的印象不好，以后就要花上好幾倍的工夫才能挽回。因此，教師首先要從思想上高度重視第一堂課。

那么，第一堂課怎樣才算成功呢？“興趣是最好的老師”，筆者認為，第一堂課應努力使學生產(chǎn)生三個興趣：讓學生對教師產(chǎn)生興趣；讓學生對電氣工程學科產(chǎn)生興趣；讓學生對學習“電力電子技術”課程產(chǎn)生興趣。為此，教師須明確教學目的，并完美演繹“三個介紹”。

1.明確教學目的

“電力電子技術”第一堂課通常為緒論課?？紤]到大學生都有一定的自學能力，即表現(xiàn)為對具體問題的理解以及數(shù)學演繹能力，但從課程整體內(nèi)容上把握實質(zhì)問題的能力還較弱，因此，第一堂課的教學目的旨在把學生的注意力抓過來，免得課程一開頭就使學生在沒有任何思想準備的情況下盲目陷入到具體問題的思考之中。通過對一些教學內(nèi)容，如“電力電子技術”課程及電力電子技術的地位與作用是什么，什么是電力電子技術，它的發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段，目前主要應用在哪些領域等具體教學內(nèi)容的初步說明，使學生對電力電子技術有一個宏觀意義上的了解。在進行課堂講授時，要重點分析“電力電子技術”課程及電力電子技術的地位與作用；闡述電力電子技術與電子學、電氣工程、控制理論三者的關系；并結合授課對象所學專業(yè)的特點及需要，介紹電力電子技術目前主要應用的領域。

2.教師的自我介紹

對于任何一門新開課，簡短的自我介紹是師生間建立起相互了解的第一步。教師良好的精神風貌、對本學科知識孜孜以求的精神以及求學、工作、生活中面對困難、挫折的勇氣都會深深地感染學生，使對未來還多少感到迷茫的他們多一份信心，少一些顧慮。因此，教師在進行自我介紹時，需注意以下幾個方面：第一，內(nèi)容應盡量貼近電氣工程學科的發(fā)展或“電力電子技術”課程的學習。例如，筆者通過自己本科階段學習自動化專業(yè)、碩士研究生階段從事電機與電器專業(yè)、博士研究生階段畢業(yè)于電力電子與電力傳動專業(yè)的求學歷程介紹，為后續(xù)分析“電力電子技術”課程及電力電子技術的地位與作用埋下伏筆。第二，用語準確、規(guī)范、生動，有著自己鮮明或獨特的語言風格和表達特點。第三，要把自己的學科造詣、科研成就適度的介紹給學生，使學生對教師產(chǎn)生信任感和敬佩感。

3.電氣工程學科的介紹

電氣工程是研究電磁現(xiàn)象、規(guī)律及應用的學科，下設5個二級學科，分別為電機與電器、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術、電力電子與電力傳動和電工理論與新技術。

作為現(xiàn)代科技領域中的核心學科之一，以及當今高新技術領域中不可或缺的關鍵學科，電氣工程的教育和科研不僅在我國，而且在發(fā)達國家的大學中也一直占據(jù)著十分重要的地位。通過“電路原理”、“電路實驗”、“模擬電子技術”、“數(shù)字電子技術”、“電子技術實驗”、“自動控制原理”、“微機原理與接口技術”等基礎必修課，認識實習、電子實習、金工實習等基礎實踐環(huán)節(jié)，“工程電磁場”、“電機學”、“電力電子技術”、“電氣控制與PLC技術”、“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”、“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”、“發(fā)電廠的電氣部分”、“電力系統(tǒng)繼電保護”、“電力系統(tǒng)自動裝置”、“高電壓與絕緣技術”、“電力系統(tǒng)微機繼電保護”等專業(yè)必修課，“單片機原理及應用”、“控制系統(tǒng)仿真”、“嵌入式系統(tǒng)及應用”、“自動化儀表與過程控制”、“虛擬儀器”、“電力工程概論”、“電能質(zhì)量分析與控制”、“新能源發(fā)電技術”、“配電自動化”、“絕緣在線檢測技術”、“電力系統(tǒng)過電壓”、“電力系統(tǒng)調(diào)度運行與控制”、“電力系統(tǒng)市場營銷”、“電力系統(tǒng)自動化”等專業(yè)選修課，“電子技術課程設計”、“高電壓與絕緣技術課程設計”、“發(fā)電廠的電氣部分課程設計”、“電力系統(tǒng)分析課程設計”、“電力系統(tǒng)繼電保護課程設計”、“變電站微機監(jiān)控實訓”、“生產(chǎn)實習”、“畢業(yè)實習”、“畢業(yè)設計（論文）”等專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的學習和培訓，培養(yǎng)有關電能生產(chǎn)、傳輸直至使用的全過程中，各種電氣設備和系統(tǒng)的設計、制造、運行、測量和控制等方面的高層次科學研究、工程技術與管理專門人才和高等學校師資。

由于電氣工程研究范圍廣泛，應用前景樂觀，加上在人才培養(yǎng)模式上突出了寬口徑、復合型，因此，該專業(yè)的畢業(yè)生在就業(yè)時呈現(xiàn)出“點多、面寬、適應性強”等特點。一般來說，從電氣工程專業(yè)順利畢業(yè)后能夠在系統(tǒng)運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗技術、研制開發(fā)、經(jīng)濟管理以及電子與計算機技術應用等領域擔任重要工作，也能到各級發(fā)電廠、供電局、電網(wǎng)調(diào)度所、各類大中型企業(yè)從事電力設計、建設、調(diào)試、生產(chǎn)、運行、管理、市場運營、科技開發(fā)和技術培訓等工作，或從事電氣設備的維護、檢修、安裝和調(diào)試等方面的工作。

通過對電氣工程學科的介紹，一方面讓學生產(chǎn)生能有幸從事電氣工程學習的自豪感，并形成正確的學習觀，明確學習目的；另一方面也有助于引出“電力電子技術”課程及電力電子技術的地位與作用的學習內(nèi)容。

4.“電力電子技術”學習方法的介紹

對于學生而言，他們最關心的是即將要開始學習的這門課程到底要學些什么，學完了以后有什么用，難不難學，該怎樣學等，因此，教師在第一堂課上，應結合自己的學習經(jīng)歷和科研體會，向?qū)W生介紹“電力電子技術”的學習方法。例如，筆者通過介紹自己如何運用電力電子技術提高電能質(zhì)量的科研經(jīng)歷，鼓勵學生自己運用Matlab/Simulink搭建簡單的變流電路拓撲，驗證相位控制方式和PWM方式；鼓勵學生使用Matlab/Simulink中自帶的仿真模型；將適合學生自主學習和探究學習的網(wǎng)絡資源介紹給他們，以期達到“授之漁”的目的。

四、掌握并運用好教學基本原則

首先，要建立一個指導思想，就是“教完全是為了學”，即明確教學效果和學生的收獲才是“電力電子技術”教學研究的出發(fā)點和落腳點。

其次，應確立啟發(fā)式教學的原則。所謂啟發(fā)式教學是指在教學活動中學生對于知識的獲得不是被動地由教師灌入而來的，而是在教師的啟發(fā)、引導下，通過自己的思考、推理或聯(lián)想而來的。這種教學方式保證了學生是教學活動的主體，教師是教學活動的主導，有利于發(fā)揮二者的積極性。那么，每一堂課怎樣實施啟發(fā)式教學呢？是不是在講述一個問題時，只有向?qū)W生不斷提問才算是啟發(fā)式教學呢？其實不然。

在講述一個問題時，只要教師抓住了問題的本質(zhì)，或通過剖析提煉出某類問題的共性，并深刻地闡明了它，在解決問題的講述中體現(xiàn)了解決此類問題的一般方法和特殊技巧，那么對學生就會有啟發(fā)作用，因而也就屬于啟發(fā)式教學。[1]例如，在講授基本斬波電路的相關內(nèi)容時，筆者以Buck電路為例，對其小信號建模方法進行了介紹。由于電路拓撲簡單（開關器件的通斷只衍生出兩個線性子電路拓撲），涵蓋內(nèi)容卻豐富（涉及電路分析、偏微分運算、狀態(tài)方程求解，傳遞函數(shù)與控制框圖表示等），因此，一方面學生能夠輕松掌握對于變流電路這類因含有開關器件而呈現(xiàn)出非線性的電路的建模方法，另一方面，也讓學生明白了整個大學階段所學的各門課程其實是相互關聯(lián)的，共同服務于解決問題的需要。

最后，需強調(diào)師生互動，發(fā)揮教師“教”與學生“學”的積極性。師生之間的互動有兩種表現(xiàn)形式：一種是顯性的，一種是隱形的。前者有明顯的身體動作方面的互動；后者則體現(xiàn)為思維上、眼神上的互動，尤其是思維上的互動。要想在課堂上與學生有思維上的互動，教師要努力做到讓學生的腦子里始終帶有問題，引導學生自己去發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，使之有成就感，教師再適時地給予肯定，讓學生的學習積極性高漲起來。

五、結束語

由于課程難，內(nèi)容多，課時少，所以對于大學新進教師來說，上好“電力電子技術”并非易事。筆者從做好整體性備課工作、做好每次課的課前備課工作、重視第一課堂以及掌握并運用教學的基本原則4個方面談了談自己講授《電力電子技術》的認識和體會。

參考文獻：

[1]龔紹文.大學青年教師教學入門——大學施教學初步[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

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

[3]徐青山，趙偉然，唐國慶.基于典型層次教案設計提高學生電氣仿真能力[J].電氣電子教學學報，2008，30（6）：78-80.

[4]周曉華，王應吉.“模擬電子技術”課程教案設計的探索[J].電氣電子教學學報，2011，33（4）：73-75.

（責任編輯：宋秀麗）