翁志遠(yuǎn) 方杰 杜成濤 翁志剛 俞鶴

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?為了克服目前電力電子技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在的不足，從培養(yǎng)應(yīng)用型人才角度研究課程改革的方法。通過電力電子課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和仿真與實(shí)踐平臺(tái)的建立，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用多門課程知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。經(jīng)過課程實(shí)踐教學(xué)的改革使學(xué)生增強(qiáng)專業(yè)技能、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，實(shí)現(xiàn)地方應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?電力電子技術(shù);實(shí)踐教學(xué);教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] ?G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? [文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）18-0001-03

按照建設(shè)地方應(yīng)用型本科院校的指導(dǎo)思想，對(duì)于本科人才的培養(yǎng)需要符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與行業(yè)應(yīng)用。學(xué)校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)不僅要求傳授專業(yè)的理論知識(shí)，還要使學(xué)生更多地了解和掌握與專業(yè)相關(guān)的技術(shù)和技能，并且具有一定解決實(shí)際問題的能力。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)屬電氣工程學(xué)科，在當(dāng)今對(duì)工業(yè)、生活自動(dòng)化與智能化水平的要求不斷提升的前提下，其已經(jīng)成為十分重要與熱門的專業(yè)[1，2]。電力電子技術(shù)是電氣自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性。隨著電力電子技術(shù)在電氣相關(guān)領(lǐng)域的智能化控制中應(yīng)用越來越廣泛，功率器件的開關(guān)頻率、功率等級(jí)等參數(shù)的不斷提高，要求高校在教學(xué)過程中加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練[3]。本文主要從滿足工程技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐角度出發(fā)，分析當(dāng)前很多高校電力電子技術(shù)課程教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題。從提高學(xué)生課程的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)工程實(shí)踐能力等方面，提出了電力電子技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革措施。希望能夠通過電力電子技術(shù)實(shí)踐課程教學(xué)改革的實(shí)踐，對(duì)電氣專業(yè)其他專業(yè)課程的改革起到一定的示范作用[4]。

一、現(xiàn)狀與存在的問題

電力電子技術(shù)是一門通過功率器件的控制實(shí)現(xiàn)電能變換的課程，是涉及電子、自控和電力等技術(shù)的新興交叉學(xué)科。隨著如今電能產(chǎn)生形式的不斷豐富，如光伏、風(fēng)力、潮汐等新能源發(fā)電的不斷涌現(xiàn)，使電力電子技術(shù)在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的地位得到了很大的提升，同時(shí)也對(duì)電力電子技術(shù)課程教學(xué)要求其具有更加良好的效果[5，6]。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)很多高校電子電氣相關(guān)專業(yè)對(duì)電力電子技術(shù)課程的實(shí)踐越來越重視，不斷改進(jìn)其教學(xué)方法和實(shí)踐手段。相比之下，很多地方應(yīng)用型本科高校還存在不小的差距。下面就各個(gè)高校電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)過程中可能存在的普遍問題進(jìn)行分析。

（一）課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)

隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展，電力電子技術(shù)的應(yīng)用更是突飛猛進(jìn)。老舊的教學(xué)思路、教學(xué)設(shè)計(jì)如果不及時(shí)更新，很難讓學(xué)生及時(shí)了解、掌握現(xiàn)代電力電子技術(shù)的前沿以及重要用途。沿用傳統(tǒng)的課程是以“電力電子器件—變流電路—應(yīng)用”為知識(shí)主線，過分注重課程的完整性和統(tǒng)一性，忽略理論和實(shí)踐的差異性。理論講究的是抽象思維，而實(shí)踐注重實(shí)際操作、應(yīng)用。傳統(tǒng)課程內(nèi)容僅限于課本知識(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)主要以課堂為主，卻很少聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)。學(xué)生即使理論知識(shí)學(xué)得很扎實(shí)，在實(shí)際工程應(yīng)用中卻不知如何下手。這些就造成學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力欠缺，專業(yè)技能得不到提高，進(jìn)而容易造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備老舊，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)教學(xué)能力不強(qiáng)

目前，很多高校對(duì)課程設(shè)計(jì)只是理論分析或者實(shí)驗(yàn)仿真，沒有可以設(shè)計(jì)課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。很難體現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。目前，計(jì)算機(jī)仿真逐漸受到人們的關(guān)注，并引入到教學(xué)中，但學(xué)生存在軟件使用不熟練、模型搭建的問題。同時(shí)電力電子仿真中的非線性、數(shù)模混合性、器件的適用性及裝置的病態(tài)性沒有很好地解決，因此虛擬實(shí)驗(yàn)和教學(xué)結(jié)合度不高。

（三）課程教學(xué)相對(duì)孤立，不能將電氣自動(dòng)化相關(guān)課程結(jié)合起來

學(xué)生不能綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)課程解決實(shí)際的電力電子技術(shù)問題，如自動(dòng)控制原理，單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)等。很多學(xué)生在課程學(xué)完以后不清楚這門課程在未來實(shí)際工作中能夠起到什么作用。

二、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革方法

為了適應(yīng)社會(huì)科技快速發(fā)展的需要，電力電子技術(shù)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革的重點(diǎn)是加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合思考問題的素養(yǎng)，并使其具備一定設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。由此而來的是，大部分高校都以圍繞提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、自主創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計(jì)能力以及工程應(yīng)用能力方面作為重點(diǎn)培養(yǎng)方向。在教學(xué)中不斷修改人才培養(yǎng)方案、調(diào)整課程體系內(nèi)容、減少理論教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、采用現(xiàn)代技術(shù)教育手段提高教學(xué)效果[7]。

（一）優(yōu)化課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

通過優(yōu)化課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，將工程應(yīng)用背景和課程體系相結(jié)合。凸顯該課程在基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間銜接的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)踐中突出電力電子技術(shù)具備工程應(yīng)用背景的特點(diǎn)。以聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用為前提，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，將理論知識(shí)以實(shí)踐工程的形式展現(xiàn)出來。從而為后期的專業(yè)課程做好準(zhǔn)備，也為將來從事技術(shù)或研發(fā)工作打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)置時(shí)強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐的有效結(jié)合，通過設(shè)計(jì)不同工程項(xiàng)目的趣味性和綜合性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新意識(shí)，以達(dá)到培養(yǎng)復(fù)合型人才的目的。

（二）搭建通用的綜合實(shí)踐平臺(tái)，提升綜合實(shí)踐能力

為了使學(xué)生靈活運(yùn)用電力電子技術(shù)常用的變換電路，培養(yǎng)具有較強(qiáng)實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，在實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)中需要加強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)。然而，很多高校目前的電力電子實(shí)驗(yàn)裝置是無法滿足這些要求的，所以需要搭建通用的綜合實(shí)踐平臺(tái)。針對(duì)目前電力電子技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的DC-DC變流電路，建立開放式的電能變換器通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，課程設(shè)計(jì)任務(wù)書圍繞平臺(tái)來設(shè)置。如可以根據(jù)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，開發(fā)直流PWM驅(qū)動(dòng)電源開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)圖見圖1、圖2所示。圍繞這個(gè)直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置實(shí)踐課題，開展相關(guān)的實(shí)踐課程。

通過該開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以進(jìn)行PWM直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的速度控制。從中熟悉直流電動(dòng)機(jī)的特性，了解交—真—交變流電路的結(jié)構(gòu)以及PWM調(diào)制等控制技術(shù)。掌握濾波器、吸收電路、散熱等工程技術(shù)要求。平臺(tái)建立以后，可以使學(xué)生通過對(duì)實(shí)際電力電子裝置的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試，深化和拓展課程所學(xué)知識(shí)，提高工程實(shí)踐能力。

（三）實(shí)現(xiàn)多課程綜合

電力電子技術(shù)課程不是一門孤立的課程，所以在開設(shè)實(shí)踐課程時(shí)，一定要讓學(xué)生達(dá)到多課程綜合訓(xùn)練的目的。這樣就要求在實(shí)踐課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建設(shè)時(shí)要考慮多學(xué)科的融入。如對(duì)前面提到的PWM直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，在PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生可以融入單片機(jī)原理與應(yīng)用的課程，除此之外，直流電機(jī)速度閉環(huán)控制又涉及自動(dòng)控制原理課程內(nèi)容。

（四）靈活運(yùn)用電力電子相關(guān)仿真軟件，加強(qiáng)理論知識(shí)理解

目前與電力電子相關(guān)學(xué)科仿真的軟件很多，如Simplorer、Pspice、Saber以及Matlab等都是比較常用仿真產(chǎn)品。將這些專業(yè)仿真工具的使用融入教學(xué)過程當(dāng)中，能夠有效地加深學(xué)生對(duì)電能變換的理解。仿真教學(xué)的內(nèi)容可以結(jié)合以上實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的對(duì)象，應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件搭建模型。將仿真的結(jié)果與前面實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)果進(jìn)行比較，加強(qiáng)對(duì)電力電子主電路拓?fù)浼軜?gòu)與控制過程的理解。圖3、圖4為應(yīng)用Simplorer軟件建立的全橋逆變電源變換器的仿真模型和輸出的波形。

（五）結(jié)合相關(guān)實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力

學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要在實(shí)踐活動(dòng)中鍛煉。在課程教學(xué)環(huán)節(jié)以外，對(duì)課程內(nèi)容掌握比較好的學(xué)生進(jìn)行電力電子電源變換和控制相關(guān)專業(yè)綜合的培訓(xùn)。通過積極參加一些創(chuàng)新大賽、學(xué)科競(jìng)賽等活動(dòng)來培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合實(shí)踐能力。

三、結(jié)論

分析目前電力電子技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中的不足，對(duì)電力電子技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革進(jìn)行了研究。從電力電子課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和實(shí)踐平臺(tái)的建立與仿真軟件的應(yīng)用等方面進(jìn)行改革，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用多門課程知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。通過課程實(shí)踐教學(xué)的改革增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)技能、培養(yǎng)學(xué)生掌握進(jìn)行科學(xué)研究的方法，實(shí)現(xiàn)地方應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

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