“电力电子技术”课程引导型教学模式研究
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）28-0188-02
电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论交叉、融合而形成的综合性技术和学科，具有专业性、实用性和综合性的特点。随着新材料、电路理论、数字控制理论和节能技术的发展，电力电子技术得以飞速发展，其应用领域已遍及工业、交通、通讯、电力、航天、航空、航海等各个领域，亦成为工业自动化、电气工程及其自动化专业等学科的专业课程。
在电力电子技术快速发展、教学条件不断健全的现状下，仅依赖传统教学方法，很难实现培养应用型技术人才的需要。为此，各个高校结合自己学校的特色和具体情况进行了电力电子技术课程的教学改革研究。文献[1]、[2]结合工程技术现状对教学内容进行了研究，文献[3]、[4]对电力电子技术教学方法进行了研究，文献[5]～[7]对实践教学环节进行了研究。但这些研究往往只针对教学环节的某个方面进行，并且绝大多数是在传统教学法的基础上，引进多媒体或加强实践环节而展开。
本文结合我校的具体情况，响应普通本科高校向应用型转变的号召，以培养应用型技术人才为目标，探讨以工程案例贯穿整个教学过程，以学生为主体，采用引导型教学模式的电力电子教学新思路。
一、工程案例选择
电力电子技术的教学分为理论教学和实践教学。教学内容主要涉及电力电子器件、四类基本变流电路、电力电子电路的控制技术、软开关技术和工程应用的基本知识。变速永磁发电系统在风力发电、内燃机发电等领域应用广泛，涉及电力电子技术课程的绝大多数教学内容。本文选取小型变速永磁发电系统实际工程作为主线，串联课程知识。所选变速永磁发电机系统结构如图1所示。
变速永磁发电系统由主电路和辅助电路构成。主电路由永磁发电机组和变流电路构成。正常工作时，内燃机带动永磁发电机发出幅值频率变化的交流电，经整流电路后变成直流电，由直流升压电路将电压变换至350V，由逆变电路产生220V、50Hz的交流电输出给负载。辅助电路由双向升降压变换电路构成，可将350V的直流电压变换成30V的低压，给28V的储能电池充电；在需要时也可以将储能电池中的电能通过升压补充到直流高压中，改善供电性能。由图1可以看出，所选工程实例涉及知识涵盖了电力电子技术课程的整流变换、直流变换、逆变、软开关技术及相应的工程应用知识，完全可作为工程案例主线贯穿整个教学内容，再补充个别支线工程案例即可构建完备的基于工程实例的电力电子教学实例。
二、教学模式研究
当前高校的两个主要任务是人才培养和科学研究。对于工科院校而言，将两者合理的结合，在进行人才培养的时候，将理论与工程实践结合，既锻炼了学生发现问题、解决问题的能力，也为科研课题和科研人才的培育奠定了基础。这就需要转变传统的课堂教学模式，将教学过程以教师为主转变为以学生为中心，教师进行引导、督促学生完成学习、分析、总结和实践的学习过程。通过加大学生在教学过程的主动性，提高教学效果，为实际工程技术能力的培养奠定基础。
1.课堂讲授。教师对新知识的课堂讲授采用引导方式：（1）首先采用工程案例视频展示知识点在实践工程中的应用，让学生对知识点有感性的认识；（2）通过教学课件对知识点的知识架构进行讲解，让学生建立相应的知识体系框架；（3）结合工程案例，对重点、难点内容进行示范性分析，加深学生对知识点的理解，提高学生对知识点在工程中的应用能力；（4）针对知识点内容，提出问题，让学生带着问题去学习并找出解决问题的方法。例如，通过变速永磁发电机组整流部分的实例展示，引出整流电路的常见类型和特点，对单相桥式相控整流电路和单相桥式斩控整流电路典型工况的分析，引导学生采用类比方式对其余类型整流电路进行学习、分析和总结。
2.课堂讨论。学生在规定教学时间内对基本知识点进行自主学习、总结，并在教师的指导下，通过理论分析和借助软件仿真手段，在给定工程背景下进行相近电路的性能分析、对比，从而加深对知识点的理解，区分相近知识点。如针对变速永磁发电机的整流部分，分别采用各种典型整流电路来实现相同的技术指标，并从波形、数值等多个方面进行对比，总结各类整流电路的特点和应用场合。在设定教学节点处，指导学生按组进行阶段性学习总结，并进行课堂讨论，通过书面报告或课堂总结汇报形式，将讨论结果进行总结并与其他小组进行交流，巩固所学知识。
3.基础验证实验。通过课内小实验和虚拟实验平台，如在课堂通过专用教学演示设备对不同整流电路进行实验演示和分析讲解，从而实现对学习内容进行自主验证，通过理论与实践结合，进一步促进学生对知识点的理解，也为提高学生的实践动手能力奠定基础。
4.设计实验。在阶段性学习结束后，教师根据实际科研项目，设定相关题目，让学生利用已学知识提供解决方案的设计与验证，其目的是让学生借助于电力电子技术知识对实际工程问题解决方案进行模拟设计，训练学生对电力电子技术知识的综合运用能力、提高学生查阅科技文献的能力、培养学生分析问题和解决问题的能力。这类实验综合性强，考虑到教学时间的限制，一般通过团队形式完成，通过需求分析、理论计算、原理设计、仿真验证和设计实现等环节，培养学生团队协作能力和利用所学知识分析问题、解决问题的综合能力。
5.教学成果考核。根据教学过程的环节，将考核成绩分为课堂讨论成绩、基础实验成绩、综合实验成绩和卷面成绩，分别从自学效果、基础应用能力、综合应用能力和理论综合学习效果四个方面进行考核。
电力电子技术是一门知识面广、应用型强的专业课程。我校电控学院自2008年开始对电力电子技术精品课程进行建设和教学改革，在校级精品课程建设、省级精品课程建设和校级培育基金以及有关科研项目的支撑下，不但通过精选教材、师资队伍建设、教学教具建设、实验设备建设等极大改善了教学条件，而且结合我校实际情况和具体办学宗旨的变化，以培养应用型技术人才为目标，不断尝试以实际工程案例为主线，充分利用教学、科研资源，采用引导式教学模式调动学生自主学习的积极性，促进教学质量的提高。通过在小范围定点试行，综合课程成绩、相关学生的电子竞赛成绩和毕业设计成果进行评价，所提教学模式的教学效果有明显改善。今后，电力电子教学组将通过不断总结教学改革成果，通过进一步改进，在更大范围内推行，切实为我校电气工程相关专业的应用型专业技术人才的培养奠定坚实的基础。
