高校电力电子技术课程创新

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电力电子技术是在20世纪后半叶产生和发展起来的一门崭新的技术,现已发展成为一门综合电力、电子和控制三个领域的新型工程技术学科。电力电子技术既是电气自动化、计算机控制技术、过程控制等专业的重要专业基础课,也是实用性、工程性和综合性很强的课程。国际电气和电子工程师协会(IEEE)将电力电子技术表述为:有效地使用电力半导体器件,应用电路和设计理论以及分析工具,实现对电能的高效变换和控制的一门技术[1,2]。20世纪90年代以来,电力电子技术得到了飞速发展,新器件和新的控制方式不断出现,但现行的教学大纲和教材内容更新较慢,不能满足生产实际的需要。而且传统的教学方法和教学手段单一,信息量小,互动性不强,学生学习的积极性不高;实践环节比较薄弱,学生动手能力较差,与高等职业教育的培养目标相差较大。因此,对电力电子技术课程的教学改革势在必行。

1建立适应时展要求的教材体系

1.1修订教学大纲,优化教学内容

教学大纲是课程教学的准则,必须贯彻到教学过程的始终。坚持“以学生为主体,以就业为导向,知识以应用为目的,以够用为度”的原则对教学大纲进行修订,不断对课堂教学内容进行更新与优化,以便在有限的学时内高质量地完成教学内容。在新大纲中将电力电子技术课程分成“电力电子器件”、“整流电路”、“直流-直流变换电路”、“逆变电路”、“交流-交流变换”、“触发电路与驱动电路”、“PWM控制技术”、“软开关技术”等几大模块,每个模块对不同的专业有不同的侧重点,并且更加注重课程的实用性。删减了一些在工业生产实际中淘汰的半控器件及其控制电路的内容,增加了在生产实际中应用广泛的全控器件及其控制电路的内容,逆变电路部分全部改用全控器件;在新的大纲中特别增加了学科发展动向,比如智能功率模块IPM,软开关技术等;加入了一些本课程在工程应用中的介绍,比如交直流电机调速系统,不间断电源,开关电源,功率因数校正技术等,使教与学更贴近工程实际。

1.2根据教学大纲,完善教材体系建设

精心选择或编写紧扣教学大纲内容、要求和课时分配规定的理论教学教材和实验教学教材,为教学活动的展开奠定物质基础。现在的电力电子技术方面的教材很多,但没有完全适合高职高专教育的教材。有些教材虽然内容丰富,但理论性太强,数学计算过于复杂,难度太大,不适合高职学生学习,有些教材虽然加入了很多工程应用,但有关半控器件的内容太多,有些过时,也不适合使用。因此,编写一部适合高等职业教育的教材是必要的。2010年下半年,我们已经根据新的教学大纲,组织我校的有关老师编写了《电力电子技术及应用》教材,预计将于2011年出版。

2改变传统教学模式,全面推进素质教育

教育活动是一种特殊的实践活动,所谓“教学”本来就应该是教与学相互交流的双向过程。教育者和受教育者都应该是教学活动的参与者,而不应该过分强调教师的作用和地位。作为教学的组织者,教师应发挥好自己的主导作用,突出学生的主体地位,要从传统的“满堂灌”、“当堂弄懂、课上解决”的教学方法转变到启发式、研究式、反问讨论式的教学方法上来,要精心组织教学内容,设计问题启发引导学生进行思考,充分调动学生的学习积极性,达到双向互动。

2.1强调第一课———绪论的重要性

绪论是学生学习本课程的向导,在某种程度上说,第一次课的内容决定了本课程教学的成败。因此教师应花费大量精力,认真准备第一次课。在第一节课,首先要向学生介绍本专业的培养目标及技能要求和本门课程的关系,以及该课程的前导课程和后续课程,使学生了解该课程的性质、地位和作用。然后向学生介绍电力电子技术的发展现状及电力电子技术在国民经济中的重大作用,举出大量的工程实例说明电力电子技术的重要性,使学生对本课程产生强烈的兴趣,明白本课程有什么用,有哪些内容,该怎么学习,从而为后面的教学打下良好的基础。

2.2采用现代化的教学手段

目前,我校电力电子技术课程的教学方法仍然采用传统的教学方法,课堂是单调的黑板+粉笔的“黑白”世界。由于本课程的特点,教师将大量的时间花在画电路图、波形图和公式的推导上,结果是信息传递方式单一、信息量小、课时的利用率不高、学生收获不大、教师苦不堪言。而多媒体教学集文字、声音、图像、动画于一身,代表着当前教育发展的方向。因此,应在《电力电子技术》教学中引入多媒体教学,教师可以从板书中解放出来,将更多的时间放在与学生的互动上。比如在整流电路的教学中,可以加入一些动画演示,其中可以选择不同参数:负载类型和触发角,然后只需点击一下鼠标,电路的工作状态和输出波形就可以显示出来,这样不仅节约了大量的画图时间,学生也很感兴趣,看起来也更形象直观,更容易接受。当然,在实际教学中,教师要根据教学大纲的要求,合理使用各种教学手段,而不是局限于某一种手段,要避免过分依赖多媒体设备而忽略教师对教学的组织和教学内容的讲授,对于重点和难点内容,可以采用板书、多媒体课件相结合的方式,以达到理想的教学效果。

3强化实践环节训练,注重工程应用能力的培养

目前“实践才是工科专业的根本”已成为国际高等工程教育界的共识[3]。理论是从实践中来,最终目的也是服务于实践。特别是实现高等职业教育的“培养千百万高素质技能型专门人才”的目标,实践环节显得尤为重要。电力电子技术是应用性、实践性很强的一门课程,要想真正学好这门课,实践教学是极为重要的[4]。教师应主动结合自身科研的优势,积极给学生搭建电力电子技术应用平台。

3.1加强基础实验实践环节的训练

基础实验主要是验证性实验,例如单相桥式全控整流电路的性能研究,交流调压电路的性能研究等。虽然是验证性实验,但数据测量、处理和结果分析等每一过程对学生能力的培养都大有裨益。

3.2增加综合性和创新性实验的比例

在开设实验课程时,除了基础的验证实验,指导老师还应将电力电子技术与其他课程比如单片机、电机拖动等相结合,开发出一些综合性和创新性实验,引导学生如何进行综合设计和创新,使学生接受一定的挑战;进而,老师也可以给出设计要求和目的,让学生根据自己的兴趣点自主设计实验,然后利用实验设备现场接线、测试,验证自己设计的效果,通过实验数据分析对比,来判断设计的合理性和可行性。学生可以将所学知识应用于实践中,不仅培养了不怕挑战的精神,而且在实践中加深对知识的理解和掌握,更重要的是获得了利用所学知识分析解决问题的能力。

3.3引入仿真技术,弥补实验条件的不足

近年来,计算机仿真技术作为CAD自动化的一个有力工具,已广泛应用于电力电子电路的分析和设计中。将电子仿真设计软件Multisim和科学计算软件MATLAB等引入到电力电子技术教学中,让学生按学习的侧重点或实际需要对实际对象进行简化提炼,而不是原型的简单再现,这样有利于抓住其主要矛盾,加深对所学知识的理解,也为学生将来从事工程设计打下良好的基础[5]。近年来,随着我校招生规模的扩大,加之电力电子技术本身发展迅猛,我校的实验条件有较大的不足,而引入计算机仿真技术,则可以弥补这种不足,减少实验耗材,完成现有实验设备难以实现的复杂实验,缩短实验时间,更加完整地分析实验对象的系统性能指标,优化电路设计,具有快捷、直观、高效、完整等特点。

4结束语

电力电子技术课程改革自2009年开展以来,经历了2007级和2008级两届学生的教学实践,师生们都感觉教学质量和效果明显好于同类课程。当然,教学改革是一个十分复杂的“系统工程”,我们应再接再厉,更加积极地探索教学内容、教学方法和教学手段的改革,比如引入项目教学法,以适应高等职业教育发展和21世纪对人才培养的需要。