本文作者：茅靖峰 顧菊平 王亞芳 單位：南通大學(xué)電氣工程學(xué)院

傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題分析

電力電子技術(shù)作為工程技術(shù)需要有一定量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)才能保障學(xué)習(xí)效果。但在傳統(tǒng)的“電力電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，基礎(chǔ)性和簡單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，不能很好地與當(dāng)前的工程實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，致使許多新技術(shù)、新方法無法通過實(shí)驗(yàn)來直觀的體驗(yàn)。而且電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備的常用形式為基于掛件結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)驗(yàn)箱，基本上與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的重要元器件、電路和系統(tǒng)都被封閉于內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們無法看到功率元器件、配件及電子儀表的外觀和關(guān)鍵連線。學(xué)生依照原理圖機(jī)械地連接主電路、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形，即使不了解電路的工作原理，也能較順利地完成實(shí)驗(yàn)。因此，無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，沒有探索學(xué)習(xí)的動(dòng)力，鍛煉創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力的教學(xué)內(nèi)容和平臺(tái)也不足。

課程教學(xué)改革措施

作為地方綜合性高校，南通大學(xué)的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的定位是培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供智力支撐和人才支持。因此，本課程作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，其教學(xué)目標(biāo)的確立需結(jié)合本區(qū)域的產(chǎn)業(yè)分布與發(fā)展特點(diǎn)，同時(shí)又緊緊圍繞本專業(yè)的學(xué)科方向。形成了以幫助學(xué)生從裝置和系統(tǒng)角度理解和掌握電力電子技術(shù)，培養(yǎng)理論與實(shí)踐能力兼具的創(chuàng)新型電力電子應(yīng)用技術(shù)人才為目的，以新能源、運(yùn)動(dòng)控制、電源技術(shù)、柔性交流輸配電等應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楸尘埃灾v授電力電子技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中所需要處理的相關(guān)問題為主要內(nèi)容的課程教學(xué)思路和培養(yǎng)目標(biāo)。

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，在學(xué)院學(xué)科特色和現(xiàn)有教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，對課程體系和內(nèi)容進(jìn)行了合理調(diào)整。舍棄了傳統(tǒng)的以大篇幅晶閘管半控器件分析為主線的教學(xué)內(nèi)容體系，建立了“以基于全控器件的實(shí)際應(yīng)用為主線，以電力電子主拓?fù)潆娐方Y(jié)合系統(tǒng)級(jí)的自動(dòng)控制原理及其實(shí)現(xiàn)電路分析為主要技術(shù)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生從整體的角度認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)電力電子電路的能力”的課程教學(xué)體系。整合后的教學(xué)內(nèi)容由三部分組成：功率器件、典型電路、應(yīng)用及其系統(tǒng)。功率器件是基礎(chǔ)，重點(diǎn)講授開關(guān)全控器件及其驅(qū)動(dòng)電路；典型電路是主體，重點(diǎn)講授基于全控器件的直直、逆變和整流三種變換電路及其控制機(jī)理；應(yīng)用及其系統(tǒng)是提升，重點(diǎn)講授電力電子在新能源發(fā)電、運(yùn)動(dòng)控制、電源和柔性交流輸配電技術(shù)中的應(yīng)用原理及其典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例。三者層次明晰，但學(xué)時(shí)又有所側(cè)重。即前兩部分作為前續(xù)“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容的回顧與拓展，講授學(xué)時(shí)占總理論學(xué)時(shí)的近一半，第三部分作為工程應(yīng)用與系統(tǒng)提升的重要部分，需著重講授，以逐次勾勒出一個(gè)電力電子技術(shù)及其工程應(yīng)用的整體全貌。在教學(xué)內(nèi)容的組織與講授中，凝煉理論教學(xué)的內(nèi)容，在原理的講授中注意培養(yǎng)學(xué)生面向工程的意識(shí)和思維，并及時(shí)動(dòng)態(tài)地將教學(xué)團(tuán)隊(duì)獲得的最新科研成果以及科研項(xiàng)目的最新進(jìn)展融合到相關(guān)的課程內(nèi)容中去，讓學(xué)生接受到來自科研和工程研發(fā)第一線的新知識(shí)、新技術(shù)。另外，針對基于電力電子技術(shù)應(yīng)用的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展的趨勢和前沿內(nèi)容，以及課程中被壓縮掉或被取消的專業(yè)知識(shí)，設(shè)置為系列課外專題講座，聘請對專題內(nèi)容有深入研究和獨(dú)特造詣的教師及企業(yè)的科技人員講授，以開拓學(xué)生的知識(shí)面、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維及能力。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)動(dòng)手能力和初步設(shè)計(jì)技能，增強(qiáng)解決問題和分析問題的能力的必要教學(xué)一環(huán)。為了突出課程的工程實(shí)用性，采取了優(yōu)選驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加了設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)置方法。注重電路的工作機(jī)理分析與工程實(shí)際問題是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選的該類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的諧波與抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆變策略的實(shí)現(xiàn)電路及特性等。注重工程實(shí)用性是設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇標(biāo)準(zhǔn)。我們要求學(xué)生們對該類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目遵循“理論設(shè)計(jì)計(jì)算—>計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證—>硬件實(shí)驗(yàn)電路測試—>波形數(shù)據(jù)分析總結(jié)”的順序開展路線，以強(qiáng)化學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的掌握和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，并促進(jìn)學(xué)生形成理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。增設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：各型升/降壓直直變換器設(shè)計(jì)、有源功率因數(shù)校正器設(shè)計(jì)、諧振軟開關(guān)設(shè)計(jì)、三相高頻PWM整流器設(shè)計(jì)，以及他們的復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置為必修和開放式的選修兩類，以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)授課學(xué)時(shí)不足的矛盾，同時(shí)采取“案例講解法”、“實(shí)物演示法”等不同的教學(xué)方法，在實(shí)驗(yàn)課上認(rèn)真講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟和注意事項(xiàng)，以激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動(dòng)其積極性。此外，應(yīng)改革課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定方式，突出對實(shí)驗(yàn)過程的考核，鼓勵(lì)探索性的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。具體措施包括增加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)在課程總成績中的權(quán)重，增加實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作測評(píng)、實(shí)驗(yàn)過程問辯三方面的成績考核項(xiàng)等，通過確立科學(xué)合理的考核方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，形成務(wù)實(shí)的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

課程設(shè)計(jì)是對學(xué)生工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，其課時(shí)安排在全部理論課程講授完畢后進(jìn)行。該實(shí)踐環(huán)節(jié)依托于以現(xiàn)代電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室為主體，以工程訓(xùn)練中心、控制電機(jī)、虛擬儀器、風(fēng)力發(fā)電動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室等其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)室為輔助的課程設(shè)計(jì)開放式創(chuàng)新訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。[3，4]課程設(shè)計(jì)內(nèi)容以學(xué)生熟悉并感興趣的熱點(diǎn)工程為背景，從南通大學(xué)電氣工程學(xué)院專業(yè)與學(xué)科特色以及科研項(xiàng)目中，提煉出其中典型的技術(shù)問題，設(shè)計(jì)出合理的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。可選的背景包括：風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、精密電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)、電力無功與諧波控制、磁懸浮控制、特種電源等。其中的典型技術(shù)問題包括：整流、正弦逆變、直直變換、Delta逆變、閉環(huán)自動(dòng)控制、檢測技術(shù)等。針對少部分優(yōu)秀學(xué)生采用“導(dǎo)師制”的課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法，通過細(xì)致的指導(dǎo)，緊密的設(shè)計(jì)過程跟蹤，來進(jìn)一步提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量，并促進(jìn)這部分學(xué)生研究性論文、專利、小制作等方面成果的形成。針對大部分學(xué)生采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”的課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法。學(xué)生以小組為單位，在選題庫中自由選題，利用書刊、網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料，自主形成完成項(xiàng)目的各種設(shè)計(jì)思路，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。通過課程設(shè)計(jì)的鍛煉，使學(xué)生將書本上的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)真正融入了自己的知識(shí)鏈，提高了其綜合能力以及自主創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。