《电力电子技术》课程教学改革与实践的探讨

关键词：电力技术课程

电力电子技术是利用电力半导体开关器件对电能进行变换和控制的技术, 在高校作为一门课程已开课20年有余, 通过本课程的学习, 不仅要求学生掌握电力电子技术的基本概念, 基本理论和基本分析方法, 同时也要求学生具备应用本课程知识独立分析、解决简单实际工程技术问题的能力。

随着电力电子技术在电气、自动化、通讯工程等诸多工程领域的广泛应用, 课程的内容也随着相关技术的发展而不断更新、教学要求也越来越高。传统的“课堂教学+验证性试验”的教学模式已很难适应, 如何让学生在有限的学时内学到更多的知识, 这就需要转变教学方式, 对教学方法进行探讨和改进, 建立一套采用多媒体技术辅助理论传授、计算机仿真技术、实践验证及综合设计相结合的全方位的课程教学新体系, 使学生尽可能多的掌握和了解本学科的知识, 提高教学质量。

1 教学现状

《电力电子技术》是一实践性很强的课程, 知识点多设计范围广, 但目前存在的问题有以下几点。

1.1 教学方法问题

目前的教学方法还是基本沿用以课堂教学为主, 实验性验证为辅的传统模式。虽然已将多媒体课件引入教学多年, 但讲学过程中还主要以老师讲为主, 没有跟学生之间建立互动的教学方式。难以调动学生的积极性和对课程的兴趣, 不利于学生对本课程的理解。

1.2 实践环节问题

实验室为本课所提供的实验设备与实验仪器已经比较陈旧, 而且数量不足, 性能也一般, 只能做部分验证性实验, 致使许多新技术, 新方法无法通过实验验证, 更谈不上让学生自己动手, 对设计的电力电子电路进行组装调试了。

1.3 考试环节问题

对学生学习效果的评估, 仍然采用闭卷考试的方式。致使学生为应试而学习, 不利于激发学生的创造性和探索新知识的积极性。

2 课堂教学改革

2.1 调整教学内容

随着电力电子技术的飞速发展, 新器件和新的控制方法不断出现, 电力电子技术的教学内容必须根据自身的发展及时更新。但实际授课的教材由于编写要符合大多数人自学, 所以有比较全面的结构体系, 由于电力电子发展速度快, 教材不可能含盖当前所有电力电子技术各个方面的发展领域和最新动态。因此在授课时, 应根据电力电子技术的发展趋势, 对教学内容进行删减和补充。

2.1.1 压缩和删减半控型器件及控制电路的学习

晶闸管曾经作为电力电子技术核心元件, 由其组成的控制电路和控制装置一度是电力电子技术教学的主要内容之一。然而到了20世纪80年代, 以IGBT为代表的全控性器件已逐步取代晶闸管而成为电力电子技术的核心, 并由此推动了整个电力电子技术的巨大发展。因此, 我们在授课时要紧紧围绕技术的核心, 压缩和删减一些已经过时或在实际工程中应用较少的器件和电路。例如晶闸管直流电动机系统, 它原来是可控整流装置的主要用途之一, 采用相控方式, 但目前已由全控型器件构成的PWM脉宽调制电路所取代, 因此在授课时就简单介绍, 主要从能量的流转角度说明就行了。

2.1.2 强化全控型器件及控制电路的教学

在20世纪80年代全控型电力电子器件逐步形成以功率MOEFET和IGBT为主体的局面。功率MOEFET和IGBT开关频率大大提高, 同时是电压型控制, 易于直接和数字电路接口, 因此取代晶闸管而成为新一代电力电子技术的核心已是不争的事实。于是我们在教学中就要强化功率MOEFET和IGBT为代表的全控型器件的教学, 包括由这些器件构成的系统装置的控制方法, 如PWM控制技术。PWM控制技术在逆变电路中的得到最为广泛的应用, 对逆变电路的影响也最为深刻。现在的逆变电路中几乎都是PWM控制方式。近年来, PWM技术在整流电路中也得到应用, 并显示了突出的优越性。

2.1.3 增加新器件与控制方法及学科发展动向的教学

近年来电力半导体器件已向模块化、集成化、和智能化发展。这类器件可以完成复杂的功率控制, 减小装置体积, 降低成本, 增强了系统的可靠性, 适应高频工作的要求。因此, 在授课时, 应将这些内容及时增加到教学中。

随着新型电力电子器件和控制方法的出现, 电力电子技术在工业控制、绿色电源、通讯、变频调速、办公设备电源、汽车电子等领域都有着巨大的应用前景。我们在授课时都应及时将电力电子技术的最新发展动向介绍给学生。

2.2 改进教学方法和教学手段培养学生的素质和能力

2.2.1 与工程相结合, 增强学生的学习兴趣

电力电子技术是与工程实际紧密结合的课程。我们在介绍绪论的时候就可以带一些实物, 比如调光台灯、变频器等在课堂上演示给学生看, 激发学生的兴趣。接下来就进一步提出问题, 为什么可以调光, 怎么调光?为什么电机能调速, 怎么调速?以增强学生的求知欲望。然后再和学生一起回顾电力电子技术的诞生、发展及其应用, 使学生了解电力电子技术的发展状况及电力电子技术在国民经济中的重要作用, 扩大学生的视野, 增加对电力电子技术的理解。

在讲授交流调压时, 将软启动器带上灯泡演示给学生看, 并详细介绍他的控制框图, 以及和单片机的接口、与键盘数码管的联结数字式同步、电流检测等。由于与工程实际紧密结合, 使学生对学习产生兴趣, 在课堂上能认真听, 课后能认真思考, 以收到较好的教学效果。

2.2.2 充分调动学生的学习主动性, 积极性

长期以来, 电力电子技术课程的教学方法是以教师为中心, 这样学生总是处于被动接收的状态, 妨碍了学生学习的主动性和积极性的发挥, 不利于学生的素质和能力的培养。因此, 教学中要分清重点和难点, 结合难易程度来分层次的进行讲学, 并精选一部分内容留给学生去自学;结合学生日常生活中看到的一些与电力电子技术有关的现象, 让学生分析原理, 设计电路, 画出波形, 并作一些简单的工程计算。然后再综合学生所做的设计, 在课堂上加以讨论。这样一方面学生通过自己设计电路, 并对其加以分析, 因此对这部分内容印象非常深刻, 另一方面有利于帮助学生克服依赖性, 培养和锻炼自学能力和思维能力。

2.2.3 合理利用多媒体技术, 丰富教学手段

我院在电力电子技术课程的教学中, 经历了从单调的黑板+粉笔的, 使用幻灯片, 运用多媒体授课的过程。笔者认为, 在电力电子技术教学中, 教师要根据教学大纲的要求, 合理使用各种教学手段相结合。充分利用多媒体教学形象, 直观, 信息量大的优点;又要避免过分依赖多媒体设备, 只管播放课件, 不顾学生的学习态度, 不管学生的学习效果, 否则使用多媒体课件不但收不到教学效果, 反而影响了学生的学习积极性和对知识的掌握, 因此采用板书、课件, 有选择、分主辅相结合的方式, 更能充分发挥现代教学手段的有点, 以达到预期的教学效果。

3 实践环节改革

实验环节是教学过程中的重要一环, 是课堂教学的补充, 对理解和巩固课堂知识有重要作用, 对加强学生工程技能训练, 提高学生的动手能力有不可替代的作用。电力电子技术是应用性、实践性很强的一门课, 实践环节尤为重要。

3.1 加强基础实验环节的训练

基础实验主要是验证性实验, 例如晶闸管特性测试, 单相交流调压电路的性能研究等。实验指导书基本给出了主电路和控制电路, 并给出了实验方法和步骤, 使学生在巩固理解书本知识的基础上, 通过实验, 熟悉并掌握实验设备及实验仪器的使用方法, 如示波器、万用表等, 并在实验过程中, 通过多波形的测量、数据的采集及处理、结果的分析, 培养学生的实际基本动手实验能力。

3.2 充分利用仿真软件, 建立计算机实验平台

随着电力电子器件和计算机技术的不断发展, 电力电子技术也得到了迅猛的发展。实验设备难以适应现代电力电子技术发展的要求, 同时为降低实验成本, 应大力开发计算机仿真实验, 这也是未来课程实验的最重要的发展方向。

4 考核方式改革

传统采用闭卷考试的方式, 使学生为应付考试而学习, 不利于激发学生的创造性和探索新知识的主动性, 同时不易对学生学习过程做出公正的评价。因此, 探索合理的考核方式对提高学生学习积极性和主动性起着非常重要的作用, 我们正在建立一套更为行之有效的考核制度, 力求将学生的平时学习中表现出来的状态体现出来。平时的作业减少出现只有唯一答案的习题, 多提出启发学生思维的问题。教学过程中可以有2~3次这样的小作业, 如:电力电子器件发展趋势, 电力电子技术应用带来的问题及解决等, 引导学生查阅资料, 勤于思考, 大胆假设, 提出自己创造性的意见。通过这些学习, 锻炼学生查阅资料能力, 扩大知识面。并将作业情况作为总成绩的一部分, 使学生的知识在平时的学习中积累起来, 而不是只为应付而学, 学完就忘。