高校電力電子技術課程創新

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電力電子技術是在20世紀后半葉產生和發展起來的一門嶄新的技術,現已發展成為一門綜合電力、電子和控制三個領域的新型工程技術學科。電力電子技術既是電氣自動化、計算機控制技術、過程控制等專業的重要專業基礎課,也是實用性、工程性和綜合性很強的課程。國際電氣和電子工程師協會(IEEE)將電力電子技術表述為:有效地使用電力半導體器件,應用電路和設計理論以及分析工具,實現對電能的高效變換和控制的一門技術[1,2]。20世紀90年代以來,電力電子技術得到了飛速發展,新器件和新的控制方式不斷出現,但現行的教學大綱和教材內容更新較慢,不能滿足生產實際的需要。而且傳統的教學方法和教學手段單一,信息量小,互動性不強,學生學習的積極性不高;實踐環節比較薄弱,學生動手能力較差,與高等職業教育的培養目標相差較大。因此,對電力電子技術課程的教學改革勢在必行。

1建立適應時展要求的教材體系

1.1修訂教學大綱,優化教學內容

教學大綱是課程教學的準則,必須貫徹到教學過程的始終。堅持“以學生為主體,以就業為導向,知識以應用為目的,以夠用為度”的原則對教學大綱進行修訂,不斷對課堂教學內容進行更新與優化,以便在有限的學時內高質量地完成教學內容。在新大綱中將電力電子技術課程分成“電力電子器件”、“整流電路”、“直流-直流變換電路”、“逆變電路”、“交流-交流變換”、“觸發電路與驅動電路”、“PWM控制技術”、“軟開關技術”等幾大模塊,每個模塊對不同的專業有不同的側重點,并且更加注重課程的實用性。刪減了一些在工業生產實際中淘汰的半控器件及其控制電路的內容,增加了在生產實際中應用廣泛的全控器件及其控制電路的內容,逆變電路部分全部改用全控器件;在新的大綱中特別增加了學科發展動向,比如智能功率模塊IPM,軟開關技術等;加入了一些本課程在工程應用中的介紹,比如交直流電機調速系統,不間斷電源,開關電源,功率因數校正技術等,使教與學更貼近工程實際。

1.2根據教學大綱,完善教材體系建設

精心選擇或編寫緊扣教學大綱內容、要求和課時分配規定的理論教學教材和實驗教學教材,為教學活動的展開奠定物質基礎。現在的電力電子技術方面的教材很多,但沒有完全適合高職高專教育的教材。有些教材雖然內容豐富,但理論性太強,數學計算過于復雜,難度太大,不適合高職學生學習,有些教材雖然加入了很多工程應用,但有關半控器件的內容太多,有些過時,也不適合使用。因此,編寫一部適合高等職業教育的教材是必要的。2010年下半年,我們已經根據新的教學大綱,組織我校的有關老師編寫了《電力電子技術及應用》教材,預計將于2011年出版。

2改變傳統教學模式,全面推進素質教育

教育活動是一種特殊的實踐活動,所謂“教學”本來就應該是教與學相互交流的雙向過程。教育者和受教育者都應該是教學活動的參與者,而不應該過分強調教師的作用和地位。作為教學的組織者,教師應發揮好自己的主導作用,突出學生的主體地位,要從傳統的“滿堂灌”、“當堂弄懂、課上解決”的教學方法轉變到啟發式、研究式、反問討論式的教學方法上來,要精心組織教學內容,設計問題啟發引導學生進行思考,充分調動學生的學習積極性,達到雙向互動。

2.1強調第一課———緒論的重要性

緒論是學生學習本課程的向導,在某種程度上說,第一次課的內容決定了本課程教學的成敗。因此教師應花費大量精力,認真準備第一次課。在第一節課,首先要向學生介紹本專業的培養目標及技能要求和本門課程的關系,以及該課程的前導課程和后續課程,使學生了解該課程的性質、地位和作用。然后向學生介紹電力電子技術的發展現狀及電力電子技術在國民經濟中的重大作用,舉出大量的工程實例說明電力電子技術的重要性,使學生對本課程產生強烈的興趣,明白本課程有什么用,有哪些內容,該怎么學習,從而為后面的教學打下良好的基礎。

2.2采用現代化的教學手段

目前,我校電力電子技術課程的教學方法仍然采用傳統的教學方法,課堂是單調的黑板+粉筆的“黑白”世界。由于本課程的特點,教師將大量的時間花在畫電路圖、波形圖和公式的推導上,結果是信息傳遞方式單一、信息量小、課時的利用率不高、學生收獲不大、教師苦不堪言。而多媒體教學集文字、聲音、圖像、動畫于一身,代表著當前教育發展的方向。因此,應在《電力電子技術》教學中引入多媒體教學,教師可以從板書中解放出來,將更多的時間放在與學生的互動上。比如在整流電路的教學中,可以加入一些動畫演示,其中可以選擇不同參數:負載類型和觸發角,然后只需點擊一下鼠標,電路的工作狀態和輸出波形就可以顯示出來,這樣不僅節約了大量的畫圖時間,學生也很感興趣,看起來也更形象直觀,更容易接受。當然,在實際教學中,教師要根據教學大綱的要求,合理使用各種教學手段,而不是局限于某一種手段,要避免過分依賴多媒體設備而忽略教師對教學的組織和教學內容的講授,對于重點和難點內容,可以采用板書、多媒體課件相結合的方式,以達到理想的教學效果。

3強化實踐環節訓練,注重工程應用能力的培養

目前“實踐才是工科專業的根本”已成為國際高等工程教育界的共識[3]。理論是從實踐中來,最終目的也是服務于實踐。特別是實現高等職業教育的“培養千百萬高素質技能型專門人才”的目標,實踐環節顯得尤為重要。電力電子技術是應用性、實踐性很強的一門課程,要想真正學好這門課,實踐教學是極為重要的[4]。教師應主動結合自身科研的優勢,積極給學生搭建電力電子技術應用平臺。

3.1加強基礎實驗實踐環節的訓練

基礎實驗主要是驗證性實驗,例如單相橋式全控整流電路的性能研究,交流調壓電路的性能研究等。雖然是驗證性實驗,但數據測量、處理和結果分析等每一過程對學生能力的培養都大有裨益。

3.2增加綜合性和創新性實驗的比例

在開設實驗課程時,除了基礎的驗證實驗,指導老師還應將電力電子技術與其他課程比如單片機、電機拖動等相結合,開發出一些綜合性和創新性實驗,引導學生如何進行綜合設計和創新,使學生接受一定的挑戰;進而,老師也可以給出設計要求和目的,讓學生根據自己的興趣點自主設計實驗,然后利用實驗設備現場接線、測試,驗證自己設計的效果,通過實驗數據分析對比,來判斷設計的合理性和可行性。學生可以將所學知識應用于實踐中,不僅培養了不怕挑戰的精神,而且在實踐中加深對知識的理解和掌握,更重要的是獲得了利用所學知識分析解決問題的能力。

3.3引入仿真技術,彌補實驗條件的不足

近年來,計算機仿真技術作為CAD自動化的一個有力工具,已廣泛應用于電力電子電路的分析和設計中。將電子仿真設計軟件Multisim和科學計算軟件MATLAB等引入到電力電子技術教學中,讓學生按學習的側重點或實際需要對實際對象進行簡化提煉,而不是原型的簡單再現,這樣有利于抓住其主要矛盾,加深對所學知識的理解,也為學生將來從事工程設計打下良好的基礎[5]。近年來,隨著我校招生規模的擴大,加之電力電子技術本身發展迅猛,我校的實驗條件有較大的不足,而引入計算機仿真技術,則可以彌補這種不足,減少實驗耗材,完成現有實驗設備難以實現的復雜實驗,縮短實驗時間,更加完整地分析實驗對象的系統性能指標,優化電路設計,具有快捷、直觀、高效、完整等特點。

4結束語

電力電子技術課程改革自2009年開展以來,經歷了2007級和2008級兩屆學生的教學實踐,師生們都感覺教學質量和效果明顯好于同類課程。當然,教學改革是一個十分復雜的“系統工程”,我們應再接再厲,更加積極地探索教學內容、教學方法和教學手段的改革,比如引入項目教學法,以適應高等職業教育發展和21世紀對人才培養的需要。