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Abstract The teaching reform of power electronic technology is explored in the following aspects as classroom instruction, tutorship after school, experiment and practice, examination and effect after teaching practice in this paper.
Key words power electronic technology teaching reform teaching method
一、前言
《电力电子学》是电气工程及自动化、工业自动化和其他相关专业的一门重要的专业基础课,属必修课。该课程的特点是基础性强,体现了弱电对强电的控制;又具有很强的实践性,和生产生活联系紧密。
二、教学改革
随着现代电力电子学的日新月异,《电力电子学》课程的内容也不断更新、发展,越来越丰富。但由于专业课程的不断增加,电力电子学课程的教学学时却越来越少。这一矛盾对课程的教学质量和教师的教学水平提出了严峻的考验。为解决这一问题,实现把大学生培养成为基础厚、知识博、能力强、口径宽和适应性强的高素质人才这一教学目标,我们《电力电子学》课程组在以下几个方面进行了教学改革实践。
1、课堂教学。课堂教学是整个教学活动的主体部分,也是我们教学改革的重点。为了高质量、高水平地完成教学任务,我们从教学内容、教学手段、课堂教学组织几个方面入手,借鉴其它学科的先进经验,大胆革新,形成了自己内容丰富形式灵活的教学特色。
在教学内容上,我们按照教学大纲的要求进行了梳理、精选和更新。根据各位授课老师多年的教学经验,在教学目标分类法的指导下,我们将课程分为八个教学单元,每个单元确定一两个重点内容授课时,以重点内容把所学单元中的基本概念、原理、方法和过程讲清讲透,强调基本概念和分析问题的思路,非重点内容则在此基础上进一步扩展。这样既避免了重复讲述,又体现了知识的层次性和扩展性。精讲必须多练。我们从能力培养着眼,对每一个重点单元精选例题和习题,注重讲、练结合,保证练的比重,加强综合训练,培养学生自主学习、增强分析问题和解决问题的能力。在教学大纲以外,授课老师增加了电力电子电路的部分仿真技术内容。实践证明,这部分内容的引入对促进学生主动学习,更好地理解基本原理、概念,提高设计应用能力起到事半功倍的作用。在实际授课时,我们还注重教学内容的不断更新,及时将本学科领域的最新科技成果引入教学,保证了课程内容的基础性和先进性。
在教学手段上,我们采用了电化教学和多媒体教学的方式,并配合教材开发了一套多媒体 CAI课件。动画和多媒体方式的引入,使电力电子电路中比较抽象的电特性变得直观,使得原本难以理解的问题,如电路在不同时刻的不同等效形式,输入输出波形的产生等,变得比较容易。学生容易建立起相关电路的清晰概念。此外,电化教学和多媒体教学可以在有限的时间内立体化、直观化地展现大量的教学信息,避免授课老师将大量时间用到在黑板绘图上,提高了课堂教学的效率和质量。同时,多媒体课件的开放式结构也方便把最新技术不断加入到课程的教学中来,以满足学生对新技术的追求。
在教学内容和手段上进行改革后,课堂教学信息量增大,要求学生更加认真积极地参与教学活动,否则可能出现“坐飞机”的情况。因此授课教师的课堂教学组织能力非常重要。为提高这一能力,我们授课组的教师一方面努力提高语言表达能力,采用生动幽默的语言激发学生兴趣,另一方面精心组织教学,设计出提问,讨论,课堂调查、小测验,写小论文等多种形式,及时掌握学生学习情况,调动每个学生都参与到教学中来,让整个教学过程既充实又有趣。
2、实践教学。实验教学侧重于对思维方式和动手能力的培养,是理论教学的主要补充,它在整个教学环节中具有重要地位。因此实验教学改革是教学改革这一系统工程中的重要一环。我们把实践教学分为基础实验、选做实验、仿真实验、课程设计等多个层次,结合课外科研训练实践、四川省和全国大学生电子设计竞赛等高水平的实践环节,从而将综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力的培养贯穿于整个教学过程,形成多层次、立体化的实践教学特色。
为了开好基础实验和选作实验,电气信息学院投入实验建设经费,购买了十套浙江天煌公司的“电力电子与自动控制系统”实验平台,同时增加了一些新的器件样品,使学生有更好的硬件条件开展实验。另外我们还自己动手开发出一个模拟实验的软件平台。学生可以自由地调用仿真环境中的各种电力电子器件搭建各种电路,模拟实际装置的全程动作情况。通过该仿真软件平台,我们可以实现EDA教学。 对于实践教学,我们始终坚持理论与实践的统一,一方面在学时安排上,实验课与理论课紧密衔接,实验内容与教学内容互相渗透,另一方面采用台阶式教学,教学目的层次分明,即采用验证型、设计型、综合型三个层次的实验教学,这样不仅延伸了教学内容,而且培养了学生的创新能力和综合应用能力。
在教学过程中,我们把课堂教学、实验教学和EDA教学相互融合起来。课堂教学突出课程的基础性,实验教学强调课程的实践性、应用性, EDA教学贯穿于课程的各个环节,体现课程的先进性。不同的教学环节各司其职,相辅相成,相互交融,有机结合,实现 “加强基础,注重实践,促进创新”的同一个目标。
为了进一步提高学生发现问题、分析问题和解决问题的综合性实践能力,作为立体化实践教学的扩展,课程组把培养学生实践创新能力固化在教学任务中,建立了《电力电子学》系列课程本科生导师体系,在学生中建立学研小组,由授课教师指导学研小组。注意引导和鼓励学生积极参加各种科技竞赛活动,积极组织学生参与校级、四川省和全国大学生电子设计大赛,取得了良好效果。
3、课外辅导。为进一步提高教学质量,我们开展了一系列有效的课外辅导活动。这些活动主要有:利用校园网进行网上讨论、网上答疑、网上批改作业等;指导学生课外阅读与电力电子学有关的学术期刊,鼓励学生写小论文;开展与课程知识内容相关的设计及创新活动;在适当的时候,组织学生到校外参观实习等。通过这些活动引导学生进入一种有意识的主动学习状态中,提高学习兴趣,调动学习积极性,使学生的学习效率大大提高。
4、考核方式。为克服应试教育带来的弊端,我们也改革了考试制度。考题除了深度、广度和难度符合教学大纲要求外,我们更着重对分析问题和解决问题的能力进行考核。近年来我们在《电力电子学》课程的笔试考试中,采用半开卷考试,即学生可以带一张A4纸正反面笔录,便于学生在复习中进行自我总结,考试时不用死记硬背公式。笔试考试的组织严密、规范,试卷规范,评分客观、公正,并建立了对考试结果进行教学质量分析的制度。成绩中,除了笔试成绩外,将作业、实验、小论文和答疑情况也记入总成绩,使成绩考核更全面、客观。
三、教学改革成效
《电力电子学》课程教学改革得到了上至学院领导下至选课学生的大力支持。学院鼓励和支持课程组的教师以各种形式参加科研开发项目或进行理论研究,以便及时了解和掌握与本课程相关的科技发展最新动态和成果,并且将其融汇到课堂教学中去,使我们的教学工作既源自大纲,又不局限于大纲。以高水准的科研能力保证了教学质量的提高。同学们也提出了很多非常中肯的建议。在大家共同努力下,《电力电子学》课程自开始进行教学改革以来,课程组教师先后主持和参与完成4项教学改革项目,发表了数十篇教学改革论文,取得了四川省和学校的教学成果奖励。
课程组教师改革工作取得了较好的教学效果,得到了广大学生和同行的好评。在每学期课程结束前,请听课同学提的意见中,都能看到感谢的话语和鼓励支持;督导教师的多次听课也表示了对我们教学方法和效果的肯定;每学期的教学检查和学生评教,我们的课程均得到高出平均值的得分。近三年学生对本课程评教的无记名投票结果为:优占71.5%,良占28.5%。学生的实践能力和创新能力也得到了较大的提升,在第三、第四、第五、第六届全国大学生电子竞赛中连续获得国家一、二等奖。学生在相关后续课程的学习、课程设计和毕业设计中也表现出较好的能力。随着综合素质的提高,毕业生的一次就业率也得到提高。一些进入研究生阶段学习的学生也表示《电力电子学》课程给他们打下了较好的基础,有助于他们进一步深造。校外专家也认为,尽管我校是四川省属高校,但《电力电子学》课程在省内的学术地位和教学质量是靠前的。
四、课程后续建设
今后两年课程建设着重于两方面内容。一是总结多年来《电力电子学》课程教学改革和教学研究课题的经验,不断深化教学改革,进一步提高教师的英语水平,扩大双语教学的学生比例。二是在学校适当增加电力电子与电力传动实验装置的基础上,全面实行开放性实验,增加设计性和综合性实验的比例,进一步提高学生实验技能和工程实践能力。同时,建立以《电力电子学》课程为基础的电工技术实习基地,开展学研小组的设计和创新活动。
我们今后会继续努力,本着保持特色,扩大范围,深化内涵,提高质量的原则,争取把课程建设成省级精品课程,迈上更高层次,以适应21世纪高素质工程技术人才培养的需要。
参考文献
1.王兆安,黄俊.电力电子学[M].第四版.机械工业出版社,2000
关键词:电力电子技术;教学方法;教学质量;评价机制
Abstract: Power electronic technology is the basic professional knowledge that must be mastered by the students of mechatronics major. In teaching, reform conducted in the course content, teaching methods and evaluation mechanisms has contributed to explore new methods and new ways to improve teaching quality, achieving better teaching effects.
Key words: power electronics technology; teaching method; teaching quality; evaluation mechanism
中图分类号: F407.61文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术,实现对电能的控制、变换和传输的科学,是现代电子学的一个重要分支,是介于电气工程三大主要领域——电力 、电子和控制之间的交叉学科,在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。因此,电力电子技术是机电一体化专业学生必须掌握的的专业技术基础知识。
电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面,成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术。随着科学技术的发展,电力电子技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、计算机科学等许多领域密切相关。目前,电力电子技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。电力电子技术不但本身是一项高新技术,而且还是其它多项高新技术发展的基础。正是由于该课程是一门综合性学科,对于高职学生来说,如果是按照高等学校那样的传统式教育,即一般所指的“先生讲,学生听”,教师传授知识,学生接受知识的“灌输式教学”根本不适合高职学生的学情。
一、学情分析
首先高职学生学习该课程的目的是熟悉典型电力电子器件的工作原理 、外特性和主要参数、各类电力电子变换主电路的基本工作原理 、分析方法;了解电力电子技术在工程技术领域中的应用。针对他们而言,主要是会应用这些电路即可,不必参与这些电路的设计及计算。更不需要讲课时花在一些复杂公式的推导上,这样的教学效果适得其反,学生只会觉得课程内容枯燥无味,没有学习兴趣,尤其是某些高职学生的基础课的知识相对薄弱,要学习电力电子技术必须先学习电工技术、模拟电子技术和数字电子技术这三门基础课,而要求这三门课程的掌握程度为较好,有些学生对于这几门专业基础课掌握得不是很好,在此基础上学习电力电子技术肯定积极性不高,困难较多。
其次,电力电子技术是一门理论性和实践性均较强的专业技术基础课,以理论教学为主,附加开展的个别实验,尤其是大多数为验证性实验,没有从提高学生的学习兴趣出发,没有结合实际应用,这样的实验效果很差的。
根据针对高职学生的学情分析,结合学校已有的教学设备,我们提出了以实践为主的电力电子教学。
二、以实践为主的电力电子教学
1、采用模块化教学
对于电力电子技术这门课程,我们将其课程划分为二极管整流电路和晶闸管可控整流电路两大模块,共9个任务。每个模块的内容既是独立的,又有其明确的教学目标,完成每个模块既要通过实验,也要制作产品。使得内容的组织方式更符合学生的认知规律,易于激发学生的兴趣,同时有利于学生掌握与生产技术有关的必要的基本技能和动手能力。各模块内容如下:
模块 任务 教学内容
模块一:二极管整流电路 任务一:二极管 ①PN结的形成与特性;②二极管结构、类型和主要参数③一般二极管和特殊二极管的应用④二极管的识读和检测
任务二:二极管单相整流电路 ①直流稳压电源的组成②单相半波、桥式整流电路、滤波电路的工作原理③稳压管的工作特性和主要参数及使用
任务三:制作直流稳压电源 ①绘制原理图②制作PCB板③安装、调试
任务四:二极管三相整流电路 ①三相半波整流电路②三相桥式整流电路③整流器件的选用
模块二:晶闸管可控整流电路 任务一:制作台灯调光电路 ①单结晶体管②晶闸管③晶闸管的触发电路④绘制原理图、制作PCB板、安装、调试
任务二:晶闸管可控整流电路 ①单相半波可控整流②单相半控桥式整流电路③三相半波可控整流电路④三相半控桥式整流电路
任务三:晶闸管的选用和保护 ①过电流保护②过电压保护③晶闸管的选用和检测
任务四:逆变和交流调压 ①逆变的基本工作原理②单相交流调压的电路图及波形
2、以实践为主,简化理论教学
在进行任务教学时,通常将学生分成几个小组,循序渐进的完成各个任务。每个任务设置两至三个实验为主,相关的理论知识以简单介绍为主,主要是波形分析,以及简单的计算。学生通过亲自参与实验动手调出相应的波形,并且画出波形,记录相关参数,由此理解电路的工作原理,并且配有相应的思考题帮助学生加深理解相应电路的工作原理,或者是通过制作产品来理解电路的工作原理。比如说二极管单相半波整流电路,教师简单介绍二极管的单相导电性,以及单相半波整流电路电阻性负载时电路的工作原理。让学生完成电阻性负载时电路(图1.1)的输出电压波形的测量,得到如图1.2所示的波形,然后让学生将电感接入电路,变成电感性负载(图1.3)。让学生再次测量电路的输出电压波形,学生就发现在输出电压波形发生了改变,出现了一段负电压如图1.4所示。
图1.1图1.2
图1.3 图1.4
对于这种情况,学生会自己思考“为什么会产生这样的波形?”,自己去查找原因,在通过当场与教师交流,及时得到解答。通过这种方式学习,学生不仅对电路的输出波形印象深刻,更重要的是调动了学生的学习积极性,能够主动参与整个学习过程,这种学习方式比起在课堂中枯燥的理论教学生动具体,学生的学习效率高。
3、建立科学的评价机制
由于是以实践为主的教学模式,我们不再采用传统的学生学业评价中“一考定全局”终结性评价模式,采用多样化的考试方式,学生学业成绩的构成实行多元化,要将每个任务的完成情况作为平时考查成绩和最后的考核成绩按一定比例综合成为课程总成绩,特别重视与评价学生的创见和研究与创新能力及其成果,对于这样的学生给与一定的加分,作为一种激励措施。课程考核评价方案应在开课时公开地告诉学生,让学生能够主动参与评价,充分体现学生在学习中的主体地位。
三、教学效果
这种以实践的为主的教学方法是以学生为中心的教学方法,课程的学习逐步深入,通过实践不断有新的问题出现,学生有兴趣解决这些问题,因此他们积极地组织自己的学习,他们会通过书本或者其他各种信息渠道寻找答案,在寻找答案的过程中,查阅资料。在与同学、教师的讨论中他们学会了如何获得信息,如何与人交往,在课堂上向大家表述自己小组的结论和想法,锻炼了学生综合信息以及团队合作能力和自我表达能力。教学研究发现学生在学习的过程中对知识的掌握有不同层次,只进行阅读掌握10%;如果只是听教师讲,没有视觉感应,掌握知识的占26%;如果只有视觉效果,掌握30%;如果听和看结合,掌握50%,如果可以简单地重复讲出来,掌握70%;而如果自己通过做再自己讲出来,就掌握了知识的90%。因此,这种以实践为主的教学模式,使学生参与教与学的过程,学生能够最大限度地掌握所学的知识,而且各方面能力达到锻炼,课程讲授也达到最终目标。
Analysis of Modern Power Electronics Teaching
KAN Xiu, LI Yuanyuan, LIANG Jianru, LUO Xiao, CHEN Xiaolong
(College of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620)
Abstract Modern power electronics is an effective bridge between 'force electricity' and 'weak electricity '. According to the construction of automation and automotive electronics and other majors' requirements, Modern power electronics has become the required course. Firstly, the common problems have been analyzed in the teaching process of modern power electronics. Then, the improved methods have also been discussed for modern power electronics teaching.
Key words modern power electronics; teaching; experiment
1 目前教学中存在的问题
1.1 任务重课时少
以我校自动化专业为例,现代电力电子学作为专业基础必修课一般安排48学时(包括课内实验4学时),教学重点包括电力电子器件和四大变换电路,如何在并不充裕的教学时间内完成教学内容并兼顾教学艺术与专业发展,已然成为摆在大多数授课教师面前的现实课题。
1.2 内容多信息大
由于教学任务繁重,且很多老师本身并不熟悉现代电力电子学在所授专业中定位与应用,造成授课过程中很难抓住专业要求合理安排教学内容,而是采用多媒体通篇教学的方法,课堂信息量过大、知识点零散,学生往往抓不住重点、不堪负重也就很难跟上授课教师的节奏,学习效果大打折扣,教学质量可想而知。
1.3 基础弱兴趣低
现代电力电子学的先修课程包括微积分、电路、数电和模电等,而这些课程(包括现代电力电子)所涉及的均为枯燥繁琐的理论知识,加之学时的限制,学生往往对这些先修知识的掌握程度达不到现代电力电子学学习的要求,这也无形中增加了学生对课程学习的抵触情绪,为课程的教学增加了很多难度。
1.4 强灌输少动脑
由于种种条件的限制,目前大多数高校采用多媒体大班式授课,教学方式生硬且单一,学生多被动接受知识,很少会积极主动学习。另外,课内实验本是检验学生对所学知识掌握的关键,也因为学生在实验时只是按照“过于详尽”的实验指导书,简单连线加上抄写数据与波形而顺利完成,使得实验的目的与意义尽失。
2 教学方式方法的探讨
2.1 立足专业完善方案
现代电力电子学虽被大多数工科专业选作修读课程,但是每个专业都有自己的方向需求,做到根据专业所需、参考企业所求、摸清未来发展,将专业、行业与学业有机结合起来,制订适应学科发展、行业需求的合理教学方案,做到把知识、技术与能力培养有效整合,建立起学生对学习内容和行业发展的直观认识,调动学生的主观能动性,使其挖掘自身所长,从自身兴趣出发完成课程的认识和学习,同时掌握理论知识和应用技术,才能成为真正的专业人才。
2.2 条理清晰提高效率
教师要根据教学方案合理安排授课内容,注意条理性并突出重难点,明确各内容板块的教学顺序,以便学生能相对轻松地跟上教师的授课节奏,清楚地理解并掌握所学知识。教学过程中时刻注意学生的反应,尽量做到换位思考,多从学生的角度去分析教学过程,在问题释义难点分析时,注意给学生尽量创造一个可自由发挥和想象的空间,充分提高课堂教学的效率。并注意在每节课中将上节课的典型问题、作业难点和学生建议反馈给课堂,解决问题的同时也加深了学生的理解。
2.3 加强实践培养创新
对于以培养技术型人才的工科院校来讲,在教学过程中完成对学生实践能力和创新能力的培养成为其重要任务之一。实验教学正是提高学生动手实践与动脑创新的主要途径,而课内实验由于其自身的特点,要求学生在掌握必要的基础知识的同时,理解实验目的、实验原理、实验方法和实验步骤,正确完成实验仪器使用、实验数据分析和实验报告撰写等一系列工作,让学生们在实验过程中理解书本知识验证所学内容。鼓励学生在实验过程中提出问题解决问题,激发学生内在的学习欲望,全面锻炼学生的学习能力、创新能力和实践能力,促进学生的多方面协调发展。
2.4 优化方法灵活教学 (下转第96页)(上接第94页)
在现代电力电子的教学过程中,大多数教师沿用了理论教学的传统教学方式,即板书为主和PPT播放辅助,而我们知道现代电力电子其实是一门应用性很强的学科,教学过程中不宜只重视理论推导,而忽略实际应用。教师应多从实际情境出发,引出教学内容的同时,激起学生的兴趣,更能形象地说明所学知识的应用背景。且在授课过程中注意板书强调重点的同时,也可以穿插图片、动画和视频等教学手段,以便学生对难点知识能够更为生动直观地理解和接受。注意师生互动,提问学生的同时也允许学生提问,加强学生的课堂参与性,时时掌控课堂气氛。
2.5 加强交流突出团队
一门课程的教学想要得到真正的发展,单靠授课教师个人的力量是很难走远的,只有发挥团队的力量,协作分工群策群力才能做到真正的不断向前。团队内教师互相交流、互相听课和互相帮助,从教学方案、教学内容、教学方法和教学分析几个方面共同探讨,以期发挥每个教师的潜力,促进课程教学水平的提高,并应特别注重对青年教师的教学指导,利用现有资源帮助他们快速走上讲台,为学科的快速发展打牢每一步基础。并根据专业特点和学科发展需要,利用团队优势打造符合自身特质的精品课程。
3 结束语
现代电力电子学是电力、电子和控制技术的融合,更是理论知识与工程实践相结合的典范。通过现代电力电子学的学习,可以使学生能够理解控制电路结构与原理,清楚电力电子器件及其性能,掌握电能转换的原理与技术,为学生完成后续的课程学习和未来发展打下坚实的基础。
案例教学法的可行性
案例教学法是一种先进的教学方式,教师根据工程生产实际给出若干案例,学生分成若干研究小组,在教师地引导下组织文献查阅、研究和讨论,在规定时间内完成案例的设计后,通过报告的形式汇报研究成果,汇报完成后由教师和学生共同进行对相关问题的讨论。在这种教学方式下,学生由被动的接受者转变为知识的发掘者,实现教师与学生、学生与学生间的互动。与传统教学方式相比,案例教学法的优势十分突出,大大改善了教学效果,因此已经在我国高校的课堂教学中得到应用。[6,7]电力电子技术在工业生产和国民生活中应用广泛,同时也综合了电子技术、电路、自动控制等多个学科,因此具有很强的工程性和综合性。同时,“电力电子技术”强调理论联系实际,因此必须重视实践性教学。在“电力电子技术”的教学中引入案例教学法,对于达到课程的实践性和综合性要求,调动学生学习的自觉性和主动性,提高学生自学能力和实践能力,改善教学效果,大有裨益。
案例教学法的实施过程
新型教学法的实施步骤为:1.提出课题(案例)将全班学生分为5个课题小组,小组可由教师划定,学生也可以自由组合。根据“电力电子技术”教学大纲和教学目标要求,选取实践性较强的5个案例,分配给5个课题小组,每个小组负责1个课题,课题的选择由各组自行协商。由于学生刚刚接触“电力电子技术”,因此教师在选择案例时需注意案例的难度,案例不能过于简单,需具有挑战性,但也不能难度过大,占用学生过多的时间,甚至令学生失去兴趣。经过实践,笔者给出的第一批5个案例为:级联式晶闸管整流器的设计、高功率因数PWM整流器的设计、SPWM逆变电源的设计、矩形波交流电源的设计、高频高压脉冲电源的设计。当然,案例的选择并不是一成不变的,为了防止部分学生向上一届学生索要案例设计结果,同时考虑到电力电子技术发展迅速,每一届教学中都将对案例进行修改或更换.2.研究学习各课题小组根据案例的要求,进行分工合作,首先要充分理解教材,判断案例涉及教材中的哪部分章节的内容,深入阅读教材,然后根据教师提供的文献资料及学习方法,通过图书馆、期刊网等文献检索工具的帮助,查阅相关文献,对课题进行拓展学习。由于课题涉及的电路、自动控制等方面的理论较多,需要学生阅读较多的文献。小组成员之间需要经常沟通和讨论,并进行材料的整合并为报告做准备。3.仿真研究由于学时以及实验条件所限,学生无法对每个设计出的电路进行实验研究,为了检验设计结果的正确性,可采用仿真验证的方法。目前,有多种仿真软件可以仿真电力电子电路,其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。这两种软件已被许多教师用于课堂教学中,但学生动手使用的并不多,实际上,这两种软件易学易用,学生无需在学习软件的使用方法上花费太多的时间。在案例设计过程中,学生可以随时用设计的仿真程序验证设计的正确性;设计完成后,要给出不同拓扑结构、不同控制策略、不同电路参数和控制参数下的主要波形,并由此确定最佳拓扑和参数。在第二和第三阶段,学生可通过网络课程平台与教师交流。4.报告讨论报告和讨论是案例教学法的重要环节,一般安排在课程结尾阶段进行。由于学时的限制,为每个案例分配的时间为20分钟~30分钟。课题组推举一位报告人,报告人应在报告前做好PowerPoint讲稿,报告时用5分钟的时间介绍案例的要求和设计结果。余下时间由全体学生讨论设计的合理性,学生也可以提出各种问题,由报告人进行解答,报告人解答不了的,由该课题组的其他成员解答。教师在此过程中应对讨论的深度和广度加以把握,最后对案例设计的结果进行点评,并记录学生在报告和讨论过程中的表现,作为考核的依据。5.撰写小论文通过一个学期的学习与实践,每个学生提交一份与案例相关的研究性小论文,教师应要求每个课题组内各成员间的小论文内容有区别,即应侧重于自己所研究的那一部分。6.期末考核期末考核的成绩由三部分组成:报告和讨论过程中的表现以及小论文的质量。为了保证考核的公平性,教师在布置任务时要为课题组的每个成员分配不同的工作。以“SPWM逆变电源的设计”为例,可将案例拆分为若干子课题,如:单相逆变电源的设计、三相逆变电源的设计、常规SPWM调制方法研究、梯形波SPWM调制方法研究、鞍形波SPWM调制方法研究等几个子课题。在小组成员较多的情况下,可令其中一部分同学用Matlab/Simulink仿真,其余同学用PSIM仿真,这样不仅使每个学生都有相互独立的任务,还可将不同仿真软件得到的结果进行相互验证。
案例举例
[关键词]电力电子技术实验;教学改革;能力培养
1.引言
电力电子技术是横跨电子、电力和控制三个领域的一门综合学科,是电气信息类专业的一门重要的专业基础课。它不仅用于一般工业,也广泛用于电力系统、通信系统、交通运输、计算机系统、新能源系统等,在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛应用。
2.电力电子教学的现状
(1)教材的问题。教材内容的更新与电力电子技术的发展不协调,导致了课堂教学知识与实际工程实践相脱节。
(2)教学手段。目前的教学基本沿用以课堂教授为主,多媒体教学和实验为辅。电力电子课程的特点决定了,前2章以公式计算和微积分知识为主,容易让学生产生畏难情绪,实验课多以做完实验草草了事,“知其然,而不知其所以然”教学效果大打折扣。
(3)实验的问题。电力电子技术的发展日新月异,但实验内容更新较慢。这使得教学工作比工程实际滞后得多,对于学生能力的培养和将来的就业是很不利的。实验项目以验证性实验为主,综合性和创新型实验较少,这样学生的主观能动性没有更好地发挥出来,始终处于被动地位,不利于其综合素质的提高和创新意识的培养。
(4)现代教育技术与创新的问题。过去教学中很少采用现代教学手段,对学生创新不够重视。这不利于丰富课堂教学内容和提高教学效率与教学质量,也不利于培养出社会需要的复合型人才。
3.教学改革讨论
3.1选取合适的教材
“电力电子技术”课程教学内容和教学体系的改革必须把素质教育和能力培养摆放在第一位。针对高职学生的特点,黄石职院采用人邮版《电力电子技术》作为主干教材。与此同时,结合新技术和教育发展的要求,选用西安交大黄俊教授主编的《电力电子技术》和《电力电子技术与MATLAB仿真》作为参考资料,采用项目式的教学方法,理论教学和实验同步进行,辅以企业参观等环节,让学生亲身感受到电力电子技术的广泛应用和重要性,提高了学习兴趣。
3.2优化教学内容,突出重点
(1)电力电子技术课程中的基本电路是应用电力电子器件构成各种可控硅整流和调压电路,这些电路要求学生全面掌握,而晶闸管是一种常用的电力电子器件,过载能力强,应用广泛,其构成的触发电路,调试方法,电压与触发角的关系应作为重点内容。
(2)根据电力电子技术在工程中的作用,重新对课本内容整合,归纳为以下几个模块:
①器件特性认知模块:晶闸管SCR,可关断晶闸管GTO,电力晶体管GTR,电力场效应管MOSFET,绝缘栅双极管IGBT的工作原理,参数选择,应用场合,使用方法;
②变流模块:整流过程(A-D)要求学生不仅会电路计算,更重要的是具备电路设计能力,完成整流;逆变(D-A)主要是对三相逆变电路的原理;斩波(D-D)主要分析的是降压式、升压式斩波电路。实施过程中,以学生为主,老师引导监督,不要求学生一步到位,更注重其能力培养。
③开关电源模块。主要是单相交流调压和三相交流调压过程进行分析,同时对光电耦合开关进行分析。
4.MATLAB仿真教学
MATLAB是一种科学计算软件。MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式,因此受到用户的欢迎,使它成为在国内外高校教学和科学研究的常用软件。电力电子技术仿真实验选用其中的Simulink模块,该工具箱的功能是在MATLAB环境下,把一系列模块连接起来,构成复杂的系统模型。其中的电力系统(PowerSystem)仿真工具箱,功能非常强大,可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真,它提供了一种类似电路搭建的方法,用于系统的建模。