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应用型技术本科电力电子技术教学改革探索与实践

作者:admin 更新时间:2018年03月24日 08:45:51

  摘要:为了适应应用型技术本科的培养目标,我校从实际情况出发,对电力电子技术从理论和实践两方面进行了教学改革。经试验得出,提高了学生学习的积极性,改善了教学质量,尤其是在提高学生实践能力方面取得了良好的效果。


  关键词:应用型技术本科教学改革教学质量


  引言


  应用型技术本科强调专业知识的实用性和实践性。与研究型高校不同,其旨在培养具有素质高、能力强、知识面宽和基础扎实的高级应用型人才。重庆大学城市科技学院(以下简称我校)是教育部“中国应用科技大学改革试点战略研究”项目37所参研高校之一和重庆市首批转型发展联盟6所高校成员之一。[1]


  电力电子技术是采用电力电子器件对电力进行变换和控制的技术。该技术广泛应用于一般工业、交通运输、电力系统、家用电器、新能源技术以及节能环保等领域。电力电子技术课程是高校电气工程及自动化等专业的一门重要的专业核心课。而我校的电气工程及其自动化专业是2015年重庆市本科高校“三特行动计划”特色专业。[2]


  针对新时代科学技术发展的特征,传统电力电子技术课程的教学模式已经不适用于应用型技术本科学生的人才培养要求。因此,我校根据应用型本科教育培养目标,结合实际教学情况进行教学改革探索和实践,以提高学生的学习兴趣和动手能力。


  一、课程现状


全天北京赛车PK10计划精准版  目前,应用型技术本科高校电力电子技术课程传统教学,主要存在以下几方面问题:


  (1)教学内容虽然分为电力电子器件、AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC五部分。但是重点仍然是以晶闸管为核心的电路。这与现在电力市场发展严重脱节。


  (2)教学方法仍然是以理论教学为主,以往实践教学只是作为教学过程中的一个附属环节,没有被引起足够的重视。这样学生无法真正通过实验学习来掌握工程技能和方法,偏离了实验课程开设的最主要目标。


  (3)教学手段仍然是传统的课堂启发式教学。课堂以教师为主,学生被迫接受知识。这样学生容易出现厌学的情绪,学习效率不高。


  (4)课程考核仍然采取期末成绩60%,平时成绩30%和实验成绩10%的方式。其弊端是即使学生最终成绩分数很高,但其动手能力不一定强。


  二、教学改革措施


  针对以上存在的一些教学问题,探索适用于应用型技术本科高校学生的教学内容和教学手段,以提高学生学习自主性和积极性,获得良好教学效果,具体的教学改革措施如下。


  1.优化教学内容


  目前,电力电子装置如变频器、静止无功补偿装置、新能源发电逆变器、开关电源等在不同领域得到广泛应用和关注。而PWM控制技术在变频调速技术中已成为核心控制手段。在这些装置中基本是以全控型器件MOSFET、IGBT为核心构成的,而半控型器件——晶体管组成的应用电路逐步减少。并且新时代电力电子技术正朝着轻量化、小型化及智能化的方向发展。这就要求我们在开展电力电子技术课程时需要优化教学内容。


  具体将教学内容调整为电力电子器件、AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC和電力电子技术的应用等六部分,但是要压缩晶闸管整流电路、直流-直流变流电路、交流-交流变流电路和逆变电路有关的教学课时,除典型电路及实际应用较多的电路精讲外,其余作为学生自主学习内容。增加全控型器件为核心的逆变电路的课时;加大PWM控制技术的教学课时。通过这种优化使电力电子技术教学内容既实用又丰富。[3]


  2.丰富教学模式


全天北京赛车PK10计划精准版  (1)情景教学,因材施教


  以我校15级电气工程及其自动化学生来说,高考成绩普遍在480分左右。这说明他们的基础知识相对薄弱,高中所学知识难以支撑大学阶段的学习,并且不擅长大篇幅的理论学习。如果采用理论授课的方式,不仅不能引起学生的兴趣,反而会让学生产生厌烦心理。但是我校该专业学生动手能力并不差,他们对未知领域有着一种探索的冲劲。因此造成的现象就是学生喜欢动手实践,不喜欢枯燥的理论讲解。[4]


  因此我们采用情景教学,因材施教。主要做法是在开课之初,通过实物展示、多媒体视频观看等,让学生对于电力电子技术课程内容有一个整体的认知。然后初次尝试让学生分组讨论日常生活中的变频空调、洗衣机、充电器和电源适配器等与电力电子技术课程的关联之处,激发学生的学习兴趣,调动学生的学习动力。在接着后期的理论中,仍然要伴随典型案例实物来讲授。比如,在讲单相半波整流电路时,首先实物展示手机充电器,然后让学生分组讨论手机充电器的工作原理。等学生阐述自己的观点后,再讲授手机充电器的原理是从城市电网(墙壁电源)中获得交流电,然后通过整流器将交流电转化成直流电,最后给手机电池充电。以此案例引入整流的概念,然后再和学生一起研究电路不同负载时的工作原理、波形分析、数量关系等知识点,这样讲解就更显通俗易懂了,学生能快乐的接收并吸收知识。随着学习的深入,让学生们来剖析所谓的“充电5分钟通话2小时”、“快速充电”的原理结构。从充电器到充电宝就引申出逆变和组合电路,为后续知识的讲解做出了形象的铺垫。


  因为情景教学,因材施教的模式中采用学生是主体,教师是引导,让学生充分发挥课堂上的主观能动性,完全成为课堂的主人。所以在实践该模式中发现,学生的上课积极性很高,并且学习兴趣很浓厚,而且能快乐的接收并吸收知识。


  (2)课件讲授,板书巩固


全天北京赛车PK10计划精准版  电力电子技术课程由于存在大量的数学计算和波形分析,对我校学生来讲难度较大,并且学生普遍感觉内容抽象枯燥。所以在教学方法不仅采用多媒体PPT增加动画效果,这样有助于学生直观的理解电路工作原理和波形;而且也需要在黑板上一步一步的计算,和学生互动式的完成板书设计。这样学生在课堂上都积极完成计算和分析波形,乐在其中,充实自己,提高了教学质量。


  (3)课上课下,实时互动


  手机是现在生活中的必需品,尤其是对于大学生来说,手机是分分钟不离开身边的。根据这个特点,教师通过QQ、微信等网络通信工具向学生发布学习任务,学生根据自身时间安排学习;并且在学习过程中学生也可以通过QQ或微信和教师讨论问题。教师也可以制作相应的教学内容视频,作为学生的课前预习,这样学生可以随时随地学习,有问题也可以实时和老师探讨。该模式可以简单如图1所示。


  3.加强实践环节


全天北京赛车PK10计划精准版  授人以鱼,不如授人以渔。实践教学环节是课程教学的延伸,是将授鱼变为授渔的必要环节。于是,我校一方面增加实践教学的比重,后续《电机拖动自动控制系统》等专业课程的学习奠定基础;另一方面将实践环节分成驗证性实验、MATLAB仿真实验和创新设计性实验3个方面。以期强化基础,提高学生创新能力。


  (1)强化基础性实验


  电力电子技术实验初期,率先安排验证性实验。在学习中不仅要验证理论,还需要锻炼学生学会发现问题,然后总结规律,掌握实验的基本技能和方法。我校采用浙江求是等实验器材,让学生通过搭建实验电路,调试实验,然后对实验结果进行分析,最后对比实验理论值和实验值,从而理解并巩固所学理论知识。[5]


  (2)增加MATLAB仿真


  计算机仿真技术是针对应用型技术本科学生一种很好的教学方法。我校在电力电子技术实践教学中引入MATLAB仿真软件,充分利用此软件功能,对电路的不同特性分别进行仿真。这样不仅使学生有效地掌握系统的动静态特性,参数设计等方法,而且让学生可以放心大胆地连接电路,减轻学生由于接错电路而损坏设备的心里负担,大大地激发了学生的创新能力。例如,在做降压斩波电路时,当电源电压Us=14.6v,占空比为41%,硬件实验如图2所示,软件仿真如图3,图4所示。实验课之前建议学生先完成电路的仿真,掌握电路组成;然后再连接硬件电路图,巩固学生理解理论知识。


  (3)创新设计性实验


  学生根据所学知识,自行设计实验方案、实验电路,实验步骤,验证所学理论知识的正确性。在实验过程中,学生不仅要自己做实验,还要解决实验中存在的问题,教师负责实验设计方案的审查及学生和设备的安全。


  4.改革课程考核


  我校电力电子技术课程考核方式分成笔试50%,实践设计50%。笔试部分主要是基础知识的考核;实践设计部分完全是由学生自主完成实验要求,实验原理,实验接线,实验数据以及实验考核标准。实验考核标准通过实验的完成程度、参数的正确性和创新性三部分组成。


  三、教学改革实践


  本文采用的电力电子技术课程教学改革实践试点对象是我校15级电气工程及其自动化专业。从课程最终成绩来看,试点班级的平均分为70.1%,挂科率为零。从课程辐射来看,学生在后续课程《电力拖动自动控制系统》实验中,都有一套自己的实验程序,然后发现问题,并且能快速解决问题。这样不仅让学生巩固课程理论,而且还学会了处理问题的方法,学生内心是很有成就感的。长此以往,学生立足教材,自我探索、自我感悟并按照已有的知识动手操作、归纳总结、探索规律,从而体会本专业的魅力。


  结语


  为了适应应用型技术本科的培养目标,我校从实际情况出发,对电力电子技术从理论和实践两方面进行了教学改革。经试验,提高了学生学习的积极性,改善了教学质量,尤其是在提高学生实践能力方面取得了良好的效果。但是电力电子技术的的实践教学改革是一项庞大的工程,路漫漫其修远兮,因此电力电子技术课程的教学仍然需要不断改革和探索。


全天北京赛车PK10计划精准版  参考文献 

  [1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版,2004. 

  [2]李洁,贾渭娟等.电力电子技术[M].重庆:重庆大学出版社,2015. 

  [3]袁旭峰等.构建电力电子技术课程多渠道多层次实践教学平台的研究[J].教育文化论坛,2015. 

  [4]孙金根等.电力电子技术课程工程化教学模式探索和实践[J].大学教育.2017. 

    作者:贾渭娟等

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