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        面向工程應(yīng)用的電力電子技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐研究

        2017-03-02 20:14:03趙濤沈亞斌徐友徐開蕓
        中國教育技術(shù)裝備 2016年22期
        關(guān)鍵詞:工程應(yīng)用電力電子技術(shù)教學(xué)改革

        趙濤+沈亞斌+徐友+徐開蕓

        摘 要 針對社會對電力電子技術(shù)專業(yè)人才需要掌握的能力的要求,從電力電子技術(shù)課程內(nèi)容、教學(xué)方法、課程設(shè)計、實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計等方面進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐,促進(jìn)學(xué)生工程應(yīng)用能力的提高和創(chuàng)新意識的培養(yǎng),取得較好的教學(xué)效果。

        關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù);工程應(yīng)用;教學(xué)改革

        中圖分類號:G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        文章編號:1671-489X(2016)22-0098-02

        Teaching Research of Course of Power Electronics Technology for Engineering Application//ZHAO Tao, SHEN Yaibin, XU You, XU Kaiyun

        Abstract In this paper, according to the requirement of the society for the power electronic technology professionals, the teaching re-

        form of the course of the power electronic technology have been im-

        plemented from several aspects such as course contents, teaching methods, project design, practical innovation training, and gradua-tion project. The engineering application ability and consciousness of innovation of students is improved. Better results in teaching have

        been achieved.

        Key words power electronics technique; engineering application; teaching reform

        1 引言

        電力電子技術(shù)是對電能進(jìn)行變換和控制的一門技術(shù),是自動化及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-2]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電力電子技術(shù)應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)各部門。對電力電子技術(shù)的人才的需求越來越迫切,除了對相關(guān)理論知識的要求外,更強(qiáng)調(diào)對工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計、工程應(yīng)用能力的要求。這些要求具有普遍意義,反映了對這類人才的通用標(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)電力電子技術(shù)專業(yè)人才需要掌握的能力的要求,就如何提高學(xué)生工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力,從教學(xué)方法、教學(xué)手段、課程設(shè)計及大學(xué)科技活動和畢業(yè)設(shè)計等方面進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐。

        2 面向工程應(yīng)用的問題導(dǎo)向法

        電力電子技術(shù)課程內(nèi)容涉及知識面廣、概念多。要在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)把電路、波形講透,讓學(xué)生都能理解,是件不容易的事情。此外隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,知識也呈現(xiàn)碎片化的特點(diǎn),其獲取也越來越容易。在這一背景下,教師的角色需要由過去的知識傳播者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者和激勵者;過去是告訴學(xué)生所不知道的知識,現(xiàn)在應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用正確的思維方法,自主獲取知識,并使之系統(tǒng)化。為此,教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段都應(yīng)有所改變。

        首先要激發(fā)學(xué)生的求知欲,將過去冰冷、枯燥和抽象的知識點(diǎn)融入工程應(yīng)用中;發(fā)現(xiàn)問題、提出問題及解決問題,學(xué)生尋求解決問題的過程,也是獲得知識的過程。在這一過程中,計算機(jī)仿真是不可或缺的學(xué)習(xí)手段?;赑SPICE、MATLAB、PSIM和MathCAD等軟件,采用虛實(shí)結(jié)合教學(xué)方式,充分利用軟件資源,提高學(xué)生求知欲及解決問題的能力[4-5]。利用仿真軟件搭建仿真電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),仿真實(shí)驗(yàn)不受時間、場地的限制,學(xué)生可以觀測任意一點(diǎn)的電壓和電流波形。為了取得良好的仿真實(shí)驗(yàn)效果,必須較好地掌握仿真原理、仿真操作和調(diào)試方法等。正確的仿真波形也是對學(xué)習(xí)的一種鼓勵和獎賞。

        3 基于工程項(xiàng)目的課程設(shè)計

        課程設(shè)計是完成電力電子技術(shù)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。其目的是使學(xué)生掌握基本電力電子器件的性能和應(yīng)用方法,以及基本電力電子電路的設(shè)計思路,培養(yǎng)學(xué)生在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中獨(dú)立分析和解決問題的能力。

        目前,有不少院校開設(shè)了電力電子技術(shù)課程設(shè)計,但課題多是進(jìn)行理論計算和設(shè)計,主要完成參數(shù)計算、電路設(shè)計和仿真等。嚴(yán)格地說,該類課程設(shè)計對學(xué)生實(shí)踐能力、工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)效果有限。電力電子技術(shù)課程設(shè)計實(shí)際課題開設(shè)較少的一個主要原因是實(shí)驗(yàn)安全性和設(shè)備耐用性差。而課程設(shè)計一般為開放性的,其主要任務(wù)之一是讓學(xué)生完成焊接、調(diào)試電路,不宜采用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)用的集成的實(shí)驗(yàn)裝置。因此,如何在課程設(shè)計過程中保障學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全,是實(shí)施課程設(shè)計的一個難題。

        南京工程學(xué)院自動化學(xué)院于2013年重新開設(shè)電力電子技術(shù)的課程設(shè)計。為了解決上述難題,針對電力電子技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的DC-DC變換和DC-AC變換的兩種變流電路[6],

        結(jié)合數(shù)字化控制的發(fā)展趨勢,開發(fā)了開放式的DC-AC變換和DC-DC電能變換通用實(shí)驗(yàn)平臺。圖1給出AC-DC電能通用實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)圖,學(xué)生通過該平臺,可以進(jìn)行SPWM逆變器設(shè)計,也可以實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的四象限的控制,掌握交—真—交變流電路的結(jié)構(gòu),單、雙極控制,SPWM調(diào)制等控制技術(shù)。

        擬定課程設(shè)計課題,主要考慮5個原則:1)注意內(nèi)容的先進(jìn)性、綜合性和實(shí)踐性,反映電力電子技術(shù)發(fā)展的新水平;2)應(yīng)適合實(shí)踐教學(xué)和啟發(fā)創(chuàng)新;3)內(nèi)容不應(yīng)太簡單,難度要適中;4)能夠結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用,并且具有一定的實(shí)用價值;5)成果最好具有相對的完整性和可考核性。表1為電力電子技術(shù)課程設(shè)計的部分課題。

        由于課題貼近工程應(yīng)用,學(xué)生興趣比較大,能夠獨(dú)立完成電路設(shè)計,主電路和驅(qū)動電路的制作、焊接和調(diào)試,及磁性元件的計算與選擇。經(jīng)過三屆學(xué)生的實(shí)踐情況,取得良好效果,為后續(xù)的課程和畢業(yè)設(shè)計打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

        4 三位一體實(shí)踐能力培養(yǎng)

        電力電子技術(shù)工程應(yīng)用人才培養(yǎng)的定位最終要落實(shí)到培養(yǎng)過程之中。具體來說,就是以現(xiàn)代電力電子技術(shù)為工程應(yīng)用背景,結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、控制理論及其他相關(guān)理論和技術(shù),開設(shè)不同層次不同類型的選題。通過課程設(shè)計、課外科技活動和畢業(yè)設(shè)計,三位一體培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力,做到點(diǎn)、面結(jié)合。圖2給出教學(xué)、科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計三位一體的能力培養(yǎng)框圖。

        以電力電子裝置典型的工程項(xiàng)目為對象,分解為核心模塊、提高及創(chuàng)新模塊、系統(tǒng)模塊、輔助模塊。課程實(shí)踐環(huán)節(jié)可以完成核心模塊的設(shè)計和調(diào)試,科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計可以完成提高及創(chuàng)新模塊、系統(tǒng)模塊。輔助模塊通過相關(guān)課程完成。對學(xué)有余力的學(xué)生通過科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié),進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計及算法研究,保證項(xiàng)目的連續(xù)性。三位一體的設(shè)計大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神,拓展了學(xué)生的視野,提高了學(xué)生的綜合設(shè)計能力,在各種競賽上取得優(yōu)異成績。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計相互關(guān)聯(lián)。學(xué)生工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫教岣摺?/p>

        5 結(jié)束語

        經(jīng)過幾年的實(shí)踐表明,以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的電力電子技術(shù)教學(xué)重構(gòu),打破了以理論知識傳授為主要特征的課程模式,以電力電子技術(shù)工程應(yīng)用為核心,建立分類分層的課程實(shí)踐、科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計三位一體的實(shí)踐能力培養(yǎng)模式,既突出優(yōu)秀學(xué)生能力培養(yǎng)的點(diǎn),又兼顧多數(shù)學(xué)生基本工程實(shí)踐能力的面,以點(diǎn)帶面。改變學(xué)生的被動學(xué)習(xí)與被動實(shí)踐,為學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力和主動實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供機(jī)會,提高學(xué)生的綜合素質(zhì),對學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)及就業(yè)和深造等都有較大幫助。參考文獻(xiàn)

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        [4]趙濤,張永號,劉啟新,等.MathCAD在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的應(yīng)用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2013,35(3):55-58.

        [5]趙濤,等.PSpice在電力電子技術(shù)教學(xué)改革實(shí)踐中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2009,21(6):123-127.

        [6]Rashid M H.電力電子技術(shù)手冊[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版,2004.

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