范茂彥 張麗芳

1.玉溪師范學院物理與電子工程學院 云南玉溪 653100

2.玉溪師范學院教務(wù)處 云南玉溪 653100

1 教學改革的基本思路

電力電子技術(shù)是對電能進行變換和控制的技術(shù)，講授課程及實驗內(nèi)容必須包括器件工作原理、電路原理、典型電力電子系統(tǒng)應用等。教學改革的目的是落實培養(yǎng)學生的理論與實踐相結(jié)合的教學理念，豐富工程實踐知識，學生學習過程中既動腦又動手，培養(yǎng)應用型人才。修訂教學大綱理論及實訓教學環(huán)節(jié)，重點講授電力電子技術(shù)新知識、新器件的應用領(lǐng)域，探索有利于培養(yǎng)學生綜合運用能力和創(chuàng)新能力的措施[1-3]。

(1)增加綜合設(shè)計性實驗教學。在電力電子技術(shù)實驗教學中，將實驗劃分為3個層次：基礎(chǔ)性驗證實驗、綜合性課程設(shè)計、創(chuàng)新性課題研究。研究性教學項目讓學生在真實的科研環(huán)境中學習，培養(yǎng)自學能力、團隊合作能力和創(chuàng)新能力，增強學生就業(yè)適應能力。

(2)實行開放性實驗教學。掛件組合驗證性實驗不利于學生養(yǎng)成良好的學習習慣，沒有擴展空間，阻礙創(chuàng)新思維的形成。實驗室開放性實訓教學，學生可以自己擬訂實驗方案，各小組獨立完成項目研究。 開放實驗提供循序漸進的多層次能力培養(yǎng)方案，可以滿足不同需求的學生，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

任務(wù)驅(qū)動型教學項目采用導師負責制，可操作性強，實訓內(nèi)容涵蓋課程對知識和能力培養(yǎng)的要求，能在接近真實的學習情境中完成。實驗教學平臺建設(shè)體現(xiàn)先進性、實用性、開放性、多功能性的特點，以滿足多層次的基礎(chǔ)型、研究型和綜合設(shè)計型的實驗教學和實踐活動的要求。建立電力電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)輔助教學平臺，教師與學生一起探索實踐創(chuàng)新性教學手段和方法，激發(fā)學生學習興趣，提高學生的創(chuàng)新能力[4,5]。

2 教學方法改革與實踐

電力電子技術(shù)教學改革目的：通過課堂教學課件演示，仿真輔助教學、實訓教學分為必做和選做實驗項目，要求學生掌握典型電力電子器件工作原理、基本結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)和應用特性，熟練掌握各種電力電子電路基本設(shè)計方法，并了解其在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應用，對課程相關(guān)知識具有一定的自學能力[6-8]。

目前，電力電子技術(shù)實驗大多是驗證性電路，不能激發(fā)學生創(chuàng)新、設(shè)計的欲望，只為實驗而實驗，沒有達到綜合運用知識的目的，沒有充分調(diào)動學生學習的主動性、創(chuàng)新性。精選出具有代表性的電力電子器件、直流斬波電路的性能研究、三相橋式全控整流電路的性能研究、單相交流調(diào)壓電路的性能研究、單相交—直—交變頻電路的性能研究5個必做實驗項目，為學生提供選做的調(diào)壓電路、開關(guān)電路、溫控電路、變頻調(diào)速電路、關(guān)穩(wěn)壓電源，不間斷電源等綜合性實驗項目，每周留出一定的實驗室開放時間，讓學生選做實驗，自己動手設(shè)計、焊接和調(diào)試電路。通過驗證性實驗強化基礎(chǔ)實驗教學，綜合設(shè)計性實驗提高鼓勵學生應用和創(chuàng)新能力。加強工程設(shè)計能力的培養(yǎng)，學生參與校企合作項目，獨立設(shè)計工程項目的某一部分，教師可進行相應的指導，對于學生設(shè)計的方案，教師要及時審查，引導學生的創(chuàng)新意識，提高學生分析問題和解決問題的能力，提高學生綜合素質(zhì)。

電力電子技術(shù)工作原理涉及電路結(jié)構(gòu)、波形分析、設(shè)計計算及控制方法，教學難度很大。引入MatLab輔助教學軟件，學生運用MatLab/Simulink對多種電力電子器件、典型電路進行建模和仿真，理解電路結(jié)構(gòu)，方便設(shè)置和改變器件參數(shù)、觀測電路波形等實驗功能。授課教師與學生共同探索提高教學質(zhì)量的途徑，使該課程的教與學變得更加生動、高效，學生不僅能很好地掌握理論知識，還能培養(yǎng)電路分析及設(shè)計能力。電力電子技術(shù)課程教學內(nèi)容以電路為主線，波形分析貫穿始終，仿真輔助教學可以幫助學生掌握器件的工作原理和電路的動態(tài)特性，提高電路的分析、設(shè)計和應用能力。

3 電力電子技術(shù)教學改革探討

電力電子技術(shù)課程的特點是多學科交叉融合、實踐性強，技術(shù)更新快，強調(diào)學以致用。教學改革需要從授課內(nèi)容、教學模式、教學方法、實踐應用等方面進行，按應用型人才培養(yǎng)方案，有針對性地改革。近十年來，全控型器件IGBT，MOSFET等的應用，在中、小功率電力與電氣系統(tǒng)幾乎取代了晶閘管，全控型器件組成的交直流調(diào)壓、整流電路、逆變電路、變頻電路的工作原理及電路拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計方法應當是授課及實訓的重點，可適當穿插電力器件、典型電路在現(xiàn)實生活中的應用實例，加深學生對相關(guān)知識的掌握。

電力電子技術(shù)教學改革必須把應用能力培養(yǎng)放在首位，以工程應用為載體開發(fā)課程。整合教材理論知識與工程應用關(guān)系，以夠用、實用為原則。將實訓任務(wù)典型化，從單一到綜合，從簡單到復雜，形成一系列彼此聯(lián)系、層次漸進的實訓項目序列，使學生在完成項目過程中，培養(yǎng)就業(yè)能力。任務(wù)驅(qū)動型教學法是學生在典型案例任務(wù)引領(lǐng)下展開教學活動，指導教師引導學生完成一系列任務(wù)，從而得到清晰的思路、方法和知識的脈絡(luò)，在完成項目的過程中鞏固所學知識、培養(yǎng)學習技能、鍛煉工作能力。研究式教學模式體現(xiàn)出很強的互動性，指導教師與學生為解決碰到的技術(shù)問題，開展多學科的學習，擴展知識面，培養(yǎng)學生合作精神與創(chuàng)新思維，提高學生學習積極性、學習信心與成就感。

電力電子技術(shù)課程改革不僅是對教學內(nèi)容的組合優(yōu)化，更注重教授學生貼近以工程案例為背景的教學內(nèi)容，模擬面對工程中可能出現(xiàn)的各種設(shè)計型問題和操作型問題進行實訓，即教學過程強化工程意識學習和訓練[9,10]。開展一些具有較強工程背景的綜合性、研究性實驗，讓學生接觸到目前電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應用中的前沿技術(shù)，為以后從事相關(guān)的工作奠定扎實的理論基礎(chǔ)和培養(yǎng)初步的科研能力。在實踐教學中，實驗內(nèi)容先要求學生利用MatLab仿真，再用硬件電路驗證，并將仿真結(jié)果與硬件實驗的結(jié)果進行對照分析，可以將一些用語言和文字難以表達清楚、不易理解的抽象波形、變化過程，通過仿真波形或曲線的形式直觀地演示出來，有利于學生的理解，擴展講授內(nèi)容，培養(yǎng)學生的應用及創(chuàng)新能力。

實驗技能訓練的基本要求是通過改變電路參數(shù)、結(jié)構(gòu)以及負載特性等方法，觀測波形，分析電路工作性能。例如，諧波分析、高頻噪聲和波形失真等內(nèi)容，僅從理論分析比較難于理解，而通過仿真可以很直觀地使學生加深感性認識，起到事半功倍的效果。

MatLab仿真輔助教學實例。直接直流變流電路也稱斬波電路，功能是將直流電壓變?yōu)榱硪豢烧{(diào)電壓的電路或固定電壓的電路。升壓斬波電路工作原理如圖1所示，V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，假設(shè)L和C值很大，電流恒定L1，電容C向負載R供電，輸出電壓U0恒定。V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負載提供能量。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，基本的數(shù)量關(guān)系，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即EI1ton=(Uo-E)I1toff，化簡得：

圖1 升壓斬波電路及其工作波形

升壓斬波電路建立一個仿真模型的新文件，在MatLab 的菜單欄上點擊File，選擇 New，再在彈出菜單提取所需的模塊放到仿真窗口。提取所需的模塊放到仿真窗口。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中將電路元器件模塊按升壓斬波電路原理圖連接起來組成仿真電路(如圖2所示)，在仿真計算完成后即可以通過示波器觀察仿真電路的波形(如圖3所示)。

圖2 升壓斬波電路仿真模型

圖3 占空比0.2和0.5時電壓和電流波形

課堂教學過程中MatLab/Simulink幫助學生理解輸入輸出的電壓波形，直觀了解各種電路的功能。電力電子技術(shù)課程中的基本電路有4種：整流、逆變、交流調(diào)壓、直流斬波。不論是哪種電路的分析，為驗證實驗的數(shù)據(jù)和幫助學生對各種電路的學習理解，都有重要作用。

利用Multisim實現(xiàn)仿真實驗教學，同傳統(tǒng)的電力電子實驗相比，可以邊實驗邊修改，由于使用的元器件和儀表都是虛擬的，所以不存在安全問題，另外實驗成本低、實驗效率高、實驗結(jié)果直觀形象。學生在仿真實驗過程中，有自己獨立思考的時間和空間，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。仿真實驗并不能替代傳統(tǒng)的實驗手段，仿真實驗中看到的都是理想波形，而實際上會存在很多的干擾信號，器件、電路性能也不可能是理想狀態(tài)，學生只有在真實的硬件實驗中才能掌握。只有將仿真實驗與硬件實驗相結(jié)合，才能幫助學生更好地掌握知識，提高綜合應用能力和創(chuàng)新能力[11]。

4 結(jié)語

電力電子技術(shù)是一門實踐性非常強的課程，任務(wù)驅(qū)動型實踐教學環(huán)節(jié)引入了仿真教學，以升壓斬波電路仿真過程為例，分析了仿真輔助教學方法在電力電子技術(shù)教學過程中所起的作用。通過這種教學方法，將抽象的理論教學變?yōu)榫唧w、靈活的形式，便于學生多角度分析理論知識。學生可以選擇教材中的基本電路拓撲機構(gòu)進行仿真分析，幫助學生對相關(guān)電路的工作原理和波形圖有直觀的認識，進一步引導學生進行復雜電路的分析，并為以后的工程實踐作鋪墊，有利于學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。