嚴(yán)慧敏 楊天燁

摘? 要? 以專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)創(chuàng)新型人才與復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求為目標(biāo)，基于新購(gòu)置的電力電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用仿真技術(shù)與模糊數(shù)學(xué)進(jìn)行電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。通過(guò)仿真模型搭建、仿真參數(shù)設(shè)置、軟件編程在線測(cè)試，將課程內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，滿足線上線下教學(xué)要求，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力；在綜合考慮影響實(shí)驗(yàn)考核各因素及其權(quán)重的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，建立實(shí)驗(yàn)考核模型，有效激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。

關(guān)鍵詞? 專(zhuān)業(yè)認(rèn)證；電力電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；模糊綜合評(píng)價(jià)；教學(xué)改革；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）24-0135-05

0? 引言

電力電子技術(shù)是電氣類(lèi)和自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程，理論性、綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)，是橫跨電子學(xué)、電力學(xué)、控制學(xué)的交叉學(xué)科[1]。電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)直流輸電、新能源發(fā)電等領(lǐng)域，滲透科技、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、生活等各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的補(bǔ)充與提高，可以讓學(xué)生加深理解理論知識(shí)，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用[2-5]。

專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是河海大學(xué)自動(dòng)化及電氣專(zhuān)業(yè)建設(shè)迎來(lái)的重大發(fā)展機(jī)遇。以認(rèn)證促改革，修訂培養(yǎng)計(jì)劃及教學(xué)大綱，進(jìn)一步規(guī)范專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系和各教學(xué)環(huán)節(jié)，使專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量保證體系符合國(guó)際互認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，為本專(zhuān)業(yè)的國(guó)際影響力奠定基礎(chǔ)。2020年初新冠疫情暴發(fā)，學(xué)校要求在防控期間一律采取線上教學(xué)。學(xué)校有不少國(guó)外留學(xué)生，考慮到國(guó)外的防控情況，留學(xué)生一律采用線上教學(xué)的方式完成學(xué)習(xí)任務(wù)。因此，基于專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求，防控時(shí)期線上線下教學(xué)呈現(xiàn)常態(tài)化，教師要做好線上線下授課的雙重準(zhǔn)備。

1? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

教師上實(shí)驗(yàn)課時(shí)首先講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這種模式存在以下弊端：

1）實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的要求完成，一般為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠；

2）電力電子實(shí)驗(yàn)由于電壓較高，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的正確性要求很高，雖然實(shí)驗(yàn)前強(qiáng)調(diào)了注意事項(xiàng)，但仍存在器件損壞現(xiàn)象；

3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間有限，教師不能科學(xué)合理考核每個(gè)學(xué)生的實(shí)踐能力，很難提高學(xué)生積極性。

2020年，河海大學(xué)電力電子實(shí)驗(yàn)室在“中央高校改善辦學(xué)條件專(zhuān)項(xiàng)資金”支持下，購(gòu)置MCL-III電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，每臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置均配一臺(tái)電腦，實(shí)驗(yàn)條件得到較大改善。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用幾個(gè)大型開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件，主要有MATLAB、LabVIEW 8.5和CCS3.3，由這些軟件共同參與實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行。如在MATLAB的Simulink獨(dú)特的模型文件的支持下，能夠構(gòu)建多種電路的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者可以根據(jù)自己對(duì)系統(tǒng)和編程的理解，修改原有提供的MDL模型文件或建立新的MDL文件，實(shí)現(xiàn)新的算法和思路。

2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

2.1? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

為了滿足專(zhuān)業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)及線上線下的教學(xué)要求，電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)在原來(lái)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)搭建仿真電路能直觀地觀察輸出結(jié)果，通過(guò)調(diào)試器件的不同參數(shù)，可動(dòng)態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真實(shí)驗(yàn)可滿足線上線下教學(xué)的要求，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，也可以在家完成實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的靈活性及機(jī)動(dòng)性。另外，錄制實(shí)驗(yàn)視頻，詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)的方法、內(nèi)容及仿真電路的搭建等相關(guān)事項(xiàng)，為學(xué)生線上實(shí)驗(yàn)提供支撐。

2.1.1? 基于MATLAB/Simulink的仿真電路（以三相橋式全控整流電路為例）

三相橋式全控整流電路中，陰極連接在一起的三個(gè)可控硅（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組，陽(yáng)極連接在一起的三個(gè)可控硅（VT4、VT6、VT2）稱為共陽(yáng)極組。每個(gè)時(shí)刻由一個(gè)共陰極組可控硅和一個(gè)共陽(yáng)極組可控硅同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路?？煽毓鑼?dǎo)通順序?yàn)閂T1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，觸發(fā)脈沖相位依次差60°。帶電阻負(fù)載工作時(shí)，各自然換向點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，也是線電壓的交點(diǎn)。三相橋式全控整流Simulink仿真電路如圖1所示，設(shè)置元件的仿真參數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路仿真，修改仿真參數(shù)，直到輸出滿意的仿真結(jié)果。

2.1.2? 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

波形圖從上到下分別是輸入測(cè)交流電壓波形、可控硅的電壓電流波形、負(fù)載測(cè)電壓電流波形，其中黃色為電流波形，藍(lán)色為電壓波形（本刊電子版可見(jiàn)）。圖2、圖3分別是觸發(fā)角為30°、60°時(shí)三相橋式全控整流電路的仿真結(jié)果，由仿真圖可知，線上的仿真實(shí)驗(yàn)和線下的實(shí)驗(yàn)室操作達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)效果。

2.2? 實(shí)驗(yàn)考核的提升

為了客觀、全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，了解教師是否達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[6-7]評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。模糊綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)。首先由評(píng)議者給出每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素及權(quán)重，得到模糊評(píng)判矩陣，由模糊評(píng)判矩陣計(jì)算出權(quán)重向量，再用模糊矩陣的合成運(yùn)算求得綜合評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化模糊向量，對(duì)歸一化處理后的向量按照等級(jí)分值求出定量結(jié)果。

2.2.1? 模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

科學(xué)評(píng)判體系的建立有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，在綜合考慮影響實(shí)驗(yàn)考核眾多因素的情況下，結(jié)合專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成：平時(shí)成績(jī)由課堂紀(jì)律遵守情況、預(yù)習(xí)報(bào)告書(shū)寫(xiě)情況、實(shí)驗(yàn)提問(wèn)回答情況、實(shí)驗(yàn)態(tài)度組成；實(shí)驗(yàn)操作由實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量及記錄情況、實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)整理情況、軟件開(kāi)發(fā)能力及創(chuàng)新能力組成；實(shí)驗(yàn)報(bào)告由實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)思考題完成情況組成。

線上實(shí)驗(yàn)通過(guò)教學(xué)平臺(tái)、QQ群或微信群進(jìn)行實(shí)時(shí)教學(xué)互動(dòng)，平時(shí)成績(jī)由上線情況、回答實(shí)驗(yàn)提問(wèn)情況、預(yù)習(xí)報(bào)告書(shū)寫(xiě)情況、線上互動(dòng)情況組成；實(shí)驗(yàn)操作由搭建仿真電路情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量及記錄情況、仿真軟件掌握情況、軟件開(kāi)發(fā)能力及創(chuàng)新能力組成；實(shí)驗(yàn)報(bào)告線上、線下統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2? 學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定? 模糊綜合評(píng)價(jià)步驟為：

1）確定一級(jí)指標(biāo)因素及權(quán)重；

2）確定二級(jí)指標(biāo)因素及權(quán)重；

3）確定某學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)定情況（表2）；

4）求出學(xué)生一級(jí)指標(biāo)的評(píng)判矩陣及一級(jí)評(píng)判向量；

5）求出二級(jí)指標(biāo)的決策矩陣及二級(jí)綜合評(píng)判模糊向量，得到最終的成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果。

根據(jù)表2可得到該學(xué)生一級(jí)指標(biāo)的評(píng)判矩陣分別為：

模糊綜合評(píng)判向量Bi=Ai*Ri（Ai為相應(yīng)的權(quán)重集，Ri為單因素評(píng)判矩陣），得到一級(jí)評(píng)判向量分別為：

從而得到二級(jí)決策矩陣為：

根據(jù)Bi=Ai*Ri，求得二級(jí)綜合評(píng)判模糊向量為B=[0.225? 0.568? 0.175? 0.032? 0]，0.568（良）數(shù)值最大，按照最大隸屬度法，故該生的最終成績(jī)?yōu)椤傲肌薄Ｈ魧⒆罱K成績(jī)換算成百分制，則令V=

[優(yōu) 良 中 及格 不及格]=[95 85 75 65 55]。

計(jì)算出該生的分?jǐn)?shù)為：

根據(jù)四舍五入原則，最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)?5分。

3? 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革滿足了專(zhuān)業(yè)認(rèn)證及線上線下（特別是國(guó)外留學(xué)生）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，實(shí)驗(yàn)效果得到明顯改善。實(shí)驗(yàn)考核的精細(xì)化激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。只有不斷探索教學(xué)改革之路，才能滿足21世紀(jì)社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 馬輝，李文靜.“多模式、梯度性、信息化”的電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2020，42（4）：162-166.

[3] 王凱，周圣哲，李玉浩，等.電力電子技術(shù)多元化創(chuàng)新型教學(xué)模式探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（7）：173-175，184.

[4] 鄒密，趙巖，段盼.“電力電子技術(shù)”線上線下協(xié)同教學(xué)改革與實(shí)踐：以電力電子技術(shù)為例[J].教育教學(xué)論壇，2021（24）：93-96.

[5] 李自成，劉健，曾麗，等.新工科背景下電力電子裝置與系統(tǒng)課程教學(xué)的改革與探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2020（13）：48-50.

[6] 曹新川，郭偉峰，徐翠蓮，等.AHP在“遺傳學(xué)”成績(jī)?cè)u(píng)定中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2020（44）：280-281.

[7] 劉偉波，賈天俊，李明娟.模糊綜合評(píng)判法在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015，18（1）：223-225，229.

*基金項(xiàng)目：2020年度中央高校改善辦學(xué)條件專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目“電力電子及電氣傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)更新項(xiàng)目”（AH20200008）。

作者：嚴(yán)慧敏，河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究；楊天燁，河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制研究（211100）。