侯恩廣 梁雪雙

山東交通學(xué)院 山東濟(jì)南 250357

1 概述

電力電子技術(shù)綜合了電力技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)等多學(xué)科知識(shí),是采用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù),被廣泛地應(yīng)用于很多領(lǐng)域,例如交通領(lǐng)域、電力領(lǐng)域、能源領(lǐng)域等。為了滿足社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)應(yīng)用型人才的需求,同時(shí)為了適應(yīng)目前自動(dòng)化專業(yè)及電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)要求,筆者對(duì)電力電子技術(shù)課程進(jìn)行了教學(xué)改革,探索總結(jié)出了多種教學(xué)手段和方法,不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且也提高了電力電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量,為培養(yǎng)高職技術(shù)技能人才提供了保障。

2 “電力電子技術(shù)”課程現(xiàn)狀分析

“電力電子技術(shù)”課程自開(kāi)設(shè)以來(lái),進(jìn)行的相關(guān)教學(xué)改革研究雖然取得了一定的成績(jī),但同時(shí)也存在許多問(wèn)題。

2.1 教學(xué)方式單一,不能激發(fā)學(xué)習(xí)積極性

“電力電子技術(shù)”課程當(dāng)前主要存在著課程知識(shí)點(diǎn)多且雜、內(nèi)容抽象、授課學(xué)時(shí)相對(duì)不足等教學(xué)現(xiàn)狀。面對(duì)繁多復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)和有限的授課學(xué)時(shí),為了全部傳授給學(xué)生,大部分授課教師往往采用“填鴨式”的教學(xué)方式,即教師在課堂上以講授知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)的主要方式,學(xué)生們被動(dòng)地接受內(nèi)容,在知識(shí)點(diǎn)的講解、分析、應(yīng)用與實(shí)踐等方面,難以對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的引導(dǎo),導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣,因此參與課堂教學(xué)過(guò)程的積極性較低[1]。

2.2 課程內(nèi)容落后,缺少科技前沿的技術(shù)內(nèi)容

“電力電子技術(shù)”課程的授課內(nèi)容往往是以所選用教材的知識(shí)點(diǎn)為主,容易忽略科技前沿的技術(shù)知識(shí)。在國(guó)家“碳達(dá)峰,碳中和”建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略下,風(fēng)、光、電、儲(chǔ)等新能源飛速發(fā)展,作為新能源核心技術(shù)的電力電子技術(shù)已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度,無(wú)論在技術(shù)材料,還是控制策略及方法,都取得了顯著的成果。然而,目前大部分教材中相應(yīng)的內(nèi)容并沒(méi)有及時(shí)更新和擴(kuò)展,很少涉及最新的科技前沿技術(shù)知識(shí)和成果,所以,以目前教材所列知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)大綱的授課方式,無(wú)法緊跟并匹配日新月異的科學(xué)技術(shù)[2]。

2.3 課程重點(diǎn)內(nèi)容銜接不流暢

“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容主要是包括電力電子器件的結(jié)構(gòu)原理、電力電子變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)和電力電子技術(shù)控制方法三個(gè)方面,且這三方面的內(nèi)容構(gòu)成了一個(gè)由簡(jiǎn)到繁、逐層遞進(jìn)的有機(jī)整體。

“電力電子技術(shù)”為專業(yè)必修課,學(xué)生們需要掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)課程,例如數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等,但是,實(shí)際的情況是基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握水平參差不齊,在教學(xué)過(guò)程中,導(dǎo)師部分學(xué)生無(wú)法跟上教師的課堂授課節(jié)奏,難以與教師進(jìn)行課堂互動(dòng),更難以實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰,碳中和”背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2.4 教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合度低

隨著新型電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,其在軌道中也在不斷地推廣應(yīng)用。雖然電力電子器件都經(jīng)歷過(guò)從半控型器件晶閘管、全控型器件晶閘管及絕緣柵雙極型器件晶體管的發(fā)展過(guò)程,但是,由于絕緣柵雙極型器件晶體管(IGBT)屬電壓驅(qū)動(dòng)的全控型器件,具有高開(kāi)關(guān)頻率,較低損耗,且自保護(hù)能力強(qiáng),因此目前世界上無(wú)論是高鐵、動(dòng)車還是城市軌道電動(dòng)車輛的電氣系統(tǒng)中均采用了IGBT的功率模塊。并且碳化硅、氮化鎵等新材料開(kāi)始了進(jìn)一步的應(yīng)用,這就要求教師及時(shí)補(bǔ)充軌道電氣領(lǐng)域的新知識(shí)[3-6]。

2.5 教學(xué)過(guò)程中缺少思政元素

“電力電子技術(shù)”課程在教學(xué)過(guò)程中雖然注重了知識(shí)的講授與傳遞,沒(méi)有充分重視“課程思政”,沒(méi)有深度挖掘?qū)I(yè)課程在思政教育上的作用,缺乏針對(duì)“思政元素”的教學(xué)目標(biāo)準(zhǔn)備的教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)、研究的教學(xué)方法,沒(méi)有與“思政課程”形成同向同行的協(xié)同效應(yīng)。

3 電力電子技術(shù)課程改革措施

本文針對(duì)“電力電子技術(shù)”目前存在的教學(xué)問(wèn)題,開(kāi)展“五位一體”電力電子技術(shù)教學(xué)改革,在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提升實(shí)踐應(yīng)用。

五位一體教學(xué)改革圖

3.1 課堂講授法

對(duì)傳統(tǒng)的講授法進(jìn)行優(yōu)化,主要措施包括:

3.1.1 進(jìn)一步完善教材內(nèi)容

結(jié)合電力電子在軌道交通的發(fā)展新趨勢(shì),豐富教材元素,加入介紹前沿科技的相關(guān)內(nèi)容。大學(xué)生是國(guó)家的未來(lái),學(xué)生們的知識(shí)體系應(yīng)該是最前沿的,學(xué)生們接觸到的應(yīng)該是最前沿的科學(xué)技術(shù)。

3.1.2 進(jìn)一步優(yōu)化仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)

在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,采用仿真軟件,講解仿真器件的選擇,仿真模型的搭建,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解。同時(shí),通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生求真嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此,在課程培養(yǎng)方案的制訂上,應(yīng)該進(jìn)一步增加仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)課時(shí),并進(jìn)一步加長(zhǎng)仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,提高仿真實(shí)驗(yàn)的比重;在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上,教師應(yīng)通過(guò)多種激勵(lì)方式和方法,激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心;在課程考核方式的制定上,細(xì)化完善考核的標(biāo)準(zhǔn),建立健全課程考核的制度。

3.1.3 進(jìn)一步完善作業(yè)布置和講解環(huán)節(jié)

作業(yè)的布置需要考查不同側(cè)重點(diǎn),讓學(xué)生們學(xué)以致用。教師在講解作業(yè)時(shí),僅僅依據(jù)電力電子技術(shù)內(nèi)容是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還應(yīng)和前沿技術(shù)結(jié)合起來(lái),通過(guò)作業(yè)以點(diǎn)帶面,全面鋪開(kāi),擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面。通過(guò)上述多種舉措,不斷完善“電力電子技術(shù)”課程的授課體系。

3.2 階段性測(cè)試

階段性測(cè)試是教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況的一個(gè)重要方法,階段性測(cè)試的目的主要是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)當(dāng)前階段所學(xué)知識(shí)的掌握情況,評(píng)估學(xué)生是否達(dá)到進(jìn)行下一階段學(xué)習(xí)的要求。同時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題,找到解決這些問(wèn)題的方法。

3.2.1 激發(fā)學(xué)習(xí)積極性的命題方式

簡(jiǎn)單易做、答案不易出錯(cuò)的基礎(chǔ)試題可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)困難的學(xué)生繼續(xù)學(xué)好的信心,較難易錯(cuò)的題目可以提醒學(xué)習(xí)較好的學(xué)生仍需認(rèn)真學(xué)習(xí),仍有需要不斷發(fā)展和完善的地方。通過(guò)這種命題方式,保障學(xué)生的考試成績(jī)維持在相對(duì)合理或者較高的狀態(tài),有利于激勵(lì)學(xué)生的求知興趣,保持較高的積極性。

3.2.2 促進(jìn)教學(xué)順利進(jìn)行

階段性測(cè)試是為課程教學(xué)服務(wù)的,同時(shí)課程教學(xué)也反過(guò)來(lái)促進(jìn)提升學(xué)生的測(cè)試成績(jī),只有將階段性測(cè)試和課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái),才能激發(fā)一加一大于二的化學(xué)效果。階段性測(cè)試命題與課程教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合,階段性測(cè)試為課程教學(xué)服務(wù),使階段性測(cè)試成為學(xué)生學(xué)習(xí)的指揮棒;課程教學(xué)為階段性測(cè)試服務(wù),進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.3 非固定答案(論文作業(yè))

小論文作業(yè)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),具有非常重要的意義,表現(xiàn)在以下方面:

(1)有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改革。本科教學(xué)雖說(shuō)脫離了高中教學(xué),但是在形式上還留有很重的痕跡。對(duì)于研究生來(lái)說(shuō),小論文的寫(xiě)作已經(jīng)成為必修課程。我們?cè)诒究齐A段一定程度地布置小論文作業(yè),能夠加速學(xué)生向研究生階段的轉(zhuǎn)變。

(2)有利于學(xué)生掌握基本知識(shí),提高思想認(rèn)識(shí)和培養(yǎng)綜合能力。當(dāng)學(xué)生對(duì)于某一些知識(shí)點(diǎn)不了解時(shí),會(huì)主動(dòng)地查閱文獻(xiàn)資料,尋求答案,在尋求答案的過(guò)程中得到鍛煉。

(3)有利于培養(yǎng)學(xué)生求真嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)。在論文寫(xiě)作過(guò)程中,所用到的論據(jù),必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的論證,要求學(xué)生必須實(shí)事求是,這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生求真嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)有著十分重要的作用。

3.4 仿真操作

MATLAB軟件中的SIMULINK工具包,提供了豐富的電力電子器件模塊,具有強(qiáng)大的仿真計(jì)算能力,學(xué)生可以直接搭建仿真模型。新建SIMULINK仿真文件后,學(xué)生可以直接從相應(yīng)的模塊庫(kù)里進(jìn)行拖拽添加操作,根據(jù)電路原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接即可搭建仿真模型。仿真模型的建立過(guò)程,一方面可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)電力電子的器件及電路的理解;另一方面,電力電子技術(shù)的電路原理結(jié)構(gòu)和輸入輸出波形的直觀呈現(xiàn),使學(xué)生的參與度得到進(jìn)一步提升,積極性和主動(dòng)性也得到進(jìn)一步提高。同時(shí),既降低了實(shí)驗(yàn)操作安全風(fēng)險(xiǎn),也突破了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制[7]。

引入MATLAB/SIMULINK虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn),與傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)相比,通過(guò)仿真軟件搭建的模型,可以非常直接地觀測(cè)電壓電流等波形,進(jìn)一步提高了學(xué)生們的參與度,激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情,更能提高電力電子技術(shù)的教學(xué)效果。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,根據(jù)理論知識(shí),基于MATLAB/SIMULINK軟件,親手搭建仿真模型,修改調(diào)試模型結(jié)構(gòu),完善設(shè)計(jì)更綜合的電力電子電路,對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力非常有益。學(xué)生的參與度提高了,調(diào)試遇到的問(wèn)題也增多了,在解決調(diào)試問(wèn)題的過(guò)程中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力自然也有會(huì)所進(jìn)一步提升。

3.5 代碼生成及實(shí)物調(diào)試

為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,采購(gòu)了PTS-5000系列電力電子開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),開(kāi)展代碼生成和實(shí)物調(diào)試,該系統(tǒng)以電路分析、設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)驗(yàn)等過(guò)程進(jìn)行問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí),根據(jù)轉(zhuǎn)換器規(guī)格進(jìn)行量化設(shè)計(jì)其電力電路與控制器,并由PSIM仿真驗(yàn)證和SimCoder撰寫(xiě)程序過(guò)程,讓使用者更深入地了解電力電子的相關(guān)技術(shù)。使用者可以通過(guò)PSIM軟件,由仿真控制管道學(xué)習(xí)電力轉(zhuǎn)換器的原理、分析及設(shè)計(jì),還可以通過(guò)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的SimCoder軟件工具將模擬電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路,然后,將DSP的電路再做一次軟件仿真驗(yàn)證,最后,將仿真通過(guò)的程序代碼燒錄于DSP芯片中,進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路及控制系統(tǒng)的正確性。

3.6 融入思政元素

本文主要將工匠精神、愛(ài)國(guó)精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、家國(guó)情懷、法治意識(shí)等思政元素融入“電力電子技術(shù)”教學(xué)中,在教學(xué)內(nèi)容中加入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)知識(shí),從學(xué)生熟知的中國(guó)領(lǐng)先技術(shù)入手,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電力電子技術(shù)在新能源、智能電網(wǎng)、智慧城市乃至其他社會(huì)應(yīng)用中的重要性,了解中國(guó)電力電子裝備技術(shù)的自主研發(fā)實(shí)力及取得的成就,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和文化自信,幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的發(fā)展觀,激發(fā)學(xué)生的家國(guó)情懷和奮斗精神[8]。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)研究分析“電力電子技術(shù)”課程的目前教學(xué)現(xiàn)狀,針對(duì)教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題,提出了“五位一體”的電力電子技術(shù)課程改革措施,并在每個(gè)環(huán)節(jié)融入思政元素,幫助學(xué)生們樹(shù)立科學(xué)發(fā)展觀,激發(fā)學(xué)生的家國(guó)情懷和奮斗精神,進(jìn)而提高學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力,幫助學(xué)生更好地了解行業(yè)需求,使其能夠達(dá)到就業(yè)單位對(duì)本科生的要求。