肖雯娟，馬小琴，呂慧

（西北民族大學(xué) 電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

電力電子技術(shù)課程是電氣工程及其自動化和自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課，它以電路知識為分析基礎(chǔ)，為強(qiáng)電和弱電的連接搭建了平臺。電力電子技術(shù)涉及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，未來更多的電能將通過電力電子技術(shù)處理后再加以應(yīng)用。然而，目前電力電子技術(shù)采用傳統(tǒng)的授課方式，重理論、輕實(shí)踐，未達(dá)到創(chuàng)新型工科人才培養(yǎng)的目標(biāo)。因此，如何改進(jìn)電力電子技術(shù)課程的授課方式，讓學(xué)生愿意學(xué)、主動學(xué)，學(xué)之能會，會之能用，是教學(xué)改革亟待解決的問題。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化，專業(yè)技術(shù)人才不僅要掌握扎實(shí)的工程理論知識和專業(yè)技能，還要具備職業(yè)道德[1-3]。EIP-CDIO 指向的講道德（Ethics）、講誠信（Integrity）、職業(yè)化（Professionalism）、構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）的教育理念正是在這種背景下由汕頭大學(xué)工學(xué)院提出的[4-5]。它更加注重職業(yè)道德和誠信及與“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作”之間的有機(jī)結(jié)合，是以培養(yǎng)高級工程專業(yè)人才為目標(biāo)的高等工程教育新模式。結(jié)合當(dāng)前電力電子技術(shù)課程的授課現(xiàn)狀，將EIP-CDIO 教育理念應(yīng)用于教學(xué)改革，優(yōu)化課程教學(xué)方式，將EIP 教育理念與課程思政的開展相結(jié)合，將CDIO 教育理念通過項(xiàng)目化驅(qū)動的方式貫穿其中，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德及專業(yè)技能，具有重要的理論和實(shí)際推廣價(jià)值。

1 EIP-CDIO理念的實(shí)施路徑

1.1 EIP 理念融入教學(xué)全過程

EIP-CDIO 來源于CDIO 理念，EIP 要貫穿于CDIO教育模式的全過程，二者互相借鑒。

開設(shè)電力電子技術(shù)課程的相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生就業(yè)范圍較廣，可供職于電力、機(jī)電、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，這就要求學(xué)生在具備扎實(shí)的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)的同時(shí)，還要具有愛國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。因此，將課程思政貫穿教育教學(xué)始終，將EIP 理念融入項(xiàng)目化實(shí)施的全過程，注重學(xué)生品德的培養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)的提升，培養(yǎng)符合新時(shí)代要求的專業(yè)工程師[6-7]。

1.2 在項(xiàng)目化教學(xué)模式中體現(xiàn)CDIO 理念

電力電子技術(shù)課程會設(shè)定一定課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，但經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)課程是在集成實(shí)驗(yàn)設(shè)備上完成的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，隨著設(shè)備的老化和損壞，其不能取得很好的實(shí)驗(yàn)效果[8]。而項(xiàng)目化的教學(xué)方式可通過設(shè)定開放性題目，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生參與組建團(tuán)隊(duì)、提出構(gòu)思、完成設(shè)計(jì)、實(shí)際運(yùn)行及項(xiàng)目總結(jié)的所有環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)均可設(shè)置2～3 個(gè)考查點(diǎn)，通過考查點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生主動詢問、發(fā)現(xiàn)、探索，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，由此培養(yǎng)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。電力電子技術(shù)課程基于EIP-CDIO 理念的項(xiàng)目化實(shí)施路徑如圖1 所示。

圖1 電力電子技術(shù)課程基于EIP-CDIO 理念的項(xiàng)目化實(shí)施路徑

2 基于EIP-CDIO理念的教學(xué)改革實(shí)例

電力電子技術(shù)課程授課緊緊圍繞整流、逆變、斬波、交流電力變換四種變流技術(shù)開展，學(xué)生要通過對多種電路的分析來掌握電力變換的核心方法。授課內(nèi)容包含大量的波形分析、公式推導(dǎo)及數(shù)值計(jì)算，授課難度較大，學(xué)生不易消化吸收。因此，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在授課過程中采用項(xiàng)目化驅(qū)動教學(xué)的方式，在講授完一種變流技術(shù)后，即啟動項(xiàng)目化教學(xué)，讓學(xué)生參與選題、設(shè)計(jì)、實(shí)踐、總結(jié)的全過程?，F(xiàn)以直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)為例，展示一個(gè)電力電子技術(shù)項(xiàng)目實(shí)施的完整流程。

2.1 項(xiàng)目要求

項(xiàng)目總體要求：設(shè)計(jì)一款直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓為3V、6V 兩檔。要求學(xué)生綜合運(yùn)用電路、電力電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等課程中所學(xué)的理論知識完成設(shè)計(jì)；通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，確定設(shè)計(jì)思路，明確設(shè)計(jì)方案，提高分析和解決實(shí)際問題的能力；熟悉本項(xiàng)目中用到的電子器件的參數(shù)和特征，并掌握器件選型的標(biāo)準(zhǔn)與原則；學(xué)會電子電路的分析、調(diào)試及安裝技能；進(jìn)一步熟悉相關(guān)測量儀器的使用方法。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師要求學(xué)生首先通過查閱文獻(xiàn)、閱讀資料來確定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案要包含所設(shè)計(jì)電路的基本電路結(jié)構(gòu)，要使學(xué)生清楚地認(rèn)識到該項(xiàng)目包含的電力電子技術(shù)課程所講授的理論知識點(diǎn)。

根據(jù)任務(wù)要求，此項(xiàng)目實(shí)施的總體設(shè)計(jì)思路如圖2 所示。220V/50Hz 的交流電作為輸入，因輸出直流電壓值較小，可先經(jīng)過變壓器降壓后再送入整流電路。整流電路輸出為脈動的直流電，需經(jīng)過濾波得到穩(wěn)定的直流電，穩(wěn)壓電路與電阻配合完成穩(wěn)壓與調(diào)壓的作用，最終輸出目標(biāo)電壓。整個(gè)過程中要應(yīng)用整流、濾波、穩(wěn)壓等電力電子技術(shù)的相關(guān)知識，屬于綜合訓(xùn)練項(xiàng)目。

圖2 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路

通過研讀項(xiàng)目要求、查閱資料、確定設(shè)計(jì)思路，學(xué)生鍛煉了搜集信息、整理信息及歸納總結(jié)的能力。

2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生根據(jù)電路輸入輸出要求，結(jié)合設(shè)計(jì)思路確定設(shè)計(jì)方案。學(xué)生可采用如下設(shè)計(jì)方案：整流電路可采用單相橋式不可控整流電路，也可采用可控整流電路，要考慮控制電路的設(shè)計(jì)方案；濾波部分可采用電容濾波；考慮到電路的集成度，穩(wěn)壓可采用常見的三端穩(wěn)壓芯片LM317，ADJ 針腳為輸出電壓的調(diào)節(jié)針腳，同時(shí)設(shè)計(jì)兩個(gè)開關(guān)，接不同的阻值，分別控制3V 和6V 輸出電壓[9-10]。以上僅為設(shè)計(jì)方案樣例，供學(xué)生參考，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況自行確定方案，初步選定器件，如表1 所示。

表1 元器件規(guī)格型號

學(xué)生在此環(huán)節(jié)要確定電阻的大小、濾波電容的選值，可通過計(jì)算法結(jié)合仿真法進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)設(shè)定輸出電壓分別為3V 和6V，確定R1 為100Ω 時(shí)，R2和R3 的阻值則可根據(jù)公式（1）和公式（2）獲得：

仿真時(shí)可采用MATLAB/Simulink、SABER、Multisim，以上仿真軟件各有其使用的場合，且均為電力電子仿真常用的軟件，可引導(dǎo)學(xué)生多學(xué)多用[11-12]。本項(xiàng)目若選擇Multisim 進(jìn)行仿真，則可搭建如圖3 所示的仿真模型。

圖3 基于Multisim 的直流穩(wěn)壓電源仿真模型

此環(huán)節(jié)是項(xiàng)目最終能否順利完成的保障，需要學(xué)生學(xué)習(xí)電路圖繪制方法、元器件參數(shù)計(jì)算和選型方法、電路仿真方法等內(nèi)容，考查學(xué)生對理論知識的掌握程度，鍛煉學(xué)生知識轉(zhuǎn)化的能力。

2.3 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過仿真驗(yàn)證后，即可根據(jù)電路圖和仿真結(jié)果，完成實(shí)物電路的焊接，此環(huán)節(jié)包括元器件購買、元器件檢測與安裝、電路焊接、電路調(diào)試與測量等多項(xiàng)內(nèi)容，重點(diǎn)鍛煉學(xué)生的實(shí)際動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.4 項(xiàng)目應(yīng)用

本項(xiàng)目的核心目標(biāo)是鍛煉學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的能力，所做實(shí)物為簡易穩(wěn)壓電源，可在簡單場合予以應(yīng)用。根據(jù)CDIO 理念，將應(yīng)用環(huán)節(jié)調(diào)整為項(xiàng)目答辯與評價(jià)環(huán)節(jié)，綜合考查學(xué)生的文字撰寫能力、口頭表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)合作效果。

本環(huán)節(jié)要求學(xué)生撰寫完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告，包含設(shè)計(jì)思路、電路結(jié)構(gòu)、電路仿真、元器件選型測試、電路焊接、團(tuán)隊(duì)分工、心得體會等內(nèi)容，同時(shí)以組為單位進(jìn)行現(xiàn)場答辯，由指導(dǎo)教師和各小組互評打分，取平均分，并將其作為最終得分[13-14]。該項(xiàng)目的評分標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。以上環(huán)節(jié)結(jié)束后，教師要對每一組進(jìn)行綜合點(diǎn)評，指出項(xiàng)目完成過程中存在的問題和改進(jìn)的方式，并要求學(xué)生撰寫簡單的心得體會，總結(jié)本次項(xiàng)目實(shí)施過程中的個(gè)人感受。至此，一個(gè)完整的基于EIPCDIO 理念的電力電子技術(shù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成，形成了項(xiàng)目化教學(xué)模式。

表2 直流穩(wěn)壓電源項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)語

電力電子技術(shù)是一門實(shí)用的技術(shù)，通過基于EIPCDIO 的項(xiàng)目化教學(xué)方式，可幫助學(xué)生加強(qiáng)對理論知識的理解與吸收，有利于學(xué)生更好地掌握電力電子技術(shù)的知識體系，同時(shí)可讓學(xué)生熟悉項(xiàng)目實(shí)施流程，鍛煉學(xué)生的實(shí)際動手能力。在項(xiàng)目開展全過程，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)，遵守職業(yè)道德，為學(xué)生走出校園、服務(wù)社會奠定基礎(chǔ)。