卓越计划下电气专业电力电子技术课程教改实践

◆朱永胜 董燕 肖俊明

卓越计划下电气专业电力电子技术课程教改实践

◆朱永胜 董燕 肖俊明

针对卓越工程师计划对电气专业电力电子技术课程提出的新要求，从教学内容、教学手段、实践环节等方面进行改革与探索。相关教改措施在有效改善教学质量的同时，显著提高了学生的工程实践与创新能力。

卓越工程师；电力电子技术；教学改革

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.078

“卓越工程师教育培养计划”（简称卓越计划）是国家对中国特色工程教育模式的有益探索，旨在培养造就一大批工程素质高、创新能力强的复合型技术人才［1］。电力电子技术是以相关器件和变流技术为基础，以提高用电效率和改善用电品质为目的，且在新型智能电网环境下，对新能源接入至关重要的专业基础课程［2］，在电气工程相关专业课程体系中占有重要地位［3-4］。为适应卓越工程师的培养模式，也为了实践中原工学院“智能电网方向”卓越计划的具体培养要求［5］，课程组对电气专业卓越工程师班的电力电子技术课程进行了教学内容、教学手段等方面的改革与优化，为后续专业方向课程的学习与实践提供良好的知识及技术储备，也为相关课程的教学改革提供了可借鉴的思路。

1　优化教学内容

近年来，以IGBT、电力MOSFET等全控型器件为核心的变流电路逐渐占据市场的主导地位。此外，在智能电网领域，以FACTS装置、高压直流输电为代表的大容量变流系统也得到广泛应用，这对电力电子技术课程的教学提出更高的要求。在卓越背景下，对工程性如此强的电力电子课程，不仅要讲清楚器件的性能和参数，分析电路的主要工作过程，而且应该再由电路深化到电力电子系统。这样才能让学生对整个技术的应用及其背景有更清晰和明确的认识，避免理论与实践脱节。因此，在本课程的教学内容方面，课程组不断对其进行优化。

1）对现有教学章节进行模块化整合，将其划分为器件、电路、系统三部分。其中，器件包含电力电子器件及其共性问题章节；电路包括交直、直交、直直、交交四种变流技术章节；系统包括PWM、软开关及电力电子技术的应用章节。

2）加大对半控、全控型器件的讲解及分析力度，重点突出其动态特性分析及相关参数计算，为在实际中对器件的选型打下基础。

3）压缩传统四种变流电路的教学学时，增加应用章节的教学学时，重点突出功率因数校正技术、变频调速以及电力电子技术在电力系统中的应用部分，以便和智能电网的实际背景相衔接。

2　多样化教学手段

改进教学方式 摆脱以“教师为中心”的传统教学模式，采用引导型教学方式，注重教学过程中的互动性和学生分析解决问题能力的培养。授课过程中通过“提出问题—集体讨论—获得结论—教学验证”的方法，将学生被动接受知识的过程转化为其不断解决问题的过程，并在此过程中加深对相关理论的理解，训练其分析和解决问题的能力。比如在电力电子系统的讲解部分，结合实际装置的应用背景，首先通过视频进行感性认识，其次进行工作原理的介绍，再提出思考的问题，共同讨论后再讲解，最后给出仿真结果。采用这种课堂启发式教学方法，使学生带着疑问上课，激发其学习兴趣，从而根本上提高学习的目的性和方向性，以增强学习效果。

作者：朱永胜，中原工学院电子信息学院讲师，主要从事电力系统方面的教学与研究工作；董燕，中原工学院电子信息学院副教授，主要从事电工理论与新技术方面的教学与研究工作；肖俊明，中原工学院电子信息学院教授，主要从事电力电子技术方面的教学与研究工作（450007）。

精心设计多媒体课件 电力电子技术课程重视对电路及其工作波形的分析，而利用PowerPoint、多媒体视频等技术手段形象地演示电路的工作过程，不仅使波形分析更为直观，还能方便地展示电路在不同条件下的运行状态，以及相关课程内容在实际场景中的应用情况。比如利用PPT动画来演示四种变流电路中负载及晶闸管上的电压、电流波形转化过程，用缓慢改变的不同颜色电压和电流曲线来展示随时间而产生的变化，加深学生对该电路工作原理的理解。

充分利用仿真软件 利用仿真软件对电力电子技术课程进行辅助教学。以MATLAB为例，该软件具有电气工程专业的仿真工具和专门的元件库，包含了常用的电力电子器件模型，还提供了整流模块、逆变模块及相应的驱动模块，为仿真和调试提供了一个高效的软件平台。此外，该软件还包含SimPowersystem的Demo库，具有AC、DC、FACTS装置以及分布式能源接入的演示功能。课程组进一步利用MATLAB等仿真软件，将课堂中需要讲解的电力电子电路，转化为实际的仿真模型，对课本上的知识进行验证。同时，搭建APF、SVG等仿真实验系统，通过课堂演示及学生参与的方式，加深其对具体电路、工作原理、应用背景等知识的理解。

认知与学习同步进行 课程依托中原工学院“分布式能源接入与微电网系统”河南省工程实验室，以及与许继集团共建的“智能电网研究中心”，在课下组织学生参观风电、光伏、微电网等实验室，结合智能电网的实际设备，对涉及电力电子技术的课堂内容进行回顾和深化，帮助学生建立知识体系，以及对工程实践的感性认识。

3　创新实践教学

优化实验内容，强化动手能力 随着电力电子器件性能的不断提高和各种变流电路的不断发展，课程组对电力电子技术的实践教学也相应进行了调整。由于实验课时有限，根据专业实际情况及需求，同步开设的实验课保留了原有的锯齿波触发电路、三相半波可控整流电路、IGBT斩波电路和三相交流调压电路等验证性实验，由学生在课余时间利用专业开放实验室自行完成；另外增开三相桥式可控整流电路、功率因数校正电路、DC-DC电路等综合性、设计性实验，由教师给出电路图及参数，学生自行选择器件及其驱动电路、保护电路，并要求学生关注实验中出现的具体现象，独立思考实验中出现的问题，进而培养学生分析问题、解决问题的能力。

组织兴趣小组，增强实践能力 兴趣是能力培养的关键。以往的教学过程，大都缺乏学生按照自己的兴趣及方向，自由设计、搭建电力电子电路的动手环节，而限于教学学时，又很难将这部分内容完全安排到正常的教学、实践当中。因此，课程组将电气卓越班的学生按个人意愿组成兴趣小组，利用学院现有的大学生创新实验平台、元器件库等资源，在教师辅导下自发进行相关电力电子电路的开发与设计。

同时，一方面利用国家、省市区的大学生创新项目和全国大学生电子设计竞赛等活动，对兴趣小组的研究进行导向；另一方面，经过卓越班的兴趣培养及动手能力的实践，也可以为以上竞赛和活动进行技术积累和学生的培训选拔。最终，通过学生创新成果和实践活动的相互促进，有效地增强学生的学习兴趣和工程实践能力。

联系实际项目，优化知识结构 教学过程中缺乏工程实际应用背景，会使得学生学习该课程时，不知道具体的技术在哪些领域应用、如何应用，从而造成学习的被动和盲目性。中原工学院电气专业卓越计划在加大实践环节比例的同时，结合自身实际和行业背景，遴选多家在电力领域具有一定影响力的企业作为校企合作伙伴，为电力电子课程的实际项目应用构建了有效的平台。

此外，相关主讲教师一直从事电力电子技术相关的科研项目，通过将其科研成果作为工程案例引入课堂教学，在激发学生兴趣、增强听课效果的同时，也将电力电子技术课程所学的章节串联起来，使得学生对所学知识有了更深刻的认识。

4　总结

电力电子技术作为中原工学院智能电网方向四年本科教育承上启下的重要课程，对学生未来的学习和工作至关重要。本文对该课程的教学内容、教学手段以及实践环节等方面的教改工作做了简要总结，重点突出教师与学生、理论与实践、学校与企业等多方互动，以便在卓越背景下不断提高教学质量的同时，深入强化学生的工程实践与创新能力。■

［1］林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制［J］.高等工程教育研究，2010（4）：21-29.

［2］王兆安，刘进军.电力电子技术［M］.5版.北京：机械工业出版社，2009.

［3］孔汉，江豪.电气工程及其自动化专业卓越工程师培养实践教学探析［J］.中国现代教育装备，2014（21）：74-76.

［4］鲁明丽，刘燕.基于卓越计划的“电力电子技术”课程教学改革探索［J］.中国电力教育，2014（1）：103-104.

［5］肖俊明，李燕斌，王晓雷，等.电气工程及其自动化专业卓越工程师培养模式的研究与实践［J］.中原工学院学报，2013，24（6）：55-57.

Teaching Reform and Practice of Power Electronics Course under Electrical Engineering Excellent Engineer Plan//ZHU Yongsheng，DONG Yan， XIAO Junming

According to the new requirements for the power electronics of electrical engineering excellent engineer plan， this article carried out the reform and exploration from the aspects of teaching content， teaching method and practice. Related measures improved the students' engineering practice and innovation ability signifi cantly，and the teaching quality effectively.

excellent engineer； power electronics； teaching reform

G642.0

B

1671-489X（2016）12-0078-02