面向工程应用的电力电子技术课程教学实践研究

赵涛+沈亚斌+徐友+徐开芸

摘 要 针对社会对电力电子技术专业人才需要掌握的能力的要求，从电力电子技术课程内容、教学方法、课程设计、实践创新训练和毕业设计等方面进行教学改革与实践，促进学生工程应用能力的提高和创新意识的培养，取得较好的教学效果。

关键词 电力电子技术；工程应用；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）22-0098-02

Teaching Research of Course of Power Electronics Technology for Engineering Application//ZHAO Tao， SHEN Yaibin， XU You， XU Kaiyun

Abstract In this paper， according to the requirement of the society for the power electronic technology professionals， the teaching re-

form of the course of the power electronic technology have been im-

plemented from several aspects such as course contents， teaching methods， project design， practical innovation training， and gradua-tion project. The engineering application ability and consciousness of innovation of students is improved. Better results in teaching have

been achieved.

Key words power electronics technique； engineering application； teaching reform

1 引言

电力电子技术是对电能进行变换和控制的一门技术，是自动化及相关专业的一门重要的专业基础课[1-2]。随着科学技术的发展，电力电子技术应用已渗透到国民经济各部门。对电力电子技术的人才的需求越来越迫切，除了对相关理论知识的要求外，更强调对工程实践能力、工程设计、工程应用能力的要求。这些要求具有普遍意义，反映了对这类人才的通用标准。本文根据电力电子技术专业人才需要掌握的能力的要求，就如何提高学生工程应用能力、创新能力，从教学方法、教学手段、课程设计及大学科技活动和毕业设计等方面进行教学改革与实践。

2 面向工程应用的问题导向法

电力电子技术课程内容涉及知识面广、概念多。要在有限的教学学时内把电路、波形讲透，让学生都能理解，是件不容易的事情。此外随着信息技术的不断发展，知识也呈现碎片化的特点，其获取也越来越容易。在这一背景下，教师的角色需要由过去的知识传播者转变为引导者和激励者；过去是告诉学生所不知道的知识，现在应该引导学生运用正确的思维方法，自主获取知识，并使之系统化。为此，教学内容、教学方法和教学手段都应有所改变。

首先要激发学生的求知欲，将过去冰冷、枯燥和抽象的知识点融入工程应用中；发现问题、提出问题及解决问题，学生寻求解决问题的过程，也是获得知识的过程。在这一过程中，计算机仿真是不可或缺的学习手段。基于PSPICE、MATLAB、PSIM和MathCAD等软件，采用虚实结合教学方式，充分利用软件资源，提高学生求知欲及解决问题的能力[4-5]。利用仿真软件搭建仿真电路进行仿真实验，仿真实验不受时间、场地的限制，学生可以观测任意一点的电压和电流波形。为了取得良好的仿真实验效果，必须较好地掌握仿真原理、仿真操作和调试方法等。正确的仿真波形也是对学习的一种鼓励和奖赏。

3 基于工程项目的课程设计

课程设计是完成电力电子技术课程教学的重要环节。其目的是使学生掌握基本电力电子器件的性能和应用方法，以及基本电力电子电路的设计思路，培养学生在电力电子技术领域中独立分析和解决问题的能力。

目前，有不少院校开设了电力电子技术课程设计，但课题多是进行理论计算和设计，主要完成参数计算、电路设计和仿真等。严格地说，该类课程设计对学生实践能力、工程应用能力的培养效果有限。电力电子技术课程设计实际课题开设较少的一个主要原因是实验安全性和设备耐用性差。而课程设计一般为开放性的，其主要任务之一是让学生完成焊接、调试电路，不宜采用课内实验用的集成的实验装置。因此，如何在课程设计过程中保障学生的人身安全和设备安全，是实施课程设计的一个难題。

南京工程学院自动化学院于2013年重新开设电力电子技术的课程设计。为了解决上述难题，针对电力电子技术应用最为广泛的DC-DC变换和DC-AC变换的两种变流电路[6]，

结合数字化控制的发展趋势，开发了开放式的DC-AC变换和DC-DC电能变换通用实验平台。图1给出AC-DC电能通用实验平台结构图，学生通过该平台，可以进行SPWM逆变器设计，也可以实现直流电动机的四象限的控制，掌握交—真—交变流电路的结构，单、双极控制，SPWM调制等控制技术。

拟定课程设计课题，主要考虑5个原则：1）注意内容的先进性、综合性和实践性，反映电力电子技术发展的新水平；2）应适合实践教学和启发创新；3）内容不应太简单，难度要适中；4）能够结合工程实际应用，并且具有一定的实用价值；5）成果最好具有相对的完整性和可考核性。表1为电力电子技术课程设计的部分课题。

由于课题贴近工程应用，学生兴趣比较大，能够独立完成电路设计，主电路和驱动电路的制作、焊接和调试，及磁性元件的计算与选择。经过三届学生的实践情况，取得良好效果，为后续的课程和毕业设计打下坚实的基础。

4 三位一体实践能力培养

电力电子技术工程应用人才培养的定位最终要落实到培养过程之中。具体来说，就是以现代电力电子技术为工程应用背景，结合计算机技术、控制理论及其他相关理论和技术，开设不同层次不同类型的选题。通过课程设计、课外科技活动和毕业设计，三位一体培养学生工程应用能力，做到点、面结合。图2给出教学、科技创新和毕业设计三位一体的能力培养框图。

以电力电子装置典型的工程项目为对象，分解为核心模块、提高及创新模块、系统模块、辅助模块。课程实践环节可以完成核心模块的设计和调试，科技创新和毕业设计可以完成提高及创新模块、系统模块。辅助模块通过相关课程完成。对学有余力的学生通过科技创新和毕业设计环节，进行系统设计及算法研究，保证项目的连续性。三位一体的设计大大激发了学生的创新精神，拓展了学生的视野，提高了学生的综合设计能力，在各种竞赛上取得优异成绩。实验内容与课程设计、毕业设计相互关联。学生工程实验能力得到提高。

5 结束语

经过几年的实践表明，以工程应用为导向的电力电子技术教学重构，打破了以理论知识传授为主要特征的课程模式，以电力电子技术工程应用为核心，建立分类分层的课程实践、科技创新和毕业设计三位一体的实践能力培养模式，既突出优秀学生能力培养的点，又兼顾多数学生基本工程实践能力的面，以点带面。改变学生的被动学习与被动实践，为学生主动学习能力和主动实践能力的培养提供机会，提高学生的综合素质，对学生实践动手能力的培养及就业和深造等都有较大帮助。参考文献

[1]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.

[2]Rashid M H. Power Electronics： Circuits， Devices， and Application[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[3]陈建业.电力电子电路的计算机仿真[M].北京：清华大学出版社，2007.

[4]趙涛，张永号，刘启新，等.MathCAD在“电力电子技术”教学中的应用[J].电气电子教学学报，2013，35（3）：55-58.

[5]赵涛，等.PSpice在电力电子技术教学改革实践中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2009，21（6）：123-127.

[6]Rashid M H.电力电子技术手册[M].2版.北京：机械工业出版，2004.