具有矿业特色的项目参与式教学改革初探

李国华++张美金++谢国民

摘 要：本文为了培养学生的应用创新能力，提出一种基于矿山企业科研项目的参与式教学方法。将某矿业集团的电力系统谐波抑制科研项目引入到《电力电子技术》的教学中，通过设置4个实践训练项目，引导学生学习和应用该课程中的整流电路、逆变电路、驱动电路、控制电路和保护电路等知识点。从而加深学生对书本知识以及矿山实际问题的理解，为毕业后进入矿山企业工作奠定坚实基础。

关键词：参与式教学 矿业特色 电力电子技术

中图分类号：G451.2 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2017）09-0051-02

辽宁工程技术大学是一所具有鲜明地矿特色的本科大学，多年来为矿山企业培养了数以万计的应用型人才。近年来，学校结合矿山用人单位实际需要，提出了培养矿山应用创新型人才，打造富有地矿特色人才培养模式的口号。与此同时，也给专业课程教学提出了更高的要求。

2012年，教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见中明确提出了：“创新教育教学方法，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学。”上述教学方法的共同之处，在于都强调了学生在课堂教学中的中心地位，激发学生学习的积极性和创造

性[1-5]。2013年初，辽宁工程技术大学结合自身特点，提出了基于项目参与式教学方法的课程建设课题，经过一年时间的实施，取得了一定成效。

本文将某矿业集团的电力系统谐波抑制项目（项目名称：煤矿电力谐波实时抑制装置样机的研制）引入到《电力电子技术》的教学中，并结合谐波抑制问题设置几个实践训练项目。学生结合课堂教学内容，通过教师引导、讨论和搜集资料等方式寻找解决问题的方法和途径，提出解决方案，并参与设计小功率實验样机。从而达到理论联系实际，培养学生实践应用能力的目的。

1 实践训练项目

《电力电子技术》是电工类专业一门重要的专业基础课，包括电力电子器件、整流电路、逆变[]电路、直流斩波电路、驱动电路、控制电路和保护电路等内容。课程内容实践性强且比较抽象，学生对该课程普遍缺乏直观认识，学习难度比较大。

结合该课程的特点，将矿山电力系统谐波抑制项目（即有源电力滤波器）引入到该课程的教学中，设置了4个实践训练项目：

（1）有源电力滤波器整流电路部分的设计。通过有源电力滤波器涉及的整流问题，学习和应用该课程中整流电路和开关器件选型等知识。

（2）有源电力滤波器逆变电路部分的设计。通过有源电力滤波器涉及的逆变问题，学习和应用逆变电路、器件选型和PWM控制等知识点。

（3）有源电力滤波器驱动电路部分的设计。通过有源电力滤波器涉及的驱动问题，学习和应用驱动IGBT等开关器件的方法。

（4）有源电力滤波器控制电路和保护电路的设计。控制电路部分：通过有源电力滤波器中涉及的控制电路问题，学习和应用空间矢量脉宽调制（即SVPWM）等知识点。保护电路部分包括系统的过电压保护和过电流保护等。该部分与该课程中的PWM控制技术和保护电路等知识点联系紧密，可以加深学生对相关知识点的理解。

学生通过完成上述4个实践训练项目，最终完成电力系统有源电力滤波器的整体设计。

2 实施方案

在教学中，通过引入实际问题、教师引导、学生查找资料、讨论和教师指导设计相结合的方式，完成实践训练项目，实施步骤见图1。

（1）提出问题。如图1所示，首先教师在课堂教学中提出矿山电力系统中存在的实际问题，包括：①矿山供电系统中存在的电能质量问题以及谐波产生的原因？②矿山供电系统谐波的危害？③如何解决矿山供电系统谐波问题？并引导学生课下查找相关资料。

（2）分析问题。①教师结合《电力电子技术》课程中的相关知识点分析电力系统谐波问题，给出解决问题的理论方法，供学生选择；②教师向学生提供矿山企业相关技术资料，供学生学习和参考；③学生通过前期的相关资料拟定谐波抑制的初步方案；④师生之间通过交流讨论的方式，改进与完善初步方案；⑤学生之间通过课下交流讨论，改进与完善初步方案；⑥教师以定期答疑的方式指导学生。

（3）解决问题。学生通过教师引导、查找资料、讨论研究等最终确定有源电力滤波器涉及的整流电路、逆变电路、驱动电路、控制电路和保护电路的设计方案。要求学生通过仿真软件验证设计结果，并以小组为单位设计小功率实验样机。为了降低成本，实验样机的开关器件选用价格便宜的电力场效应管及其集成驱动芯片。

最后，学生撰写实践训练项目研究报告，并通过现场答辩的方式考核知识掌握情况。

3 实验与分析

（a） 有源电力滤波器实验样机 （b）小功率逆变电路及其驱动设计

（c）补偿前、后的电网电流波形

（d）补偿前、后的谐波占有率

图2（a）为学生参与设计的有源电力滤波器实验样机，图2（b）为学生独立设计的小功率有源电力滤波器逆变电路及其驱动电路。样机涉及逆变电路、驱动电路、控制电路和保护电路等该课程相关内容，有助于学生对相关理论知识的理解和掌握。

图2（c）为电力系统有源电力滤波器实验样机的实验波形。图中包括补偿前、后的电网电流波形对比，通过对比学生可以直观的理解谐波和谐波补偿的概念，以及电压型逆变器和电流跟踪的概念；图（d）是补偿前、后的电网电流的谐波占有率，通过图（d）能够直观的向学生展示谐波抑制的作用和目的。

4 课程考核方式

该课程的最终成绩包括卷面成绩和实践训练项目成绩两部分。其中，实践训练项目成绩包括平时表现、研究报告和现场答辩三部分。每个实践训练项目占10分，实践训练项目成绩总计40分。

（1）平时表现指学生在方案和样机设计过程中的表现，以及出勤率等。

（2）实践训练项目研究报告成绩，主要考核设计方法的正确性与合理性。

（3）现场答辩主要考核学生对知识的掌握程度，以及语言表达能力。

期末考试卷面成绩占60分，该课程总成绩100分。

5 结语

为了进一步提高教学质量，突出矿业特色，提出了基于矿山企业科研项目的参与式教学方法。结合矿山供电系统谐波抑制问题设置了4个实践训练项目，学生在解决实际问题的过程中，能够更直观的学习和应用该课程相关知识点。通过2个学期的实际应用，证明该教学方法有利于提高学生应用书本知识解决实际问题的能力，加深学生对电能质量以及谐波抑制等企业实际问题的理解，为毕业后进入矿山企业工作奠定良好的基础。

参考文献：

[1] 郭玉莲.课堂教学模式改革探论[J].教育理论与实践，2012， 10：57-60.

[2] 王翦.美国薄弱学校改进：“跃进学校”计划的理念、实践及启示[J]. 教育理论与实践，2014，28：23-27.

[3] 宋学军.新课标下的课堂教学设计探讨[J].中国教育学刊，

2014，05： 8-9，12.

[4] 顾建民，沈其娟.以教促学推进课堂教学改革[J].中国高等教育，2013，Z2：48-49，65.

[5] 李国华，马峰，范磊，陈华辉，马向东，刘文言.矿业特色的材料专业实践教学体系构建[J].实验室研究与探索，2013，07：178-182.

作者简介：李国华（1981-），男，辽宁工程技术大学电控学院，副教授，研究方向为电力系统谐波抑制与无功补偿。

张美金（1970-），男，辽宁工程技术大学电控学院，副教授，硕士生导师。

谢国民（1969-），男，辽宁工程技术大学电控学院，副教授，硕士生导师。