电力电子技术实践教学改革方案探索

郭鑫 尹志勇 任晓琨

摘  要 针对学校电力电子技术课程偏重理论灌输，实践环节偏弱，从而导致学生理论考试得分高、动手操作能力差的问题，提出改革教学内容、改善教学条件、改变考核方式的实践教学改革方案。通过一系列实践教学改革，增强学生分析电路、模拟仿真、设计并调试电路的能力，切实将理论知识转化为岗位任职技能。

关键词 电力电子技术；实践教学；设计性实验；MATLAB；仿真实验

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）13-0077-03

0  引言

随着科学技术的不断发展，电力电子技术已经深入人们生活的方方面面，小到一个集成电路，大到航空航天技术研究，都有它的存在[1]。电力电子技术是电气工程与自动化技术、应用电子技术、自动化等专业的主干课之一，具有贴近技术前沿、知识面宽、与实际生活结合紧密的特点，是一门应用性、综合性和实践性较强的课程[2]。在该课程教学中，实践环节的作用不可替代。正因为如此，需要改变课堂理论授课为主+验证性实验辅助的教学方式，研究电力电子技术的实践教学方法，在验证性实验的基础上增加实践性教学环节，特别是设计性实验。

学校现有的电力电子技术课程偏重理论灌输，实践环节偏弱，导致学生理论考试得分高，动手操作能力差。由于院校培养的技术人才将来主要从事日常操作维护和检修训练等工作，这就决定了院校更应注重学生实践操作能力的培养，要在做好理论知识教学的基础上培养具备较强实践能力的复合型人才。这就要求从根本上改变现有实践教学的体系结构，重构电力电子技术实践课程的教学模式。下面对此进行论述。

1  电力电子技术教学存在的问题

1）教育思想陈旧，没有深入研究课程的实验教学内容，只是将其作为课堂授课的辅助，没有认识到实践教学的重要性。

2）学校实验设备老化且严重不足，现有的六个实验台服役时间很长，再加上历届学生不可避免的一些误操作，致使部分实验台损坏而不能使用，目前只有一个实验台可以正常使用。

3）实验设计古板，难以培养学生独立思考能力。学生利用实验台完成验证性实验时，由于电路是采用模块化设计并封装的，无法看到内部的电路是什么样子，因此，做实验时只是按照实验步骤连接电路，生成波形并测试，验证实验结果与课本上的理论知识是一致的就算完成实验。学生在实验时无法进行独立思考，更谈不上从实验中获得灵感进行实验创新以达到更高的目标。

4）由于部分实验台损坏，教师在上课时会采用MATLAB仿真软件进行实验验证。不可否认，MATLAB功能非常强大，仿真效果也好，学生可以直观地看到波形的变化。但是，由于课堂时间有限，只能教师做实验学生看，没有培养学生独立使用MATLAB软件仿真的能力。并且真实器件与仿真器件还是有区别的，所有的实验都使用MATLAB软件进行仿真，会对学生认识真实的电路和器件造成障碍。

5）在课程教学中没有联系实际，学生无法知道电力电子技术在岗位任职时有什么用，导致学生到工作岗位后，无法将所学知识应用到岗位工作中，不能适应信息化条件下的技术工作需要。

6）在课程的教学设计中缺少一个综合的课程设计题目，学生缺少一个从设计到选元件、选设备再到实验验证的完整环节；学生不能发挥主观能动性，对学到的知识进行一个综合的应用设计。

2  电力电子技术实践教学改革方案

2.1  改革实践教学内容

教学内容的设计关系着实践教学的教学质量和学生的学习效率。为确保实践教学的教学质量，首先必须对教学内容重新进行梳理，设计一些学生感兴趣的实验；其次，在授课过程中也要注意方式方法，引导学生去做实验，培养学生的主观能动性，变被动接受为主动参与，更好地完成实践教学，培养学生的实践动手能力。当然，改革实践教学内容不意味着完全抛弃现有的实验内容，而是应该在优化现有的验证性实验的基础上加入部分设计性实验。

2.1.1  优化验证性实验  学校在电力电子技术课程实践教学上安排了10个学时，全部安排的是验证性实验，实验内容为电力电子器件检测、单相及三相整流实验、直流斩波电路、斩控式交流调压电路实验、逆变电路实验、单相SPWM电路实验，这些实验的技术和知识面要求较高。在进行教学时，教师首先要对实验内容成竹在胸，这就要求自己先完成数次实验，对实验中可能出现的突发情况了如指掌，能够处理各种突发事件；其次，在学生进行实验操作前要将各种电路的性质、技术指标、实验方法给学生讲透，并将注意事项写在黑板上，一方面可以确保学生人身安全和设备安全，另一方面可以确保实验的顺利完成；再次，对于学生做出的创新性实验设计，即使这种设计存在问题，也要给出正面的评价，同时帮助学生查找问题、纠正错误，培养学生的创新思维；最后，应该多与学生沟通交流，正所谓思维的碰撞才会产生创新的火花，而在产生这种创新的火花后应该及时捕捉，并和学生共同提出实验课题，让学生自主设计实验方案，指导学生选择仪器进行实验操作，并对得出的实验结果进行分析。另外，对完成从设计方案到实验操作这一系列步骤的学生给予加分奖励。

优化后的电力电子技术验证性实验有效地弥补了教师示范做实验、学生机械性地模仿模式的不足，让学生亲身参与，提升学生的兴趣，从而有效地提高實践教学的质量。

2.1.2  加入设计性实验  进行课程实践教学时，验证性实验的作用主要是验证书本上理论的正确性，对于启发学生的思维、培养学生创新能力、提高学生实际分析解决问题能力方面起到的作用较弱。教师应该加入设计性实验，把电力电子技术实践教学与实际生活相结合，与教研室的科研项目相结合，与实际使用的设备相结合，用实际的案例来引导学生思考，增强学生的积极性，自主设计并完成整个实验过程。如讲完逆变电路后，教师可以引导学生设计一个手机充电器电路，在整个实验过程中，教师只答疑，不提意见，所有步骤都由学生完成。这样一个实验做下来，学生会有很多的灵感和疑问，在验证灵感和解决疑问并完成实验后会收获极大的满足感，同时可以更好地掌握逆变电路的结构、其输入和输出的波形、相关参数设计等知识，从而取得理想的教学效果。

2.2  改善实践教学条件

2.2.1  建立电力电子技术实验室  电力电子实验室是开展实践教学的基础，是开展电力电子科学研究的前提条件，是学生的实践训练基地。实验室不仅可以完成实践教学任务，而且教师可以利用实验室指导学生参加电力电子技术比赛，让学生将所学的知识应用到实际中，让学生感到学有所用，提升学生的学习兴趣。因此，建立一个先进的、满足当前教学需要的实验室是非常有必要的。

2.2.2  开展MATLAB仿真实验  电力电子技术实验所采用的大多是功率器件，如三相电源、示波器等，费用高、操作难度大，且有一定的危险性。如果能够用MATLAB软件在电脑上进行仿真实验，即用模拟元件代替实际元件，就既不用担心昂贵的元件损坏，导致后续的实验无法开展，也可以避免实验中的事故。在此基础上，再进行适当的真实性实验，则会收到事半功倍的实验效果。因此，用MATLAB软件并配合其他的一些虚拟实验仪器开展虚拟仿真实验，已成为一种新的教学辅助手段，为电力电子技术的实践教学提供了一条新的途径。

学校目前的电力电子技术实践环节学时数较少，课堂时间只能完成部分的实验内容，剩余的实验内容只能留给学生课下来完成。这些剩余的实验如果都采用真实性的实验，则需要做很多的准备工作，如联系教师开放实验室，准备实验设备、实验器材等，而这些准备工作会耗费大量的时间。现在的仿真技术非常强大，其中的MATLAB软件具有强大的数学运算能力，在电气工程和控制工程领域应用非常广泛，并且Simulink中的电力系统工具箱专门用于解决电路、电力电子、电机等系统的仿真和分析。学生课下可以利用MATLAB来进行仿真实验，一台电脑就可以解决所有问题。同时，教师可以借助MATLAB给学生演示实验过程，节省实践教学的时间，从而留出更多的时间让学生自己动手实践。

2.3  改变实践考核方式

对教学进行考核的目的在于了解学生的学习效果，检验学生对知识的掌握情况。考核的内容决定了教师的教学内容和学生的学习方式。目前，学校的电力电子技术课程采用终结性考试和形成性考核相结合的考核方式。实践部分的考核属于形成性考核，占比不高。这种考核方式只强调学生对理论知识的掌握，忽视了学生将理论转化为实践的能力。学生为了通过考试而学习，实践环节不受重视，导致只会纸上谈兵。因此，必须改变这种重理论轻操作的考核方式。

2.3.1  加大实践成绩的比重  实践考核检验的是对理论知识的掌握情况，以及将其转化为实际应用的能力，是非常重要的。它的地位应与理论考核一致，实践考核不通过应该也作为一项否定项，让学生在实践操作时多思考、多练习，提高实践动手能力。

2.3.2  合理设置实践考核内容  在计算最终的实践考核成绩时，不能只将每次的实验报告作为评价指标。首先应该加入学生日常的表现成绩，如实验项目的组织过程、操作失误率等，在分数比例上应更为看重学生在实验中的实际表现和能否通过实验学到一些知识和动手的技巧；其次应加入一个综合性的实验环节，采用项目驱动[3]，把电力电子技术与实际设备相结合，让学生利用所学的理论知识设计一个产品，通过对理论知识的综合应用，让学生接触产品的设计流程，为其毕业后的岗位任职打好基础。

2.3.3  加入激勵措施  就如汽车动起来需要动力一样，改革方案的推广也需要动力。建立科学的评价和激励机制可以提升教师和学生参与实践教学的热情，从而推动改革方案向前发展。具体措施如下。

1）学生方面。鼓励学生参加全国电子设计大赛，对于取得名次的学生，除了荣誉奖励外，还要额外给予一定的物质奖励，激励学生积极参与，激发学生的学习兴趣，提高其动手能力。

2）教师方面。对指导学生参加电子设计大赛获得名次的教师，给予一定的物质奖励，同时加入荣誉奖励，在评先评优和职称提升方面优先考虑。

3  结束语

电力电子技术课程是一门实践性很强的课程，该课程的实践教学一方面可以帮助学生巩固课堂上学习到的理论知识，另一方面可以锻炼学生的动手实践能力。要对电力电子技术实践教学进行全方位探索和改革，创新教学内容、改善教学条件、改变考核方法，以培养具备较强实践能力的复合型人才为目标，全面提升学生的综合素质。

参考文献

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]李兴宁，陈震，王书杰.电力电子技术实践教学的改革[J].实验室研究与探索，2008（1）：162-165.

[3]唐纬.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010（5）：130-132，154.