基于EIP-CDIO 理念的电力电子技术课程项目化教学探索与实践

肖雯娟，马小琴，吕慧

（西北民族大学 电气工程学院，甘肃兰州 730030）

电力电子技术课程是电气工程及其自动化和自动化专业一门重要的专业必修课，它以电路知识为分析基础，为强电和弱电的连接搭建了平台。电力电子技术涉及国民经济的各个领域，未来更多的电能将通过电力电子技术处理后再加以应用。然而，目前电力电子技术采用传统的授课方式，重理论、轻实践，未达到创新型工科人才培养的目标。因此，如何改进电力电子技术课程的授课方式，让学生愿意学、主动学，学之能会，会之能用，是教学改革亟待解决的问题。

随着经济全球化，专业技术人才不仅要掌握扎实的工程理论知识和专业技能，还要具备职业道德[1-3]。EIP-CDIO 指向的讲道德（Ethics）、讲诚信（Integrity）、职业化（Professionalism）、构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的教育理念正是在这种背景下由汕头大学工学院提出的[4-5]。它更加注重职业道德和诚信及与“构思—设计—实现—运作”之间的有机结合，是以培养高级工程专业人才为目标的高等工程教育新模式。结合当前电力电子技术课程的授课现状，将EIP-CDIO 教育理念应用于教学改革，优化课程教学方式，将EIP 教育理念与课程思政的开展相结合，将CDIO 教育理念通过项目化驱动的方式贯穿其中，培养学生的职业道德及专业技能，具有重要的理论和实际推广价值。

1 EIP-CDIO理念的实施路径

1.1 EIP 理念融入教学全过程

EIP-CDIO 来源于CDIO 理念，EIP 要贯穿于CDIO教育模式的全过程，二者互相借鉴。

开设电力电子技术课程的相关专业培养的学生就业范围较广，可供职于电力、机电、运输等行业，这就要求学生在具备扎实的专业技能和职业素养的同时，还要具有爱国情怀和使命担当。因此，将课程思政贯穿教育教学始终，将EIP 理念融入项目化实施的全过程，注重学生品德的培养和职业素养的提升，培养符合新时代要求的专业工程师[6-7]。

1.2 在项目化教学模式中体现CDIO 理念

电力电子技术课程会设定一定课时的实验课，但经调研发现：大多数的实验课程是在集成实验设备上完成的验证性实验，随着设备的老化和损坏，其不能取得很好的实验效果[8]。而项目化的教学方式可通过设定开放性题目，以项目为基础，引导学生参与组建团队、提出构思、完成设计、实际运行及项目总结的所有环节。各环节均可设置2～3 个考查点，通过考查点引导学生主动询问、发现、探索，鼓励学生自主学习，由此培养学生课程学习的兴趣，使学生养成自主学习的习惯。电力电子技术课程基于EIP-CDIO 理念的项目化实施路径如图1 所示。

图1 电力电子技术课程基于EIP-CDIO 理念的项目化实施路径

2 基于EIP-CDIO理念的教学改革实例

电力电子技术课程授课紧紧围绕整流、逆变、斩波、交流电力变换四种变流技术开展，学生要通过对多种电路的分析来掌握电力变换的核心方法。授课内容包含大量的波形分析、公式推导及数值计算，授课难度较大，学生不易消化吸收。因此，为了激发学生的学习兴趣，在授课过程中采用项目化驱动教学的方式，在讲授完一种变流技术后，即启动项目化教学，让学生参与选题、设计、实践、总结的全过程。现以直流稳压电源设计为例，展示一个电力电子技术项目实施的完整流程。

2.1 项目要求

项目总体要求：设计一款直流稳压电源，输出电压为3V、6V 两档。要求学生综合运用电路、电力电子技术、模拟电子技术等课程中所学的理论知识完成设计；通过查阅手册和文献资料，确定设计思路，明确设计方案，提高分析和解决实际问题的能力；熟悉本项目中用到的电子器件的参数和特征，并掌握器件选型的标准与原则；学会电子电路的分析、调试及安装技能；进一步熟悉相关测量仪器的使用方法。

在项目实施过程中，教师要求学生首先通过查阅文献、阅读资料来确定设计方案，设计方案要包含所设计电路的基本电路结构，要使学生清楚地认识到该项目包含的电力电子技术课程所讲授的理论知识点。

根据任务要求，此项目实施的总体设计思路如图2 所示。220V/50Hz 的交流电作为输入，因输出直流电压值较小，可先经过变压器降压后再送入整流电路。整流电路输出为脉动的直流电，需经过滤波得到稳定的直流电，稳压电路与电阻配合完成稳压与调压的作用，最终输出目标电压。整个过程中要应用整流、滤波、稳压等电力电子技术的相关知识，属于综合训练项目。

图2 直流稳压电源设计思路

通过研读项目要求、查阅资料、确定设计思路，学生锻炼了搜集信息、整理信息及归纳总结的能力。

2.2 项目设计

在项目设计环节，要求学生根据电路输入输出要求，结合设计思路确定设计方案。学生可采用如下设计方案：整流电路可采用单相桥式不可控整流电路，也可采用可控整流电路，要考虑控制电路的设计方案；滤波部分可采用电容滤波；考虑到电路的集成度，稳压可采用常见的三端稳压芯片LM317，ADJ 针脚为输出电压的调节针脚，同时设计两个开关，接不同的阻值，分别控制3V 和6V 输出电压[9-10]。以上仅为设计方案样例，供学生参考，学生可根据实际情况自行确定方案，初步选定器件，如表1 所示。

表1 元器件规格型号

学生在此环节要确定电阻的大小、滤波电容的选值，可通过计算法结合仿真法进行验证。当设定输出电压分别为3V 和6V，确定R1 为100Ω 时，R2和R3 的阻值则可根据公式（1）和公式（2）获得：

仿真时可采用MATLAB/Simulink、SABER、Multisim，以上仿真软件各有其使用的场合，且均为电力电子仿真常用的软件，可引导学生多学多用[11-12]。本项目若选择Multisim 进行仿真，则可搭建如图3 所示的仿真模型。

图3 基于Multisim 的直流稳压电源仿真模型

此环节是项目最终能否顺利完成的保障，需要学生学习电路图绘制方法、元器件参数计算和选型方法、电路仿真方法等内容，考查学生对理论知识的掌握程度，锻炼学生知识转化的能力。

2.3 项目实现

经过仿真验证后，即可根据电路图和仿真结果，完成实物电路的焊接，此环节包括元器件购买、元器件检测与安装、电路焊接、电路调试与测量等多项内容，重点锻炼学生的实际动手能力和团队协作能力。

2.4 项目应用

本项目的核心目标是锻炼学生将理论知识转化为实际应用的能力，所做实物为简易稳压电源，可在简单场合予以应用。根据CDIO 理念，将应用环节调整为项目答辩与评价环节，综合考查学生的文字撰写能力、口头表达能力及团队合作效果。

本环节要求学生撰写完整的项目设计报告，包含设计思路、电路结构、电路仿真、元器件选型测试、电路焊接、团队分工、心得体会等内容，同时以组为单位进行现场答辩，由指导教师和各小组互评打分，取平均分，并将其作为最终得分[13-14]。该项目的评分标准如表2 所示。以上环节结束后，教师要对每一组进行综合点评，指出项目完成过程中存在的问题和改进的方式，并要求学生撰写简单的心得体会，总结本次项目实施过程中的个人感受。至此，一个完整的基于EIPCDIO 理念的电力电子技术项目设计完成，形成了项目化教学模式。

表2 直流稳压电源项目评分标准

3 结语

电力电子技术是一门实用的技术，通过基于EIPCDIO 的项目化教学方式，可帮助学生加强对理论知识的理解与吸收，有利于学生更好地掌握电力电子技术的知识体系，同时可让学生熟悉项目实施流程，锻炼学生的实际动手能力。在项目开展全过程，引导学生树立正确的价值观，培养职业素养，遵守职业道德，为学生走出校园、服务社会奠定基础。