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国际刊号:2095-3437

国内刊号:45-1387/G4

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出版地方:广西

期刊级别:省级期刊

发行周期:半月刊

创刊时间:2012年

期刊开本:A4

见刊时间:1个月内

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电力电子技术课程的应用型教学改革探索

发表时间:2018年10月16日 浏览:139次

作者:陈佩军
[摘要]电力电子技术课程是检测技术及自动化方向的专业限选课。通过在“卓越计划”背景下对电力电子技术课程应用型改革研究,可以探讨改革过程中如何实现知识点与工程应用无缝连接的问题,提出将项目教学法引入课堂中,增加实践教学环节,调整考核方式的改革方案,完善课程体系,满足学生工程能力训练要求,提高学生的学习积极性。
[关键词]电力电子 卓越计划 教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)02-0161-02

    2014 年3 月,教育部提出将2000 年后近700 所“专升本”的地方本科院校逐步转型为现代职业教育,重点培养工程师、高级技工、高素质劳动者。2002 年专升本成功的安徽黄山学院以2011 年省级质量工程“卓越工程师计划”为契机,进行专业改革,逐步向应用型本科转型。机电工程学院自动化专业成立于2008 年,是一个即年轻又充满活力的专业,有幸成为本校首批实施“卓越计划”的专业。从本专业2011 级自动化专业学生中遴选出40 名学生成立卓越班,作为应用型改革的试点班级,进行相关课程教学改革建设。
一、电力电子技术课程“卓越计划”改革试点
    近年来,电力电子设备作为“绿色能源”在各个领域应用越来越广,包括电气节能、新能源发电、电力牵引、智能电网等等[1],相关职位有软硬件研发工程师、调试工程师、设备销售经理等等,企业对于各层次技术人员的需求量日益增加。
    为了能够使自动化毕业生走出校门具有较强竞争力,专业从社会需求为出发点,以学生工程实践能力为培养目标,进行专业改革建设。电力电子技术课程是检测技术及自动化方向的专业限选课。为此,将电力电子技术课程作为本专业改革课程之一。
二、课程改革效果及问题
(一)改革从课程地位、教学内容和方法、考核方法展开,取得一定的效果
首先提高课程的地位,从专业限选课调整为专业必修课。原先课程学分为2.5 分,包含32 理论课时+8 实验课时;调整后课程学分为3.5 学分,包含48 理论课时+12实验课时。一方面增加理论课时量,以往只做简单介绍的直交逆变和交交变流技术也成为重点内容,这样理论课对四类变流技术都将进行详细介绍。另一方面增加实验课时,添加两个具有设计类的实验题目———直流斩波
电路设计与性能研究、整流电路的有源功率因数校正研究。加上之前的4 个实验题目,共有6 个实验题目。教学方法中利用flash 动画等多媒体手段并结合板书来讲解,便于分析与理解。[2]考核成绩由平时成绩10%,实验成绩30%,期末成绩60%组成,考试题型中记忆类的题型分值减少,增加工程分析题和设计题型的分值。这些改革措施提高了学生的学习积极性,改善了学习态度,使学生对于电力电子技术有了一定的认识。
(二)问题分析
    一方面对于学生而言,没有亲自安装或拆除过电力电子设备,对其系统结构没有感性认识,加上书本中复杂电路原理图和电压电流曲线,使得知识点比较抽象,难于理解;同时实验设备条件限制,无法做全所有四类变流技术,且实验项目大多是验证类,设计性和分析性的实验较少。总体来说,距应用型人才培养目标还存在差距,课程中缺乏工程实践能力的训练,需要将工程应用案例引入教学过程中。另一方面对于教师而言,应用型课程需要教师具有较高的工程实践能力,然而目前教师的工程专业知识有限,工程项目较少,需要教师不断的提升自身的工程能力,积极申报省级或者国家大学生工程项目。
三、课程体系的完善
    借鉴兄弟院校的经验,结合黄山学院自身的特点,电力电子技术课程仍然需要完善,课程体系的完善从课堂教学、实践教学和考核方式展开。首先课程学分不变的基础上,增加了实践教学环节。[3]调整理论课时为32 课时,实验教学为12 课时,实践教学为16 课时。
(一)课堂教学引入项目教学法。[4] [5]2012 年笔者申报了全国大学生创新创业项目“基于DSP2812 的三相频率电压可调的小功率逆变电源的研究”,现已结题。利用逆变系统由6 个基本模块化组成,若按要求进行组合,结合相应的控制对象,可实现四类变流技术的虚拟项目设计。有了虚拟项目就可以进行项目教学。
    项目教学的思路如图2 所示,从虚拟项目的控制对象所要达到的控制需求为出发点;进行开关器件选型、原理介绍,讲解变流技术的基本原理,选择PWM 控制算法,选择采样信号,组成闭环系统;最后讨论算法中的参数与输出结果的关系,达到输出效果,满足控制需求。这样一个过程,比单纯讲解电压电流曲线更加有工程意义,学生也更能容易理解和掌握。

    讲解过程不按照书本的章节顺序,而是按照完成项目实施过程为顺序,包括项目背景、设计要求、详细方案、技术线路、现场调试过程、验收标准,其中重点讲解设计要求、详细方案和验收标准。讲解过程中的知识点可能是跨学科的、跨课程的、跨章节的,将它们融入整个教学过程中并连贯成为一个系统,这样学生能够从宏观应用的角度真正认识电力电子技术。
(二)对于实验没有涉及的变流技术,利用实践教学[6]来完成,分为硬件设计和软件仿真。硬件设计方面,利用89C51 单片机设计控制板,完成SPWM 和SVPWM 波形分析与设计;软件仿真方面,利用Simulink 仿真工具中的电源模块、电力电子模块、电机模块,完成双馈风力发电系统仿真设计、转速电流双闭环直流调速系统仿真设计、恒压频比交流调速系统仿真设计。每个设计以小组形式完成,以设计效果和设计报告为考核依据。这样
可以锻炼学生的动手动脑能力,培养团队合作精神。
(三) 为了考查学生在该课程的学习态度和学习效果。采用PSF 考核方式,即过程参与考核方法,如图3 所示,它由课程参与度评价(participate)、系列的过程评价(series)、期末考核(final)组成。这种方法能够显示学生对课程的参与程度。

四、总结与思考
    今年是电力电子技术课程改革试点的第二年,专业将继续围绕“应用型”进行课程改革建设,将项目教学法引入课堂,增加实践教学环节,让学生主动参与课程教学过程中,提高学生的工程能力训练效果。
    同时还有相关问题需要思考,比如电力电子技术课程将会在非卓越班开课,如何对待卓越班与非卓越班的差别?项目教学法的硬件条件和软件条件比较简陋,如何对硬件和软件进行完善?项目教学法涉及的知识点众多,如何实现知识点与项目的无缝连接?这些问题只有通过教学实践来解决。
[ 注释]
[1] 赵争鸣.电力电子技术应用系统发展热点综述[J].变频器世界,2010(1):41-44.
[2] 李平“. 卓越工程师培养计划”下的电力电子技术教改探索[J].中国科技信息,2012(17):152-153.
[3] 孙书芳“. 应用技术主导型”电类专业电力电子课程教学改革与实践[J].中国电力教育,2011(25):97-98.
[4] 要丽娟.项目教学法在教学中的应用[J].湖南工程学院学报,2010(3):91-93.
[5] 葛笑寒.基于“教学做一体化”的电力电子课程教学设计[J].科技信息,2011(32):261-262.
[6]胡新新.《电力电子技术》课程教学改革研究[J].中国科教创新导刊,2012(8):194.

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