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摘要:“电力电子技术”课程是电气工程专业的重要基础课程,涉及多个学科,知识面广,实践性强。笔者结合实际教学中所遇到的问题,试着从教学内容、多媒体教学和实践教学等多个方面提出可行性建议,注重多学科内容的融合,不断更新自身的知识,拓宽学生的学习思路,激发学生的学习兴趣,能够更好地培养学生的独立思考能力和创新意识,进一步强化学生工程实践能力的培养,切实提高教学质量。
关键词:电力电子技术;教学内容;多媒体教学;实践教学
作者简介:叶刚(1980-),男,湖北荆州人,长江大学电子信息学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电力系統谐波抑制、无功补偿技术。(湖北 荆州434023)
“电力电子技术”是一门综合性很强的专业基础课程,该课程的教学内容复杂抽象,涉及学科多,应用性和实践性强,如何在有限的学时及现有条件下提高教学质量,培养出满足各行业需要的入水是急需解决的问题,因此,研究探索“电力电子技术”的教学内容、教学手段、实验实训的方案具有非常积极的意义。
一、“电力电子技术”课程教学的现状
1 教学內容
本课程以“高等数学”、“电路理论”、“电机学”等先修课程为基础,并为后续的各门专业核心课程的开展进行铺垫。电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础,变流技术则是电力电子技术的核心。教学内容大致分为三部分:电力电子器件,各种器件的基本结构、工作原理、主要参数、应用特性及共性问题,基本的电力电子电路。包括整流逆变电路、直流一直流、交流一交流变流电路;脉宽调制技术、软开关技术。
(1)先修课程知识遗忘比较严重,例如“高等数学”,而本门课程中存在大量以高等数学为基础的学习内容,使许多数学基础差的学生出现理解困难、学习兴趣下降的现象,给教学工作带来了较大的影响。
(2)课程内容复杂抽象,各种类型的电力电子电路的分析过程使学生理解得不透彻,尤其是波形讲解的过程,波形图重叠复杂,过程分析枯燥无味,使学生产生厌恶情绪而进一步导致学习效果的下降。
2 教学手段
主要利用多媒体手段进行教学,教师可利用PowerPoint、Flash等软件完善教学课件,生动的图片及动画会拉近学生与课程之间的距离。更便于学生理解与接受新课。”但是过度地使用多媒体手段教学,尤其是在讲授数学推导很强的内容时,学生往往在课堂上跟不上教师的速度,没有时间去理解,导致学生不做笔记,造成学生难以掌握课程内容,降低了教学效率,采用板书教学的时候,虽然可能需要花费大量的时间去推导,但学生能跟着板书的进度逐步理解课程内容。因此教师应该结合具体所讲内容采用不同的教学手段,达到教学目的。
3 实验实训
电力电子技术实验主要基于实验台操作方式,以演示性及验证性实验为主,效果不是很理想。主要表现在:学生对实验台不熟悉,实验时仅按照实验指导书进行简单线路连接,并没有通过实验深入理解理论知识,出现问题不会主动去分析和解决,对实验操作不熟悉而导致误操作的现象很多,造成实验装置损坏。使后续学生不能及时开展相关实验学习,直接制约着教学质量的提高。
二、“电力电子技术”课程教学改进及思考
1 合理安排教学內容
电力电子在实际应用中,一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。因此,“电力电子技术”的内容可采取工程实践与理论教学相结合,以电力电子器件为核心,以基本的电力电子变换电路为基础(即四种基础变换器),以两种控制方法为扩展,有利于学生掌握课程的核心内容。
随着技术的发展,全控型器件已成为主流开关器件,工作频率也不断提高,把驱动、控制、保护回路和电力电子器件集成在一起,构成电力电子集成电路,这代表着电力电子技术发展的一个重要方向,可在教学中适当增加比重。而晶闸管虽然作为半控型器件的代表,技术非常成熟,在国内各行业仍具有广泛的应用,因此在教学的过程中,可适当减少对晶闸管的教学,但不能大量删减。
控制理论广泛应用于电力电子技术中,它使电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求,控制理论就成为强有力的纽带,因此应该在各种变换电路的基础之上。加强控制部分的内容,使学生对电力电子电路的控制技术有更为清晰的认识。
2 激发学习兴趣
教师在教学过程中激发学生兴趣,是提高教学质量的有效途径。”对于“电力电子技术’这样的专业课,需要具备“电路真真、“电机学”等相关专业课程的基础,这样就决定了本门课程的难度较大。学生在学习中有了学习兴趣,也就有了学习的动力,在学习的过程中就不仅仅再是死记公式,而是着重其具体情况的应用。电力电子技术在生活中无处不在,可以通过举出一些大家耳熟能详的例子,例如高压直流输电、光伏并网发电等,适当解释这些技术中采用何种电力电子变换电路,拉近课程与学生的距离,让学生觉得不再陌生,自然就会增加学习兴趣。
3 多媒体教学的合理应用
合理应用多媒体课件,对于不同章节的内容应区别对待。在授课的过程中,涉及到基本概念、原理性较强的部分,例如波形分析是很难讲的,波形图复杂,所以应该首先对电路进行定性分析,使学生们对基本的原理和过程初步了解,可偏重于使用多媒体进行展示,着重分析原理,板书作为辅助教学,涉及到数学公式推导及计算的部分,就需要以板书为主,多媒体为辅,改善教学效果。
同时,在讲课的过程中也可引入相应的仿真软件,例如电力电子及电机控制专业仿真软件PSIM,软件可操作性强,界面友好,可在课堂中短时间掌握,选择相应的仿真元器件完成基本电路设计,然后根据主电路特性以及控制方法进行仿真分析。通过仿真可任意的调整元件参数,演示电路运行中各个变量的波形,再从理论上分析波形特性,让学生掌握不同电力电子变换器的工作特性。
4 先修课程的延续与区别
“电路理论”中所涉及到直流、交流等纯理论上的概念,与整流、逆变电路部分的中直流、交流等概念有一定的区别。在以往的学习中正弦交流电路中的输出电压指的是有效值,而在电力电子电路中均具有开关元件,这样所变换出来的直流、交流均是非理想状态。例如在半波整流电路中,输出的电压实际上是一个直流电,此时所指的输出电压就有很多种类型,例如平均值、有效值、最大值等,都需要讲清楚,免得使学生产生前后理论知识不一致的印象。
5 加强实践教学环节
(1)基础性实验。这些实验基本上是演示性及验证性的教学实验,实验指导书中给出了具体电路,较为简单,需要注意的是需要按照课程进度以及先易后难的顺序开展,为综合设计实验打基础。
(2)综合设计实验。在实验教学的硬件条件有限的情况下。可以采取软件仿真,利用软件中所带有的各种模块及元件去模拟实验。同时教师提出可实现的虚拟实验项目,一个或者几个学生为一小组,让学生自己动手去设计,共同讨论,既可以减少实验操作引起的设备损坏,又可完成电子电路的设计实验及软件操作,先仿真再实物实验,两者相结合,提高效率。
(3)电子设计大赛。对于部分成绩较好的学生,可以采取通过集中培训,参加国家或者省市级的各种电子设计大赛,将电力电子理论知识与实际硬件电路结合起来,增强学生的工程实践能力,切实深化课堂及实验教学的效果。
长江大学电子信息学院已经建立了电力电子综合实验室,在实现基础性实验模块化的同时,增加综合性、系统性的实验环节,设置不同类型的综合性实验,为本科生的课程设计和毕业设计创造良好的平台,让学生的动手能力得到更好的培养。
三 结束语
随着电力电子的广泛应用,“电力电子技术”已由原来的专业核心课转变为普遍适用的专业基础课,但其仍具相当的专业性,对教学双方都有一定的难度。”深化教学改革,是一项长期而艰巨的任务,对提高人才培养工作水平具有重要的意义,目前在本门课程的教学改革中,教学内容、教学手段、实践教学等仍受到其他客观因素的限制,仍需不断进行探索与研究,使教学质量切实得到提高。
责任编辑 苏宇嵬
关键词:电力电子技术;教学内容;多媒体教学;实践教学
作者简介:叶刚(1980-),男,湖北荆州人,长江大学电子信息学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:电力系統谐波抑制、无功补偿技术。(湖北 荆州434023)
“电力电子技术”是一门综合性很强的专业基础课程,该课程的教学内容复杂抽象,涉及学科多,应用性和实践性强,如何在有限的学时及现有条件下提高教学质量,培养出满足各行业需要的入水是急需解决的问题,因此,研究探索“电力电子技术”的教学内容、教学手段、实验实训的方案具有非常积极的意义。
一、“电力电子技术”课程教学的现状
1 教学內容
本课程以“高等数学”、“电路理论”、“电机学”等先修课程为基础,并为后续的各门专业核心课程的开展进行铺垫。电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础,变流技术则是电力电子技术的核心。教学内容大致分为三部分:电力电子器件,各种器件的基本结构、工作原理、主要参数、应用特性及共性问题,基本的电力电子电路。包括整流逆变电路、直流一直流、交流一交流变流电路;脉宽调制技术、软开关技术。
(1)先修课程知识遗忘比较严重,例如“高等数学”,而本门课程中存在大量以高等数学为基础的学习内容,使许多数学基础差的学生出现理解困难、学习兴趣下降的现象,给教学工作带来了较大的影响。
(2)课程内容复杂抽象,各种类型的电力电子电路的分析过程使学生理解得不透彻,尤其是波形讲解的过程,波形图重叠复杂,过程分析枯燥无味,使学生产生厌恶情绪而进一步导致学习效果的下降。
2 教学手段
主要利用多媒体手段进行教学,教师可利用PowerPoint、Flash等软件完善教学课件,生动的图片及动画会拉近学生与课程之间的距离。更便于学生理解与接受新课。”但是过度地使用多媒体手段教学,尤其是在讲授数学推导很强的内容时,学生往往在课堂上跟不上教师的速度,没有时间去理解,导致学生不做笔记,造成学生难以掌握课程内容,降低了教学效率,采用板书教学的时候,虽然可能需要花费大量的时间去推导,但学生能跟着板书的进度逐步理解课程内容。因此教师应该结合具体所讲内容采用不同的教学手段,达到教学目的。
3 实验实训
电力电子技术实验主要基于实验台操作方式,以演示性及验证性实验为主,效果不是很理想。主要表现在:学生对实验台不熟悉,实验时仅按照实验指导书进行简单线路连接,并没有通过实验深入理解理论知识,出现问题不会主动去分析和解决,对实验操作不熟悉而导致误操作的现象很多,造成实验装置损坏。使后续学生不能及时开展相关实验学习,直接制约着教学质量的提高。
二、“电力电子技术”课程教学改进及思考
1 合理安排教学內容
电力电子在实际应用中,一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。因此,“电力电子技术”的内容可采取工程实践与理论教学相结合,以电力电子器件为核心,以基本的电力电子变换电路为基础(即四种基础变换器),以两种控制方法为扩展,有利于学生掌握课程的核心内容。
随着技术的发展,全控型器件已成为主流开关器件,工作频率也不断提高,把驱动、控制、保护回路和电力电子器件集成在一起,构成电力电子集成电路,这代表着电力电子技术发展的一个重要方向,可在教学中适当增加比重。而晶闸管虽然作为半控型器件的代表,技术非常成熟,在国内各行业仍具有广泛的应用,因此在教学的过程中,可适当减少对晶闸管的教学,但不能大量删减。
控制理论广泛应用于电力电子技术中,它使电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求,控制理论就成为强有力的纽带,因此应该在各种变换电路的基础之上。加强控制部分的内容,使学生对电力电子电路的控制技术有更为清晰的认识。
2 激发学习兴趣
教师在教学过程中激发学生兴趣,是提高教学质量的有效途径。”对于“电力电子技术’这样的专业课,需要具备“电路真真、“电机学”等相关专业课程的基础,这样就决定了本门课程的难度较大。学生在学习中有了学习兴趣,也就有了学习的动力,在学习的过程中就不仅仅再是死记公式,而是着重其具体情况的应用。电力电子技术在生活中无处不在,可以通过举出一些大家耳熟能详的例子,例如高压直流输电、光伏并网发电等,适当解释这些技术中采用何种电力电子变换电路,拉近课程与学生的距离,让学生觉得不再陌生,自然就会增加学习兴趣。
3 多媒体教学的合理应用
合理应用多媒体课件,对于不同章节的内容应区别对待。在授课的过程中,涉及到基本概念、原理性较强的部分,例如波形分析是很难讲的,波形图复杂,所以应该首先对电路进行定性分析,使学生们对基本的原理和过程初步了解,可偏重于使用多媒体进行展示,着重分析原理,板书作为辅助教学,涉及到数学公式推导及计算的部分,就需要以板书为主,多媒体为辅,改善教学效果。
同时,在讲课的过程中也可引入相应的仿真软件,例如电力电子及电机控制专业仿真软件PSIM,软件可操作性强,界面友好,可在课堂中短时间掌握,选择相应的仿真元器件完成基本电路设计,然后根据主电路特性以及控制方法进行仿真分析。通过仿真可任意的调整元件参数,演示电路运行中各个变量的波形,再从理论上分析波形特性,让学生掌握不同电力电子变换器的工作特性。
4 先修课程的延续与区别
“电路理论”中所涉及到直流、交流等纯理论上的概念,与整流、逆变电路部分的中直流、交流等概念有一定的区别。在以往的学习中正弦交流电路中的输出电压指的是有效值,而在电力电子电路中均具有开关元件,这样所变换出来的直流、交流均是非理想状态。例如在半波整流电路中,输出的电压实际上是一个直流电,此时所指的输出电压就有很多种类型,例如平均值、有效值、最大值等,都需要讲清楚,免得使学生产生前后理论知识不一致的印象。
5 加强实践教学环节
(1)基础性实验。这些实验基本上是演示性及验证性的教学实验,实验指导书中给出了具体电路,较为简单,需要注意的是需要按照课程进度以及先易后难的顺序开展,为综合设计实验打基础。
(2)综合设计实验。在实验教学的硬件条件有限的情况下。可以采取软件仿真,利用软件中所带有的各种模块及元件去模拟实验。同时教师提出可实现的虚拟实验项目,一个或者几个学生为一小组,让学生自己动手去设计,共同讨论,既可以减少实验操作引起的设备损坏,又可完成电子电路的设计实验及软件操作,先仿真再实物实验,两者相结合,提高效率。
(3)电子设计大赛。对于部分成绩较好的学生,可以采取通过集中培训,参加国家或者省市级的各种电子设计大赛,将电力电子理论知识与实际硬件电路结合起来,增强学生的工程实践能力,切实深化课堂及实验教学的效果。
长江大学电子信息学院已经建立了电力电子综合实验室,在实现基础性实验模块化的同时,增加综合性、系统性的实验环节,设置不同类型的综合性实验,为本科生的课程设计和毕业设计创造良好的平台,让学生的动手能力得到更好的培养。
三 结束语
随着电力电子的广泛应用,“电力电子技术”已由原来的专业核心课转变为普遍适用的专业基础课,但其仍具相当的专业性,对教学双方都有一定的难度。”深化教学改革,是一项长期而艰巨的任务,对提高人才培养工作水平具有重要的意义,目前在本门课程的教学改革中,教学内容、教学手段、实践教学等仍受到其他客观因素的限制,仍需不断进行探索与研究,使教学质量切实得到提高。
责任编辑 苏宇嵬