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《电力电子技术》以应用能力培养为核心教学方法研究
2020-03-25

丁广乾1, 张嵩2,龚宇雷1,陈芳1,程新功1,刘益青1  2

(1. 济南大学, 自动化与电气工程学院, 济南, 山东, 250022;2. 国网技术学院, 电网检修培训部,济南,山东,250002)

摘要:电力电子技术是一门利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,广泛应用于社会生产的各个行业。电力电子产业的快速发展,需要加强对学生工程设计、工程实践等方面应用能力的培养,以解决社会生产中的实际问题。本文从教学内容、教学方法等方面进行教学改革与实践,以提高学生应用能力和解决实际问题的能力,提升学生综合素质。

关键词:电力电子技术;应用能力;工程案例;教学研究;教育教学论坛

Abstract:Power electronics is a technology which uses power electronic devices to transform and control power conversion. It is widely applied in various industries of social production. With the development of power electronics, it is necessary to strengthen application ability of students in engineering design and practice. In this article, teaching reform and practice with teaching content and methods are carried out in order to improve ability for applying and solving practical problems, enhancing comprehensive ability.

Keywordspower electronics; application ability; project case; teaching and research

 

电力电子技术是一门利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,它横跨电子学、电力学和控制理论三个领域,广泛应用于工业、农业、交通运输、航天通信等各方面,涉及电气节能、新能源发电、电力牵引和智能电网等工程问题[1]。因此,经济发展对于电力电子技术人才的需求越来越多,除了对基础理论的要求外,行业发展更强调工程设计、实践等应用能力,以解决社会生产中的实际问题[2-3]。本文根据电力电子技术专业人才需掌握的能力要求,就如何提高学生应用能力,从教学内容、教学方法等方面进行了教学改革与实践。

1、围绕应用能力培养改革课程教学内容

教学内容的改革是《电力电子技术》教学改革的重点和难点。该课程教学内容需要针对专业人才培养目标所要求的能力目标、知识目标和素质目标来进行选取。因此,在考虑本课程教学内容逻辑性和整体性的基础上,还需要考虑后续整个专业教学的系统性。以电气自动化专业人才培养计划为例,首先,根据专业人才培养目标和本课程教学大纲,结合教材分析《电力电子技术》课程知识模块和各知识模块间的内在关系,构建《电力电子技术》知识结构图。同时,结合专业培养计划,构建《电力电子技术》课程与后续《电力拖动控制系统》等专业必修课,《新能源发电技术》、《电能质量与无功优化》、《灵活交流输电技术》等专业选修课以及《电力拖动控制系统课程设计》、《毕业设计》等实践课的关系,分析课程和知识模块在整个专业教学中起到作用,构建《电力电子技术》知识模块与后续专业课程关系图。然后,根据《电力电子技术》知识结构图和与后续专业课程关系图,精选教学内容,确定重点知识模块。如《电力电子技术》课程中的逆变电路知识模块,将在后续专业必修课、专业选修课、实践课教学中起到重要的桥梁和纽带作用。因此,需要将该知识模块作为本课程的核心知识,让学生重点学习和掌握并能灵活应用,为学生后续课程的学习和实践提供重要技术支撑,并为学生应用能力的培养和综合素质的提升奠定坚实的基础。

电力电子技术作为电气工程学科领域中最活跃的分支,各种新型电力电子器件、转换电路和控制方法不断涌现。电力电子产业的发展,也对学生的能力培养提出了新的要求,因此需要将该学科新的发展和实际应用引入到教学内容当中来,不断补充和完善教学内容,以培养学生的应用能力。为此,教学内容需将重要知识与实际应用结合起来, 补充电力电子技术新技术、新发展和新应用,以实际工程案例的形式引入到教学中,拓展学生的知识面,完善知识结构,培养学生的应用能力。例如:将承担的与电力电子技术相关的科研项目中与重点教学内容相关的部分研究内容开发成工程案例,引入到《电力电子技术》教学中来,将科研项目与重点知识模块相融合,补充了教学内容,引入了最近研究进展和研究成果。因为,此类工程案例一般实用性较强,可以培养学生的应用能力,提升学生的创新能力。随着技术的不断发展,工程案例也需要不断更新,逐步建立《电力电子技术》课程案例库。

2、采用工程案例开展教学

基于梳理的知识模块结构和工程案例库,教学过程中以典型工程案例为主线,采用教、学、做、研一体化的教学模式,课程教学过程以学生为主,将学生分成若干个学习小组;采取自主学习、教师引导、共同讨论、教和研相结合的方式。学生在完成工程案例的同时也完成了单元知识的学习,将课程的理论与实践教学充分结合[4-5]。将工程案例引入到教学过程的教学方法,既培养了学生自主学习的能力,也培养了学生的工程应用能力和创新能力[6]

1)设计案例方案

各学习小组,根据案例要求进行分工合作。由于工程案例往往结合知识模块设计,因此学生要充分理解教材,结合案例要求,掌握教材知识模块的内容,同时根据设计需要,利用图书馆、数字图书等网络资源查阅相关资料,综合各方面的知识,设计整体方案,包括设计变换电路图、器件参数、元件型号等。

2)课堂组间讨论

在各学习小组设计出方案后,组织学生开展讨论。讨论以学生相互讨论沟通为主,教师引导为辅。通过积极、主动的讨论,学生对各自的方案进行对比,在沟通和交流中了解自己设计上的不足,从器件参数、器件选择、电路拓扑等方面不断完善自己的设计方案。

3)总结评价

适当的教学评价有利于激励学生的学习积极性,因此案例教学也需要教学评价过程。学习小组首先介绍自己的设计方案;然后,由教师评价设计中的优缺点和后续的改进方向;最后,根据学习小组的设计方案和陈述给出相应的评价。

案例教学实施,使学生带着实际工程中所遇到的问题去学习,激发了学生学习的积极性和主动性。学生在设计过程中,通过小组的团队合作和组间交流,整合所学理论知识,找到理论知识上的不足,促使学生完善自身理论知识;总结设计方案中的经验和教训,通过理论与实践相结合解决实际工程中遇到的问题,培养了学生的应用能力。

3、鼓励学生参加科技创作比赛提升应用能力

参加科创比赛可以优化学生的知识结构,培养学生科学实践和动手能力,增强创新和竞争意识,对提高学生的综合素质起着积极的促进作用[7]。随着电力电子技术在国民各行业应用越来越多,从校级、行业协会、省级到国家级的科创比赛,每年基都会有电力电子技术方向上的题目,例如开关稳压电源、光伏电源并网控制系统等。科创比赛的题目,既强调理论设计,更强调功能实现。通常需要学生解决现实工程应用领域中的许多实际问题,因此具有很强的针对性和实用性。学生在比赛过程中,需要灵活应用理论知识,查阅相关文献,熟悉器件功能,创造性设计和功能性验证。学生需要综合多方面的知识来设计、制作、测试一个有特定功能的电力电子电路和装置。因此,参加这些科创比赛,可以检验学生掌握理论课程内容的深度和广度,又检验学生对设计原理、操作方法等有关知识的学习能力;同时,也考验了学生的动手能力以及分析问题和处理问题的能力。通过参加科创比赛,可以提高学生学习理论知识的积极性,有助于提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力,提升学生的应用能力。

4、结束语

工程应用能力是电气工程专业学生走向工程师岗位最重要和最基本的要素之一,《电力电子技术》课程的教学必须着力培养学生的工程应用能力。在学院应用型人才培养模式下,《电力电子技术》课程教学改革是一项长期系统工程。本文以培养学生应用能力为核心,以案例教学法为抓手,将新的教学内容、教学方法运用到《电力电子技术》课程的教学中,激发了学生学习的兴趣,培养了学生的工程实践能力,提升了学生应用所学电力电子技术知识解决实际问题的能力,改革效果得到了老师和同学们的一致肯定。今后,我们会继续努力,进一步将教师的科研与教学相结合,更好的开展提升学生应用能力的理论研究和教学实践。

 

参考文献:

[1]王兆安,刘进军,电力电子技术(第5版)[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]王晓刚,王佳庆,林婷,“电力电子技术”教学改革的探索[J].南京:电气电子教学学报,2007,29(2):13-15

[3]陈佩军,电力电子技术课程的应用型教学改革探索[J].广西:大学教育,2015,2:161-162

[4]唐杰,林立,刘家芳等.电力电子技术课程研究性教学的探索与实践[J].中国现代教育装备,2011(3):76-78.

[5]孔祥新,闫绍敏.“电力电子技术”课程教学改革探讨[J].中国电力教育,2011(21):180-181.

[6]李鹏飞, 李正中, 邬红, 等. 工程案例在“电力电子技术”课堂教学中的应用探讨[J]. 中国电力教育,2011,(25):101-102.

[7]陈荣华, 喻成涛. 浅谈电子设计大赛对大学生综合能力的培养[J].江西教育学院学报, 2007,28(3):60-62.

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