电力电子技术课程研究性教学的探索与实践

唐 杰 林 立 刘家芳 李海娜

邵阳学院 湖南邵阳 422000

电力电子技术课程研究性教学的探索与实践

唐 杰 林 立 刘家芳 李海娜

邵阳学院 湖南邵阳 422000

为了实现培养具有创新能力的应用型人才目标，在电力电子技术课程教学实践中实施研究性教学。从课堂教学和实践教学两方面详细论述研究性教学在电力电子技术课程中的实践情况。研究性教学在电力电子技术课程中实践3年多来，成效显著，学生的创新能力和实践能力明显提高。同时，实践也证明在电力电子技术课程中实施研究性教学符合应用型人才培养目标。

电力电子技术；研究性教学；教学方法；实践能力；创新能力

研究性教学是教师以培养学生的研究意识、研究能力和创新能力为目标，通过教学过程，引导学生进行研究性学习，从而让学生掌握知识、培养研究能力和创新能力。早在2005年，教育部就发布了旨在提高我国本科教育教学质量的文件《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》([2005]001号文件)，在文件中明确提出“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”。如今，研究性教学作为一种顺应时代要求的高素质人才培养理念，是高校教学改革的方向。传统的以课堂为中心的承传式教学不利于学生的探索精神和创新能力的培养。因此，在课程教学中实施研究性教学对于培养学生的创新意识、创新能力具有重要现实意义。

电力电子技术课程作为电气工程及其自动化专业、自动化专业的一门重要的专业基础课、必修课，在整个课程体系中占据着重要的位置。此外，电力电子技术发展迅速，各种新型的电力电子器件、电路拓扑和控制技术不断涌现，电力电子技术应用领域日益广泛，这对电力电子技术课程的教学提出了挑战。因此在电力电子技术课程中实施研究性教学对培养创新型电气人才具有重要意义。笔者从电力电子技术课程课堂教学和实践教学两方面详细论述研究性教学在该课程中的探索与实践。

1 电力电子技术课程的知识体系结构及教学要求

电力电子技术是应用电力电子器件构成的电力电子电路对电能进行变换和控制的技术，是强电和弱电之间的接口。电力电子技术课程是电气工程及其自动化、自动化专业的一门很重要的基础课、必修课。该课程的知识体系主要包含器件、电路、控制3大部分(如图1所示)。

图1 电力电子技术课程知识体系结构图

在电力电子技术课程的知识体系当中，器件部分是基础，器件部分主要讲授不可控器件、半控器件、全控器件、新型电力电子器件的构成、工作原理、特性参数、使用方法以及驱动和保护等内容。教学目的是让学生能熟练掌握各种电力电子器件的使用方法和在使用中应注意的问题。电力电子技术课程的主体部分是“四大”基本变换电路，即整流电路(AC/DC变换电路)、斩波电路(DC/DC变换电路)、交流电力控制电路和交流变频电路(AC/AC变换电路)和逆变电路(DC/AC)变换电路。这部分的教学目的要求学生做到“四会”：会画、会分析、会计算、会选。会画即会画出主电路图；会分析即会分析电路的工作原理，并能结合电路图画出电路的工作波形；会计算即会计算一些重要的电气量，如整流电路输出电压的平均值、逆变电路输出电压的谐波、功率开关器件承受的电压大小等；会选即会选择合适的功率开关器件，主要是功率开关器件的电压定额和电流定额。控制部分是电力电子技术课程的拓展部分，这部分要求学生掌握SPWM控制技术和软开关技术的基本原理及应用，尤其是SPWM逆变器及其控制技术和开关电源中的软开关技术。

2 研究性课堂教学

2.1 教学内容的重新调整

在传统的课堂教学中，教师一般根据电力电子技术的知识体系按照授课计划以讲授的方式进行课堂教学。这种课堂教学方式通过学科知识的讲解和剖析，来构建个体学科知识结构的网络，通过理解、应用达到个体能力的提高，从而形成个体基本的求生的本领，它的优点在于讲授的知识成一定的系统，且逻辑性强。但传统的教学方法存在课堂教授的知识多、讲授方式单一、顺式思维培养多、发散思维培养少等缺点。为了改变传统的承传式教学模式，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识和创新能力，我们将研究性教学方法应用到电力电子技术课堂教学实践中。根据研究性教学的规律，我们调整了教学课时和教学内容，将电力电子器件、分析电力电子电路的一般性方法(分时段线性法)和电路课程中的电路分析方法作为知识教学，将电路和控制部分作为课题研究教学。在教学过程中采用研究主题的教学模式，并采用问题解决式教学方法。

2.2 研究性主题的确定

研究性主题是实施研究性教学的关键之一。因此，在讲授电路和控制部分之前，我们根据教学大纲的要求、电力电子技术的最新发展以及电力电子技术在实际应用当中的一些难题确定了若干个研究主题。比如，在讲授“SPWM跟踪控制”时，我们设置了以下几个主题：SPWM逆变器在现实工业中的应用领域有哪些？目前SPWM波形生成方法有哪几种，如何实现？有源电力滤波器是如何通过SPWM技术实现有源滤波功能的？研究主题确定或将学生分成4～5个讨论小组，要求各个小组在规定的时间内，通过网络、图书馆、期刊等多种手段查阅与研究主题相关的文献资料。最后进行小组讨论和评价。

3 研究性实践教学

研究性实践教学包括研究性实验教学、学生申报各级创新性实验计划项目和学生参与教师科研课题3个方面的内容。其中研究性实验教学在实验室完成，创新性实验计划项目和学生参与教师科研课题在创新基地完成。创新基地是我系为培养和锻炼学生的创新意识和创新能力建立的专门用于学生科技创新的平台。创新性实验计划项目和学生参与教师科研课题是研究性教学的课外延伸，这两项内容要求对学生提出了更高的要求，也是电力电子技术课程实施研究性教学的最高境界。

3.1 研究性实验教学

研究性实验教学根据电力电子技术课程教学大纲要求，按照课程实验课时要求，让学生完成规定的研究性实验项目。研究性实验项目与一般的验证性实验项目有着本质的区别，着重锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，达到培养学生创新能力和实践能力的目的。研究性实验项目学生可以单独完成，也可以和其他同学组成小组共同完成。完成后必须撰写实验研究报告，并答辩。

3.2 学生申报各级创新性实验计划项目

积极鼓励学生申报电力电子技术类科研课题，带着问题去学习、去探索，进一步提高学生的创新意识和创新能力。为了激发学生的创新意识，提高学生的科学研究能力，促进我系大学生研究性学习和科技创新活动的开展，培养具有创新精神和较强实践能力的适应现代社会需要的优秀人才，我系鼓励并资助大学生开展研究性学习和创新性实验计划项目。在组织机构上，我系成立了由系主任、党总支书记亲自挂帅，教学副主任、副书记负责的电气工程系大学生研究性学习和创新性实验计划项目领导小组。从管理制度上，我系制订了《电气工程系大学生研究性学习与创新性实验计划项目管理办法》，从项目的实施与管理、资助条件与项目申报、项目结题与奖励等几个方面对大学生申报项目和项目管理进行了规定。

目前，学生已经成功申报湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目4项，即“有源电力滤波器检测与控制技术研究及实验”“基于80C51单片机与SA828的SPWM波发生器的设计及实验”“TSC型静止无功补偿装置控制器设计”“基于DSP的谐波电流检测方法及实验”；校级学生科研课题2项，即“基于80C51单片机与SA828的逆变电源控制器的设计”“注入式有源滤波器及其稳态补偿特性分析”。这些课题涵盖了电力电子技术课程的逆变器、SPWM控制技术等核心内容。目前学生主持的科研课题已经取得阶段性成果。

3.3 学生参加教师科研课题

积极引导学生参与教师科研课题，是培养学生创新意识和创新能力的较高境界。可以较早地让学生感受真正的科研氛围，可以进一步激发学生的创新思维。目前已有多名学生参加到与电力电子技术课程密切相关的教师科研课题当中，一项是湖南省自然科学基金项目“基于VSI-SPWM结构的综合电能质量调节器关键技术研究”(编号:07JJ6081)，另一项是湖南省教育厅优秀青年项目“基于并联补偿的配电网电能质量控制关键技术研究”(编号：07B068)。这两项课题的研究内容涉及电力电子技术课程中的逆变电路、SPWM控制技术等内容，可以很好地锻炼学生应用所学电力电子知识分析问题和解决问题的能力，同时又可以锻炼学生获取电力电子新知识的能力。我们根据学生的知识能力布置给学生的任务是：查阅电力电子技术在电能质量控制领域应用的相关文献、对采用SPWM控制技术的两电平电压型逆变器进行仿真研究、根据补偿装置的容量和电压等级选择合适的功率开关器件(包括电压定额和电流定额)、设计功率开关器件的驱动电路和缓冲电路。学生通过以上锻炼，实践能力和创新能力得到明显提高，学生参与开发70kvar微机型低压动态静止无功补偿装置和50kvar新型静止无功补偿装置各一套，发表电力电子技术学术论文8篇，获得国家实用新型专利1项，获得软件著作权3项。

4 结束语

从课堂教学和实践教学两个方面着手在电力电子技术课程中实施研究性教学，取得了很好的教学效果。但研究性教学的实施需要具备各方面的条件，如何有效地实施和推广课程研究性教学并保证研究性教学的预期效果是一个值得更深层次思考的问题。

[1]姚利民，史曼莉.大学研究性教学的必要性与可行性[J].湖南师范大学教育科学学报，2008，7(6)：62～65

[2]张宇，刘伟忠.研究性教学的深层次实施路径思考[J].中国高等教育，2009，12：37～39

[3]郑宝周，李富强，吴莉莉，等.模拟电子技术理论课的研究性教学探讨[J].科技信息，2009，11：423，469

[4]彭先桃.大学研究性教学的理念探析[J].教育导刊，2008，3：56～58

[5]张淑华，刘铮，刘长久，等.普通化学国家精品课程研究性教学初探[J].广西教育，2009，5：34～36

[6]李宏祥，姚利民，史曼莉，等.大学研究性教学内涵、特征和过程[J].湖南社会科学，2008，5：172～175

Abstract: To make the target of training talented person into practice the research-based teaching method is used in power electronics technology course. The practice of research-based teaching method used in power electronics technology course which consist of curse teaching and practical teaching is discussed in detail in this paper.The research-based teaching method has been practiced for 3 years, which is adapted to training talented person and bring the excellent effectiveness. The student’s capability of practice and innovation is improved strongly also.

Key words: power electronics technology; research-based teaching; teaching methods; practical capability;innovation capability

The exploration and practice of the research-based teaching for power electronics technology course

Tang Jie, Lin Li, Liu Jiafang, Li Haina
Shaoyang university, Shaoyang, 422000, China

2010-09-07

唐杰，博士，副教授。林立，硕士，副教授。

湖南省教改课题“电力电子技术课程教学内容与教学方法改革的研究与实践”(湘教通[2010]243号)。