教育信息化趋势下“电力电子技术”教学探索

付丽君， 孙金根， 吴东升， 付 文

(沈阳理工大学 自动化与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110159)

教育信息化趋势下“电力电子技术”教学探索

付丽君， 孙金根， 吴东升， 付 文

(沈阳理工大学 自动化与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110159)

“电力电子技术”课程是理论性和实践性很强的一门课程，是培养自动化及相关电类学生核心素养的非常好的课程，可以从教学内容、教学方法和教学模式上进行改革，将信息化技术融合到教学中，发挥信息化技术的优势，解决课题教学任务繁重、死板等问题，可以开阔学生视野，将学生培养成二十一世纪卓越的工程师。

核心素养；整合与优化；虚拟实验

0 引言

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。“电力电子技术”课程具有内容多、难度大，实用性强的特点，是培养和提高学生素质的一门重要课程，为此，我们根据电力电子技术和教育信息化技术的发展情况，对该课程的教学内容、教学方法及教学模式等方面的改革进行了探索。

1 整合和优化教学内容

采用电力电子器件实现的电力电子装置为各类负载提供了不同的直流电源、交流电源，特别是开关电源、不间断电源和变频交流电源，在现代工业生产和日常生活中得到了广泛应用。针对电力电子器件及变换技术的发展，以及大学工科教育培养卓越工程师的目标，我们对“电力电子技术”课程的内容进行了整合和优化，将电力电子技术的实际应用例子穿插到变换技术理论教学中，使学生从枯燥的理论学习中了解其应用前景，提高学习的乐趣和动力[1]。

我们将课程教学内容分成6个模块，电力电子器件作为学习电力电子技术的基础，安排为1个基础模块，电力电子器件驱动与保护作为器件使用的共性问题归纳在1个模块中 ，电力电子的变换技术涉及到AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC变换，安排了4个模块用于学习变换技术及其应用，并根据工业生产的应用情况对相应模块的教学内容和课时做出适度调整，6个模块的构成如图1所示[2]。

图1 “电力电子技术”课程模块构成

目前半控型器件晶闸管组成的应用电路逐步减少，以功率器件IGBT、MOSFET作为标志的全控型器件成为现代电力电子装置中功率器件，构成了各种变换电路。因此在教学内容上，进行了相应的调整和优化，大幅压缩甚至删减了半控型器件构成的变换技术，加大了IGBT、MOSFET开关特性的学习，增加了全控型电力电子器件变换新理论和新技术教学比重。又如在AC/DC模块中，大幅度削减晶闸管整流电路的内容。而随着逆变技术在变频器和新能源技术中的广泛应用，增加了DC/AC模块的学时，安排更多的逆变技术内容。

2 改进教学方法

2.1 摒弃单一讲授

“电力电子技术”课程教学内容理论性很强，公式推导复杂。多年来的教学方法都是以教师为中心，逐章逐节地讲授，学生处于被动的接受，遏制了学生的批判性思维，同时也不利于培养学生解决问题能力和沟通交流能力的培养。为此我们在“教”与“学”的关系上，重新进行了定位，除了注重“教”，更强调重视“学”。我们采用导论的方法进行了教学尝试，即将每次课堂上需要掌握的问题提前通知学生，如在PWM控制技术教学中，提前告诉学生需要掌握的问题：① 什么是PWM控制技术，怎么理解波形的幅值和形状；②PWM 控制技基本原理是什么；③什么是PWM调制方法，载波比和调制度的概念，异步调制和同步调制是什么，规则采样法采样点在哪点上。这样学生根据这些问题先自学，然后课堂上针对问题师生一起深入讨论和解答疑惑，既发挥了学生的学习潜力，培养学生自主学习、自主管理的能力。也将科学的学习方法传授给学生，将批判性思维和创新能力的培养落实到教学中，使教师教得生动，学生学得主动。

2.2 应用与教学融合

我们将电力电子技术的实际应用实例引入到课堂的教学中，例如：在AC/DC模块学习中，引入了飞锯机直流调速系统；在DC/DC模块学习中，引入光伏电池最大功率点跟踪控制；在DC/AC学习中，引入风力发电系统和UPS电源；在AC/AC模块学习中，引入西门子MM4系列变频器构成和在恒压供水变频调速系统中的应用。这样将四种变换原理与实际应用紧密的结合起来，使学生真正体验到所学知识的力量，从而激发学生学习的主动性。

2.3 充分利用信息化教学平台

在国家教育发展战略中指出，2020年基本实现教育现代化，用信息化带动教育现代化。我校“电力电子技术”作为辽宁省第3批共享精品课，教学内容和授课视频已全部上网。我们将信息技术与教育进行融合，将一些原来课堂讲授的内容布置给学生让学生到网上进行学习，而将难点和重点内容在课堂上进行重点讲授，充分利用信息化教学平台提高课堂教学的效率，用信息化带动了教育现代化。

3 改革教学模式

3.1 将虚拟实验引入课堂教学

“电力电子技术”课程在教学过程中常需借助大量的波形来分析功率变换各种能量转换过程。我们利用Matlab/Simulink仿真工具，将虚拟实验引进课堂教学，辅助“电力电子技术”课程的教学[3]。使学生直观地看到不同结构变换电路的需要观测点的波形，解决课程内容抽象、变换复杂的知识难点问题，为教学创造了新的教学与实践模式。利用每个仿真模型提供的参数设置功能，可直观地观察到参数变化对电路相的影响。还可以模拟电力电子器件开路、短路或脉冲丢失等故障发生时，对各种变换电路的静态和动态影响，以此培养学生的探索精神和创新能力。

3.2 Matlab/Simulink在教学中的实例

通用变频器最常用的控制算法是SPWM控制技术。图2是 三相电压型SPWM逆变器的仿真模型。

图2 三相电压型SPWM逆变器的仿真模型

仿真模型里采用了逆变桥、PWM脉冲发生器、串联RLC、直流电源和一些观测模块，为了观测输出电压的基波成分，采用了傅里叶函数模块、时钟模块和函数。设调制波频率为50 Hz，载波频率为1650 Hz。图3仿真结果直观地呈现了逆变器输出的三相相电压和线电压电压波形。

4 结语

现代电力电子器件的大规模应用要求教学内容应该与技术和应用相适应，为此教学内容必须进行整合与优化。利用教育信息化技术可以解决课时少与教学内容多的矛盾，同时也可培养学生自学能力、解决问题能力、批判性思维、沟通交流能力和创造创

图3 三相电压型SPWM逆变器的输出电压波形

新能力。信息化技术的发展，为教学模式的改变带来了新的途径，虚拟实验引入课堂教学，可以解决教学内容抽象的问题，扩展学生的视野，也培养了学生探索精神。

[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] 鲁明丽，刘燕. 基于卓越计划的“电力电子技术”课程教学改革探索[J]. 北京：中国电力教育，2014(2)：103-104,108.

[3] 李宋. Simulink在电力电子技术教学中的应用[J]. 温州：温州大学学报·自然科学版，2008(8)：46-49.

Exploration on the Teaching of Power Electronics Technology Course under the Trend of Educational Information

FU Li-jun, SUN Jin-gen, WU Dong-sheng, FU Wen

(SchoolofAutomationandElectricalEngineering,ShenyangLigongUniversity,Shenyang110159,China)

Power Electronics Technology course is a course that's very strong both theoretically and practically. It is a very good course in developing the core ability of students in automation and related electrical majors. It can be revolutionized in course content, teaching methods and teaching modes. It can merge information technology into teaching to exploit the advantages of information technology and resolve the problems of the heavy workload and inflexibility of teaching tasks. It can broaden the horizons of students to develop them to outstanding engineers of the 21st century.

core ability； integration and optimization； virtual experiment

2016-05-12;

2016-07- 18

付丽君(1962-)，女，硕士，副教授，主要从事电力电子技术、电机学和变频控制技术教学与研究工作，E-mail:renhuixuan313@126.com

G 642.0

A

1008-0686(2017)02-0054-03