《电力电子技术》课程教学改革探讨

2017-12-16李军徽严干贵张天洋王汝田

课程教育研究·新教师教学 2017年17期

李军徽++严干贵++张天洋++王汝田

【摘要】《电力电子技术》是电气类专业的一门重要专业基础课程，为了适应电气工程学科的发展，培养创新型人才，我校秉承“一个核心、三个重点”的教学理念，从理论和实践教学两方面进行课程改革。实践证明，这些改革有助于培养学生科学的思维和方法，进而提高学生的创新能力和工程实践能力。

【关键词】电力电子；教学改革；教学理念；理论教学；实践教学

【基金项目】吉林省教育科学“十二五”规划2013年度课题《新能源形势下电子科学与技术专业人才培养模式研究与实践》（ZC13072）；东北电力大学校教改项目《多功能电力变流实践创新平台建设》。

【中图分类号】TM1-4 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）17-0010-02

我校《电力电子技术》课程创生于1995年，是国内电力高校较早开设该课程的学校之一，课程创始人为国内电力领域知名专家骆济寿教授。电力电子技術是以提高电能质量及其使用效率为目标的一门基础性技术[1-2]。随着现代大功率电力电子器件制造技术的不断进步，电力电子技术在电力系统中得到广泛的应用（例如同步发电机组的可控硅励磁、柔性交流输电-FACTS、高压直流输电HVDC、变频节能、可再生能源发电和大功率储能等），导致电能的产生、传输、存储和利用都发生了革命性的变化，已成为现代电力工业实现“安全、高效、优质、可持续电能供应”的重要支撑技术[3-5]。同时，上述新型发电、输电、用电技术的广泛应用，又导致现代电力系统在工程设计、运行控制、维护管理、研制开发等方面将发生重大变化，从而对电气工程技术人员的能力提出了新的更高的要求[6-8]。因此，《电力电子技术》课程是“电气工程及其自动化专业”的重要必修技术基础课[9-10]。

本课程组从2004年开始进行教学改革，以校级教改项目——《电力电子学课程内容方法及手段的改革》（2004年）为发端，从教学内容选择、教学方法和教学手段建设等方面，持续开展了系列课程建设与改革，其中《电力电子学课程内容方法及手段的改革》研究成果获2008年校级教学成果二等奖，《电力电子技术》课程目前已经被评为吉林省省精品课。

本课程组注重加强自身教学水平和教育能力建设。课程组成员积极参加科学研究，主持承担了多项国家级、省部级科研项目，取得了以国家科技进步二等奖为代表的一批奖项。通过科研实践不断提升了自身的理论水平和研究能力，助推了教学水平和教育能力的提高。课程组教师坚持科研成果引入课堂、引入实验室，追求理论与实践相结合的最大化和最优化。

一、《电力电子技术》课程教学理念

我校自从1995年创立《电力电子技术》课程以来，经过不断地积累，特别是近些年来在教学改革方面的探索与实践，逐步形成了我校特有的教学理念。可将其概括为“一个核心，三个重点”。

“一个核心”指以培养学生科学的思维和方法为核心。只有以此为核心，才能不断提高学生独立分析问题和解决问题的能力，使学生在以后的学习和工作当中能够活学活用、举一反三，正所谓“授人以鱼不如授人以渔”。

“三个重点”一是以常用电力电子器件的开关特性为主线；二是掌握分段线性化思想的电力电子电路分析方法；三是注重对变流电路的性能分析与评价。电力电子器件的开关特性贯穿了《电力电子技术》课程的始终，首先要掌握相关电力电子器件的开关特性，并且根据电力电子器件的通态、断态、开通、关断的伏安特性，采用分段线性化思想，将电力电子电路分析问题转化为基本电路分析问题，与此同时，还要以对变流电路的性能分析与评价为宗旨，进而培养学生科学的思维和方法。

二、理论教学方面的教改措施

1.精选教学内容

我校《电力电子技术》课程在2003年以前，一直是以半控型功率器件——晶闸管及其应用为主要内容，已难以反映电力电子技术的最新发展情况，更无法反映现代大功率电力电子技术在电力系统的应用情况。

课程组教师通过对教学内容的重新审视，精选课程内容，遵循“元器件-电路系统-电路系统控制”的逻辑，增加了全控型电力电子器件、电压型逆变电路和PWM控制技术等内容，确定了以电力电子器件、四种典型变流电路、PWM控制技术等为主要内容，重点突出电力电子器件的开关特性和分段线性化思想的电力电子电路分析方法，帮助学生掌握非线性时变周期性电路分析方法和电力变流原理，并注重对变流电路的性能分析与评价，培养学生的科学思维和方法。

课程体系图如图1所示。采取“经典与现代相统一”的原则，突出相控整流电路和PWM电压源型逆变电路这两部分内容，兼顾了授课内容的基础性和先进性。通过课程基本内容帮助学生建立技术意识和工程意识，培养学生的科学思维和方法。

图1 课程体系

注重科研成果进课堂，先后将风力发电技术、电能质量控制技术等领域的科研成果以专题课形式引入课堂。在10余年的课程建设过程中，该课程组由创生时的一门专业选修课程发展成为重要的专业基础课程，进而衍生出以《FACTS技术》、《风力发电》为代表的反映学科前沿的现代大功率电力电子技术在电力系统中应用的新型发输电课程群。

2.改进教学方法

主要采用讲授法实施研究性教学，以充分发挥教师的主导作用和教师的科研素质，使得每位同学能够在较短时间内获得系统的电力变流知识；通过引入“高压直流输电”、“静止无功补偿器”等新型电力工程技术，采用讨论法，帮助学生建立电力变流技术对改善电网运行性能的作用机理，帮助建立“技术意识与工程意识”；采用演示法，在课堂引入电力电子变流电路的仿真及实物展示，帮助学生形成直观的物理概念。

3.优化教学手段

根据课程内容特点（非线性动态受控周期性电路分析、基础性强），由单纯板书授课方式，转变为板书方式为主，多媒体教学、随堂练习为辅的多样化教学。endprint

板书授课方式的优点是板书内容能够很好地反映教师的授课思路，学生容易跟随教师的授课思路，便于课堂内容的当场消化；其不足是信息量较少、表现手段单一，难以有效地表达现场感和动感强的教学内容，影响了学生对授课内容的准确理解。

为此，本课程组进行了教学手段改革，制作了多媒体课件，个别章节内容还配置了动画，将反映电力电子电路动态特性的多电气量的变化波形以更加形象、直观、准确的方式刻画出来，有效地提高了课堂教学效果；利用诸多大型电力电子设备的现场应用图片，展示了以电力电子技术为核心的学科前沿技术，激发了学生们的学习兴趣，开阔了学生们的专业视野；采用随堂布置思考题的方式，引导学生对学过的内容进行更深层次的思考。

辅助于这些多媒体课件，学生普遍反映这门课不像传言的是一门“难懂、繁琐并枯燥”的课程，而是“非常有意思（教学方法使得电路工作过程直观）、非常形象（多媒体引入大量的现场实例图片）”的课程。

三、实践教学方面的教改措施

面对学生数较多的情况，设计了以验证性实验为主的基本实验内容，以满足学生的共性要求，开发出了适合于课程内容要求的试验项目，开设了2个验证性实验（三相桥式全控整流电路实验、直流斩波电路实验）、2个设计性试验项目（采用自关断器件的单相交流调压电路、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）及其驱动电路特性分析），为提高学生分析问题和解决问题的能力提供了重要的实践平台。

为满足学生的个性化、多样化的要求，还创设了“综合性、设计性、研究性、自主开放型”等自选实验，为激励学生的创新能力和自主学习创造了良好的环境。所选题目均为电力电子技术在电气工程领域应用新技术，如风力发电、高压直流输电、高功率因数整流器等。通过这些实验，使学生了解电力电子技术在电力系统中的应用，掌握学科前沿知识。

四、教学改革成果

《电力电子技术》教程改革，有效地激发了学生对本课程的学习兴趣，并产生了较好的育人效果。学生座谈会及问卷调查对课程组教师教学效果评价均很好，学生测评优良率≥85%。90%以上的教师教学督导组和院部同行评价结果均为良好以上。

自2004年以来，每年都有10余名学生选择电力电子技术类的电子设计，并在全国及吉林省电子设计竞赛中获奖；每年还有50余名同学选择电力电子技术方向的毕业设计，其中，有1篇本科毕业设计成果发表在第一届高校电力电子与电力传动学术年会，有多篇本科生毕业设计成果被评选为校优秀毕业设计，并被学校校报选中作为优秀毕业论文。

参考文献

[1]赵争鸣，施博辰，朱义诚.对电力电子学的再认识——历史、现状及发展[J].电工技术学报，2017，32（12）：5-15.

[2]周威.我国电力电子技术应用系统的发展现状[J].电子技术与软件工程，2017（5）：246-246.

[3]徐赫阳.电力电子技术的发展及应用[J].电子技术与软件工程，2017（6）：223-223.

[4]张恒友.电力电子技术在微电网中的应用探究[J].科技创新与应用，2017（23）.

[5]龙文.电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用[J].电子世界，2017（6）：173-173.6

[6]王斌，王颢雄，胡艳，等.电气工程及其自动化专业强化电力电子技术的教改实践[J].中国电力教育，2007，2007（3）：88-89.

[7]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）：152-152.

[8]贾晓芬，蒋粉红，高威.关于电力电子技术教学方法的探究与改革[J].科技信息，2014（3）：82-82.

[9]李文谨，王恩亮.浅谈以应用型为目标的电力电子技术教学改革[J].科技视界，2014（34）：92-92.

[10]李久胜，王明彦，孙铁成，等.研究型大學中“电力电子技术基础”课程改革[J].电气电子教学学报，2010，32（s1）：79-82.

作者简介：李军徽（1976-），男，陕西宝鸡人，东北电力大学电气工程学院教师、副教授，工学博士，主要从事新能源并网关键技术研究及电力电子技术教学工作。