新能源光伏发电SPWM逆变器及安装调试的信息化教学模式探索

徐锋益

关键词：光伏发电  SPWM逆变器  信息化教学  一体化

新能源光伏发电SPWM逆变器及安装调试的授课学生是高二电气创新班的学生，已经学习过太阳能电板的工作原理，有一定安装调试和接线能力。他们喜欢形象的理解知识，喜欢动手操作、展示自我，喜欢团队合作;已经养成了利用导学案学习的良好习惯。针对他们对知识的兴趣点，笔者通过练习实际工作场景，引导学生通过互联网搜寻问题来源，利用多种信息化教学手段来开展教学。

一、教学实施安排

在实训室中安排一体化教学，提前进行分组。在前一周发放光伏发电SPWM逆变器及安装调试导学案，学生充分利用雨课堂网络课程平台的学习资源进行自主学习;并通过在雨课堂在线课程平台和任课教师进行互动，进行探讨、提出自己的疑问，由任课教师通过雨课堂在线平台回答学生提出的疑问。通过这样的一个课前预习环节，学生会主动去寻找答案，并对课程内容有所掌握，也能够结合自己的观点有针对性地提出一些想法，这样会为接下来的课中学习打好基础。教师在此过程中可以在线平台上做以下几点：第一，把学生提出最多的一类问题进行分析讲解。第二，对课中所要进行的任务列出鱼骨图。第三，展示课前小组预习的情况反馈。

本节内容涉及DC-DC电路、DC-AC电路、SPWM正弦脉宽调制技术、安装调试等知识，内容较为综合。重点为SPWM逆变器工作原理、逆变器及负载的安装、万用表和示波器测试、波形分析，难点为SPWM逆变器工作原理。

为了使学生能形象地学习课程知识，在教学方法上教师采用项目教学法为主，结合头脑风暴法、仿真演示、小步子教学等多种教学方法和手段，而学生利用小组合作探究、总结归纳的学习方法，做中学。

如何高效地完成教学目标，需要教师应用教学策略。本次课以信息化的教学方法，基于学生的学习基础，以完成5个项目为主线，以学生的能力训练为根本，结合我们的理实一体的项目教学模式，构建主动学、学能学会、喜欢学的信息化课堂学习环境，真正还课堂给学生，实现做中教、做中学，充分调动学生的学习积极性，提高教学有效性。基于对人才培养的要求，改变传统教材的教学模式，利用网站、仿真软件、微信等信息化手段解决本课五大问题。

第一，用情景剧导入什么是逆变的问题。第二，利用头脑风暴法归纳逆变器的种类和特点有哪些？第三，微视频解决实现逆变需要哪些条件。第四，利用精品课网站、仿真软件、Flash动画解决本课的重难点逆变器的工作原理。第五，小步子教学、微视频解决如何实现逆变系统的安装与调试。

完整的教学过程包含三个方面。课前准备，课前按以强带弱进行分组，发放导学案，学生根据导学案要求完成查阅常见的逆变器的种类等相关导学任务。课堂教学，即分解任务，实施操作的过程。课后拓展，利用网站交流平台，完成作业的上传和课后师生微信群及时交流所思所想。

本节课，共用时两课时，由五大问题，8个环节来完成。多个环节中采用了学生展示自我的设计方式，用多元化的信息手段，形象地解决了本课的重难点。

二、教学实施过程

课堂第一阶段，引导学生打开网站，展示学生课前上传的逆变器图片。教师播放校园情景剧《太阳能路灯的探索》视频，大致的情景是：两个学生对太阳能路灯很好奇，就来到光伏实训室动手实验，第一次，灯泡直接连太阳能板，灯泡不亮;第二次，灯泡直接连蓄电池，灯泡也不亮，当把一个神秘盒子连在蓄电池和灯泡中间后，灯泡发光了，学生很兴奋。教师顺势抛出三个问题：太阳能路灯与逆变器有什么关系？什么是逆变？逆变器是如何工作的？通过思考，利用头脑风暴，小组汇报逆变器在各行业的应用，有电脑、家庭影院、电动砂轮、电动工具、DVD机、电视机、洗衣机、电风扇、照明电路等，学生们通过感受，思考并回答还可以应用于哪些场合，让学生结合创新的思路在课外思考。

为了对逆变器应用的前沿技术有直观形象的感受，教师给学生观看了逆变器在新能源汽车特斯拉电动车中应用的前沿科技的宣传视频。提问，电动汽车的感应电动机的动力从哪儿来呢？来自电池组。但感应电动机需要的是交流电，所以，需要逆变器把电池组输出直流电，变成感应电动机所需要的交流电。交流电的频率的是由逆变器同时控制，从而去控制感应电动机的转速。

课堂第二阶段，要求各组开展讨论，对常见逆变器种类有哪些？各自有何特点？结合课前预习的内容用头脑风暴法的方式，请学生代表陈述本组观点，调动了学生的热情，从而解决了本课的第2个问题。

引导学生查询百度百科：逆变器的概念和工作原理能把直流电能（电池、蓄电瓶等）转变成交流电的设备，称之为逆变器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

逆变器的种类可以分为正弦波逆变器和方波逆变器两大类，这是按照不同的波形性质来分的。

人们日常生活中使用的电网就是正弦交流电，正弦波逆变器输出的交流电和电网里的是一样的，有可能会比正弦波交流电更好，因为它不存在电网中的电磁污染。

方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40%～60%，不能带感性负载。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入負载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。

其他种类的逆变器有：煤电，太阳能，风能，核能逆变器等四类是按照发电来源来区分。还有并网，独立控制逆变器这两类根据用途的不同来区分。

这些逆变器的特点是直交流转换效率高、可以快速动作;安全保护做得很好，能够具备短路保护、过载保护、超温保护功能;外壳全部采用铝材料，散热性能好;带负载时的适应性与稳定性强。

功率方面，逆变器输出功率与输入功率之比是逆变器的使用效率。但是在工作中的逆变器自身也会消耗一部分能量，所以，逆变器的输出功率会小于输入功率。

课堂第三阶段，为使学生了解本节课的实训任务，用微视频的形式，展示完成后的逆变器安装与调试项目的演示视频。学生仔细观看视频后，对任务有了初步了解后，已经跃跃欲试，很想动手自己来完成。教师此时提出问题：完成视频中逆变系统负载的运行需要哪些条件？引导学生思考完成任务的条件包括太阳能板、蓄电池、逆变系统、负载等几个部分，教师给学生展示各个模块的实物，形成初步的印象，并进入特定的情境，为深入学习作铺垫，明白接下来要做什么。如果有企业让你完成光伏逆变器的安装，你该如何设计和安装？欣赏企业安装逆变器工作视频，加深理解太阳能光伏逆变器。

课堂第四阶段，为了解惑学生提出的疑问，用网站学习的方法全过程地学习实现DC-DC升压，DC-AC全桥逆变升压等相关知识。教师引导学生利用网站学习，初步了解各部件的功能与原理。利用MATLAB软件模拟仿真全桥逆变器，MATLAB软件在仿真过程中可灵活地改变仿真参数，直观地看到仿真结果随参数的变化情况，成功实现直流逆变成交流，突出了重点。

为了帮助学生形象系统地理解SPWM逆变器工作原理，用Flash动画形象生动的演示SPWM全桥逆变器原理和工作过程。这样就把整个系统串联在一起，以学生乐于接受的方式加深对知识的印象，突破本课的难点内容：SPWM逆变器工作原理。系统性解决了本课第3个问题，逆变器是如何工作的。

课堂第五阶段，学生明白了SPWM全桥逆变器系统的工作原理之后，进入安装和调试SPWM全桥逆变器系统的操作过程。利用小步子教学方法，即用微课视频演示操作步骤，学生根据演示视频进行操作，播放一步操作一步，降低了实训难度，提高了实训安全性，大大增加了安装成功率，提升了学生实践操作的自信心。

为了验证安装的正确性，用万用表作通电前的检测，再利用平台仿真演示结果，既提升了安全性，又使结果一目了然，方便学生找出安装中出现的问题，突出了重点。结合利用光伏测量仪器对电路的关键点进行测量，并观察波形，把数据写入学生工作页的表格中。小组讨论，分析判定该数据是否准确，光伏逆变器工作是否正常，教师适时点拨应到，使调试任务能够完成，提升学生成就感。

三、小结

在总结归纳，拓展延伸环节，引导学生开展自评和互评。评价的过程，也是巩固知识过程。然后把各组拍摄的照片视频打包上传到精品课网站上。课后各小组长把视频内容发到班级微信群，教师与学生通过微信群进一步互动答疑，提高教学质量。

四、反思

本课的亮点在于动画，仿真软件，仿真平台、网站和小组学习的融合。使教学效率更高，学生更感兴趣。用网站、微课、仿真平台、实践操作使学生的视觉、听觉、触觉结合在一起，方便学生形象理解太阳能光伏逆变器的原理和安装调试的步骤。较之传统的教学方法，更高效、更形象，教学空间更广，各组学生均能顺利完成项目任务，达到了教学目标。

参考文献：

[1]戴士弘，毕蓉选.高职教改课程教学设计案例集[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]王长忠.工学结合人才培养模式的思考与实践[J].中国电力教育，2011（30）.

[3]刘斌.信息化教学有效性的理論思考——对信息化教学本质的再认识[J].现代教育技术，2013（3）.

[4]倪晟，金炳尧，王璟瑶.实验教学信息化体系建设的探索与实践[J].实验室研究与探索，2013（6）.

（作者单位：慈溪技师学院）