2021-4-9 | 电子技术论文
本文作者：茅靖峰 顾菊平 王亚芳 单位：南通大学电气工程学院
传统教学存在的问题分析
电力电子技术作为工程技术需要有一定量的实验和实践环节才能保障学习效果。但在传统的“电力电子技术”课程实验项目中，基础性和简单验证性实验较多，不能很好地与当前的工程实际应用相联系，致使许多新技术、新方法无法通过实验来直观的体验。而且电力电子实验设备的常用形式为基于挂件结构的实验台和实验箱，基本上与实验内容相关的重要元器件、电路和系统都被封闭于内。实验过程中，学生们无法看到功率元器件、配件及电子仪表的外观和关键连线。学生依照原理图机械地连接主电路、记录实验数据和波形，即使不了解电路的工作原理，也能较顺利地完成实验。因此，无法发挥学生的主观能动性，没有探索学习的动力，锻炼创新思维和动手能力的教学内容和平台也不足。
课程教学改革措施
作为地方综合性高校，南通大学的电气工程及其自动化专业的定位是培养应用型工程技术人才，为区域经济发展提供智力支撑和人才支持。因此，本课程作为电气工程及其自动化专业的主干专业课程之一，其教学目标的确立需结合本区域的产业分布与发展特点，同时又紧紧围绕本专业的学科方向。形成了以帮助学生从装置和系统角度理解和掌握电力电子技术，培养理论与实践能力兼具的创新型电力电子应用技术人才为目的，以新能源、运动控制、电源技术、柔性交流输配电等应用领域为背景，以讲授电力电子技术在实际工程应用中所需要处理的相关问题为主要内容的课程教学思路和培养目标。
根据培养目标，在学院学科特色和现有教学资源的基础上，对课程体系和内容进行了合理调整。舍弃了传统的以大篇幅晶闸管半控器件分析为主线的教学内容体系，建立了“以基于全控器件的实际应用为主线，以电力电子主拓扑电路结合系统级的自动控制原理及其实现电路分析为主要技术内容，培养学生从整体的角度认识和设计电力电子电路的能力”的课程教学体系。整合后的教学内容由三部分组成：功率器件、典型电路、应用及其系统。功率器件是基础，重点讲授开关全控器件及其驱动电路；典型电路是主体，重点讲授基于全控器件的直直、逆变和整流三种变换电路及其控制机理；应用及其系统是提升，重点讲授电力电子在新能源发电、运动控制、电源和柔性交流输配电技术中的应用原理及其典型系统设计案例。三者层次明晰，但学时又有所侧重。即前两部分作为前续“电力电子技术”课程内容的回顾与拓展，讲授学时占总理论学时的近一半，第三部分作为工程应用与系统提升的重要部分，需着重讲授，以逐次勾勒出一个电力电子技术及其工程应用的整体全貌。在教学内容的组织与讲授中，凝炼理论教学的内容，在原理的讲授中注意培养学生面向工程的意识和思维，并及时动态地将教学团队获得的最新科研成果以及科研项目的最新进展融合到相关的课程内容中去，让学生接受到来自科研和工程研发第一线的新知识、新技术。另外，针对基于电力电子技术应用的电气工程及其自动化专业发展的趋势和前沿内容，以及课程中被压缩掉或被取消的专业知识，设置为系列课外专题讲座，聘请对专题内容有深入研究和独特造诣的教师及企业的科技人员讲授，以开拓学生的知识面、培养学生理论联系实际的思维及能力。
课内实验是在课堂教学的基础上，巩固理论知识，培养动手能力和初步设计技能，增强解决问题和分析问题的能力的必要教学一环。为了突出课程的工程实用性，采取了优选验证性实验，增加了设计型和综合型实验项目的课内实验设置方法。注重电路的工作机理分析与工程实际问题是验证性实验项目的选择标准。优选的该类实验项目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的谐波与抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆变策略的实现电路及特性等。注重工程实用性是设计型和综合型实验项目的选择标准。我们要求学生们对该类型的实验项目遵循“理论设计计算—>计算机仿真验证—>硬件实验电路测试—>波形数据分析总结”的顺序开展路线，以强化学生对知识点的掌握和实验内容的理解，并促进学生形成理论联系实际的科学实验作风。增设的实验项目包括：各型升/降压直直变换器设计、有源功率因数校正器设计、谐振软开关设计、三相高频PWM整流器设计，以及他们的复合系统设计等。课内实验项目设置为必修和开放式的选修两类，以弥补实验授课学时不足的矛盾，同时采取“案例讲解法”、“实物演示法”等不同的教学方法，在实验课上认真讲解实验内容、步骤和注意事项，以激发学生兴趣，调动其积极性。此外，应改革课内实验成绩的评定方式，突出对实验过程的考核，鼓励探索性的设计型实验。具体措施包括增加课内实验在课程总成绩中的权重，增加实验预习报告、实验操作测评、实验过程问辩三方面的成绩考核项等，通过确立科学合理的考核方法，调动学生自主学习的积极性，形成务实的学习风气。
课程设计是对学生工程设计和应用能力、创新意识和创新精神培养的重要环节，其课时安排在全部理论课程讲授完毕后进行。该实践环节依托于以现代电力电子技术与运动控制实验室为主体，以工程训练中心、控制电机、虚拟仪器、风力发电动模实验室等其他专业实验室为辅助的课程设计开放式创新训练实验平台。[3，4]课程设计内容以学生熟悉并感兴趣的热点工程为背景，从南通大学电气工程学院专业与学科特色以及科研项目中，提炼出其中典型的技术问题，设计出合理的课程设计项目。可选的背景包括：风力发电、光伏发电、精密电机伺服驱动、电力无功与谐波控制、磁悬浮控制、特种电源等。其中的典型技术问题包括：整流、正弦逆变、直直变换、Delta逆变、闭环自动控制、检测技术等。针对少部分优秀学生采用“导师制”的课程设计教学方法，通过细致的指导，紧密的设计过程跟踪，来进一步提高课程设计质量，并促进这部分学生研究性论文、专利、小制作等方面成果的形成。针对大部分学生采用“项目驱动教学法”的课程设计教学方法。学生以小组为单位，在选题库中自由选题，利用书刊、网络查找相关资料，自主形成完成项目的各种设计思路，以培养学生独立思考问题、解决问题的能力。通过课程设计的锻炼，使学生将书本上的理论知识和实践经验真正融入了自己的知识链，提高了其综合能力以及自主创新和团队协作能力。