《电力电子技术》实验教学改革初探术 李小武 张新安 （湖南科技学院 永州４２５０００） 摘要针对目前《电力电子技术》实验教学中存在的问题，指明了电力电子技术实验教学的改革方向：实验教学平台的改革；开展 研究性教学；同时提供实验开放教学这些行之有效的方法，提高了学生科研的兴趣，激发了学生的创新能力。在《电力电子技术》实 验教学过程中取得了良好的教学成果。 关键词 综合性与设计性实验 研究性教学 计算机仿真 电力电子 中图分类号Ｇ ６４２．０ 文献标识码Ａ 文章编号１ ２０２１ ２－６０３３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ＲｅｆＯｒｍ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｌｉ Ｘｉａｏｗｕ Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎａｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｙｏｎｇｚｈｏｕ ４２５０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｆｏｒｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ： ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｅｘ— ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｐｅｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｉｎｔｅｒｅｓｔ ａｎｄ ｔｏ ａｒｏｕｓｅ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｉｎｎｏｖａｔｅ．Ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｈｔｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 一、引言 些原理电路，例如：单相桥式全控整流电路的验证；三相桥式全 随着科学技术的不断进步，电气工程与自动化技术正以令 控整流电路的验证嘲。即８０％的实验都为验证性实验，即为验证 人瞩目的发展速度，改变着我国工业的整体面貌。电力电子技术 理论书中的某个原理电路图而开设，不能达到激发学生的创新、 是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子 设计的欲望，只为实验而实验，从而学生的学习主动性极低，没 器件（如晶闸管，ＧＴＯ，ＩＧＢＴ等）对电能进行变换和控制的技术。 有达到综合运用知识的目的。导致毕业生“原始创新活动少，模 电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科 仿性创新不多，高水平的创新成果更少”问。 上的新兴学科【ｌｊ，电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据 ２、综合性实验平台缺乏 器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这 《电力电子技术》实验室一般所采用的实验设备比较陈旧， 些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接 目前所使用的元件大部分为半控型器件晶闸管，很少用到全控 触等二次回路及外围电路翻。利用这些电路，根据应用对象的不 型器件 同时缺乏综合性实验平台，这就导致教学工作与工程实 同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与 践脱节，很多走向工作岗位的同学感觉课堂上学得内容不能服 负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信 务于工作。 号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。由此， 基于以上分析，实验教学过程中学生只为实验而实验，没有 《电力电子技术》对于电子信息工程专业的这些以弱电为主要学 充分的调动他们的学习主动性、创新性，不利于他们的就业。因 习对象的学生来说具有一定的难度，该专业的学生学习《电力电 此，为了提高《电力电子技术》实验课程的学习效率，该课程的改 革势在必行。 子技术》实验课程总觉得肃然无味，一堂课程下来迷茫如初。笔 者针对这一问题，进行了多年的《电力电子技术》实验课程教学 三、《电力电子技术》实验教学改革的基本思路 探讨与改革，对其教学方法和内容进行了研究和实验。 结合电力电子技术基础的课堂教学内容以及电力电子技术 课程特点，实验教学内容必须包括电力电子器件工作原理、基 二、《电力电子技术》实验教学存在的问题 本电力电子电路原理、典型电力电子系统应用等，在每个实验 《电力电子技术》即是一门基础课程，也是实验性很强的一 内容选择、设计以及实验指导等环节上必须坚持以培养学生的 门课程，其实验环节占据十分重要的地位，但是目前的实验教学 实践能力和理论与实践相结合的实验教学理念，使学生既动手 存在很多问题： 又动脑，能充分调动学生综合运用所学课程知识，同时丰富工程 １、教学内容模式化。综合性、设计性实验缺乏 实践知识，并且能够达到培养学生的创新能力和综合能力，提高 目前，《电力电子技术》所开实验都为验证理论课程中的一 他们应用理论知识的素质。 基金项目：应用型本科电子技术专业实践教学体系改革的研究与实践湘教通［２Ｏｏ９】３２１号３５０ 。５８’ 办公自动化杂志 １、《电力电子技术》实验教学平台的改革 由于电力电子技术是一门弱电控制强电的技术，对于初次 接触该门实验课程的学生来说操作起来具有很大难度，操作不 当对元器件的影响也是可想而知的，特别是弱电和强电的接口 部分。现在大部分的电力电子实验室设备对于基本的验证性实 验来说还是能够满足需要，但是对于综合性，设计性的实验就有 使他们的知识结构更加系统化，这样有利于学生的工程实践能 力和综合能力的提高。 ３、《电力电子技术》实验实行开放性教学 由于《电力电子技术》传统实验内容确定，方法单一，实验过 程程序化，这在某种程度上学生只能机械的按图索骥，这样的实 验教学模式不利于学生形成良好的学习习惯，也阻碍了学生创 待提高了，所以为了培养学生的实践技能、动手能力和分析问 新思维的形成ＩＳｌ。而开放性教学可以让学生自己拟定实验方案、 题、解决问题的能力，在实验室中不仅可以做基本原理实验，同 制定实验步骤、的通过实验的观察和分析去探索研究。但是 时也能开设综合、设计性实验，在电力电子实验台中可以配置电 由于《电力电子技术》实验课程的特点，电力电子技术实验室开 脑，对于综合性、设计性可以利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件 放存在着很多困难，因为学生基本实验技能有限，如果任何一个 对电力电子技术实验进行仿真，ＭＡＴＬＡＢ是矩阵（Ｍａｔｒｉｘ）和实 验室（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）两个英文单词的前三个字母的组合，它是一 种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、 工程计算和绘图的要求，现已成为大学教学和科研中最常用且 必不可少的工具＿５Ｊ。目前ＭＡＴＬＡＢ已推出了ＭＡＴＬＡＢ ６．５及以 上版本，ＭＡＴＬＡＢ提供的动态仿真工具Ｓｉｍｕｌｉｎｋ可以有效地对 系统进行建模，由于仿真过程是交互式的，可以灵活改变仿真参 数，并且可以立即得到修改参数后的仿真结果阎。在电力电子领 域通常利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立电力电子装置的简化模型并连接成系 统，即可直接进行控制器的设计和仿真，这样可以弥补模拟实验 设备的不足，同时又能在基础实验台中开设综合性、创新性实 验。降低了实验成本，减少实验室的投入，同时又提高了学生 综合运用知识的能力。 ２、《电力电子技术》实验中开展研究性教学 自１９１６年杜威在《民主主义与教育》一书中创立了“问题教 学法”到２０世纪初，教育家克伯屈依据“从做中学”的教育思想 创建了“设计教学法”，研究性教学法是欧美国家综合性实践类 课程的主要教学方法。在我国，为落实（２００３～２００７年教育振 兴行动计划》，实施高等学校教学质量与教学改革工程，教育部 于２００５年在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干 意见》中提出，要“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能 力”嗍，要求高等学校在验证性实验的基础上为提高学生综合运 用所学知识的能力增加综合性与创新性实验，积极推进讨论式 教学、案例教学等教学方法和合作式学习方式，提高学生自主学 习和研究的能力１７］。 研究性教学以来自实践的真实问题为基础，让学生在接近 真实的情境中学习，研究性教学旨在培养学生的学习能力、解决 问题的能力、团队合作能力和创新能力，通过这些能力的培养能 过增强学生对未来工作的适应能力。其核心问题是如何充分发 挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性，变被动学习为 主动学习，但其着力点却是变革教师的教学思想、观念、策略和 方法，使教师由普通意义上的传授者、灌输者转变为促使学生主 动学习的组织者、指导者、帮助者和促进者。因此，可以说研究性 大学开展研究性教学对创新型人才的培养具有重要的意义。在 《电力电子技术》实验中为了突破以验证性实验为主的实验教学 模式，可以将实验划分为由易到难的三个层次：基本实验，课程 设计，创新研究课题。学生在理解和实践基本实验的同时参与课 程设计、创新研究课题，在设计和创新中发现问题，促使学生需 要自学一些内容才能理解和自主设计课题的方案，对于培养学 生自主学习和设计的能力、分析问题和解决问题的能力具 有重要的意义，同时在某一个课题中可能牵涉的内容跨一门课 内容或多门课的相关内容，使学生将所学课程有机的整合起来， 实验作为开放实验放手他们操作，仪器、元件故障发生率会很 多，同时由于学生仪表操作不规范，仪器、元件设备烧损也不可 避免，这使得实验正常开放困难重重，同时对实验经费提出了更 高的要求，这些问题对开放实验是不利的。同时开放实验主要 是为有探索要求的学生而开设，所以实验室为了避免在开放实 验中上述问题的发生，实验可以采取由易到难的模式：首先是每 个学生都必须的传统实验模式，其次是对有兴趣想做设计性探 索性实验的学生提供模拟实验环境，最后是对有极强实践要求 的学生，在通过ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件仿真实验成功之后 提供实验室，在实验台上完成他们仿真成功的设计方案。这样一 套循序渐进三级模式实验，可以满足不同需求的学生的学习需 要，对《电力电子技术》实验室开放也提供了可行性方案，在提高 实验室实验台的利用率的同时也能提高实验室的教学效率。 四、结束语 本文针对目前大学本科阶段《电力电子技术》实验教学的特 点和存在的问题进行了分析，提出了电力电子技术实验教学改 革的方向，即教学平台的改革，开展研究性教学，同时对主动积 极学习的学生提供实验开放教学这些行之有效的方法，这些必 将对《电力电子技术》实验教学改革产生深远的影响，为本专业 学生人才素质的提高带来帮助。 参考文献 ［１］王兆安，黄俊．电力电子技术［Ｍ］．第４版．北京：机械工业 出版社，２０００． ［２】王兆安，刘进军．电力电子技术【Ｍ】．第５版．北京：机械工 业出版社，２００９． ［３】王鲁杨．电力电子技术实验指导书［Ｍ］．北京：中国电力出 版社，２０１１ Ｅ４Ｎ晓蓓，等．企事业单位对自动化专业人才培养意见与建议 的调查报告阴．高等学校理工科教学指导委员会通讯，２００５，（９）． ［５］薛定宇，阳泉．基于Ｍ ＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵ ＬＩＮＫ的系统仿真技 术与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００２． ［６］王沫然．ＭＡＴＬＡＢ与科学计算［Ｍ］．北京：电子工业出版 社，２００１． ［７］王明彦．“电力电子技术”实验环节开展研究性教学的探 索［Ｊ】．北京：中国电力教育，２００９．１３７—１３９ ［８］王松山，胡之德．创造教育概论［Ｍ］．兰州：兰州大学出版 社，１９９２． 作者简介 李小武（１９７９～）男，湖南邵阳人，硕士，讲师，现主要研究方 向：电力电子技术，嵌入式系统。 张新安（１９５７～）男，湖南永川人，本科，副教授，研究方向：数 字信号处理及实践教学改革。 办公自动化杂志‘５９‘
