《电力电子技术》课程教学方法探讨

摘要：从教师自身建设出发，根据《电力电子技术》课程的特点，试着从教学内容、多媒体教学和实践教学等多个方面提出可行性建议，提出了在教学过程中进行教学改革实践和探索的思路和做法。

关键词：《电力电子技术》课程；能力培养；教学实效

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0086-03

一、引言

电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科，在电气专业当中，“电力电子技术”好比一个中枢，地位突出。电力电子技术的主要应用领域：（1）用电领域中的电力电子技术。①为直流、交流电动机供电的可控整流电源是电力电子装置。②高能量密度的电源应用。如不间断电源（UPS）、新型环保绿色电动汽车和混合动力汽车的能源供应。（2）通信领域。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。（3）发电领域中的电力电子技术。①发电机的直流励磁。②水轮发电机的变频励磁。③新能源发电。（4）储能领域中的电力电子技术。①蓄电池与电容器组储能。②抽水储能发电。③超导线圈的磁场储能。本课程的掌握程度直接关系到学生严谨科学思维方式的养成，理论联系实践作风的培养，灵活机智处理工程问题方法的建立。如何为培养应用型本科人才奠定良好的理论基础，改革课程教学结构，改变传统教学手段，重构实践教学体系等成为本课程主讲教师所要面对的课题。

二、调整教学内容使其适合学生的学习

近年来，随着电力电子技术的飞速发展，使得《电力电子技术》这门课程内容不断地增加。因而教学要从讲授内容划分过细及知识点联系实际薄弱向知识整体性和创造性解决能力的方向转变。为此需要做到更新教学内容，进行整体知识整合。

1.掌握相关课程之间的联系。教师应该熟悉掌握本课程与相关课程的联系，例如了解先修课“电路”、“模拟电子技术”和“数字电子技术”三门课程的教学情况和后续课“电力拖动自动控制系统”的安排，处理好它们之间的关系，使整个专业课程体系前后衔接，避免内容的重复和疏漏。例如讲“半导体电力开关器件”一章时，模拟电子技术中已讲过小功率晶体管结构、原理、特性及应用。在本门课程中，对晶体管应重点讲述其与小功率晶体管的不同之处。模拟电子技术中讲述的晶体管其工作特性在线性放大区，而在电力电子技术中，晶体管工作在截止区和饱和区之间，使用的是其开关特性。对于晶闸管相控有源逆变的应用部分，重点讲解在整流、有源逆变两种状态下，直流电机四象限传动系统的特性，也就是直流电机的转矩正比于电枢电流，转速正比于电枢电压，改变电枢电压、电流的方向，就可以使直流电机四象限运行，为后续课程《电力拖动自动控制系统》中的直流调速部分做好铺垫工作。

2.导论是说明编者写作意图、本书内容的主要特点、背景及主要内容的知识体系和概要等，同时还向学习者指明了学习本教材的学习方法，因此，教材的导论部分对学习者的入门学习起到了提纲挈领的重要作用。我们在每学年的第一节导论课时，通常要给学生做一个专题讲座，以图文并茂的形式详细介绍电力电子技术领域最新的发展动态、国内外的发展现状以及在相关领域的应用等，开阔学生的视野，使其对本课程有个大概的了解，引导学生充分认识到本课程在现实生活中及在本专业中的重要性。

3.电力电子器件是电力电子技术的基础，四类基本变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC）是电力电子技术的研究核心。教学内容大致分为三部分：（1）电力电子器件。主要包括电力二极管、晶体三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等器件的基本结构、工作原理、主要参数、应用特性等问题。（2）四种基本的电力电子电路。对于直流斩波电路，主要电路为BUCK、BOOST、CUK斩波电路等。重点讲解BUCK、BOOST斩波电路的原理，输出电压电流波形的画法，改变占空比的方式：脉冲宽度调制PWM，脉冲频率调制PFM。逆变电路是主要依赖于全控型开关器件，重点讲解正弦波脉冲宽度调制SPWM基本原理，单极性、双极性倍频正弦波脉冲宽度调制逆变器的原理及其控制方式。以半控型器件晶闸管为主的整流电路部分，主要包括晶闸管驱动和保护、整流电路及有源逆变电路。交流电路的器件为双向晶闸管，电路为单相交流调压电路、单相调功电路、三相调压电路及触发电路等内容的讲解。

三、注重教师自身建设，提高综合素质

在教学中，教师必须先对所教课程的内容刻苦钻研，做到深刻理解、全面掌握。深刻理解就是要了解课程内容的每一个组成部分，不能含糊不清。

1.在讲授《电力电子技术》这门课程内容的时候，教师不能只讲课程教学大纲或教科书的内容，还要广泛涉猎其他有关的教材和参考书，形成自己的独到见解。因此，任课教师对电力电子技术的现状和发展趋势，理论如何与实际相联系，必须要有所了解。例如在讲授直流斩波电路时，可以引出该电路可以使用在开关电源、太阳能发电系统中；在讲解整流变换时，介绍其在电力机车的启动、调速与制动中的应用，有源逆变电路可应用到变频空调、电梯、计算机不间断电源；逆变变换可联系太阳能发电、风力发电；在讲授交流电路时，说明其在可调光台灯、异步电动机软启动装置中的应用。通过以上讲解就可以使学生了解所学的书本知识在实际生活中的应用，激发学生的学习兴趣。

2.教师要定期地阅读最新的与电力电子技术有关的学术期刊，及时浏览相关的专业技术网站，掌握本学科前沿发展的动向，熟悉本学科和相邻学科的新成果、新进展。

3.教师还要承担一些与电力电子技术相关的科研工作，将科研与教学有机地结合起来，把科研成果转化成教学资源，将科研成果和科研体会引进课堂教学，丰富教学内容，促进专业教学水平的提高。

四、激发学生学习兴趣，增强课堂效果

《电力电子技术》课程的特点之一是理论性强，逻辑思维严密，涉及到电路、模拟、数字电子技术、自控控制原理等许多课程的知识。因此，在讲授课程之前，应首先去了解学生的学习情况，研究学生的状态和需求，在开始的几节课里多与学生接触，了解情况。开课后，教师应争取在最短的时间内熟悉学生们的实际学习情况，作为安排教材、决定教学进度和选择教学方法的依据。

1.充分发挥学生的主体作用。教师要学会调动学生学习的主动性和积极性，才能培养出高质量的人才。教师对内容相似或易于理解的内容予以精简，选择一部分内容留给学生去自学，然后让学生站在老师的角度去给别的同学讲解所理解的内容，让学生画出主电路波形图，通过相互交流，互相促进，提高学生的学习兴趣。

2.平等待人，积极鼓励。在近几年教学过程中，发现学生中有消极待学的现象，这部分学生或沉迷于游戏，或忙于出外打工赚钱，严重地影响了其学业，考试成绩也不理想。对于这部分学生，教师一定要找到症结所在，积极引导、平等对待、不断勉励。要重视学生的个性培养，积极鼓励学生求新、求异、求难、质疑、进取的精神，对于部分考研的学生，他们认为凡是和考研有关的课程就认真对待，无关的就不学，对于这样的学生，我们的做法是将考研数学的傅里叶变换与电力电子技术中的基波和谐波的概念结合起来，既加强了考研知识学习，又解决了电力电子技术中的知识难点掌握问题，使其认识到课程之间都是相关的，只有这样才能使师生之间建立一种平等、和谐、融洽的关系，激发学生在课堂上的思维能力。

五、运用多种教学手段，提高教学效果

《电力电子技术》课程本身特点是概念多、器件多、电路多。在对电路进行分析时，从电力电子器件的导通与关断变化过程出发，以波形分析为主要手段，教授学生学习掌握不同器件所组成的变流电路的工作原理、波形画法、电路中主要物理量的计算。

1.从以上对课程特点的分析可以看出，只采用黑板板书的方法对课程进行讲授的话，教师势必会在概念、电路图、波形图及参数变化对波形图的影响方面的书写花费大量的时间。而若只采用多媒体进行教学的话，在波形和物理计算公式的推导的讲解过程中，讲解速度虽然会加快，但是与学生的互动也会相应减少。这样势必不利于启发学生，培养学生的独立思考能力。教师在讲授的过程中应根据教学内容确定使用哪种方法进行讲解。文字内容比较多的情况，可采用多媒体辅助教学。利用PPT向学生展示学习内容中涉及到的实物照片，这样不仅可以增加教学内容的知识量，而且可以提高学生的学习兴趣。如果讲解的是可控电路的工作原理和输出波形，可采用多媒体（电路图演示）和板书教学（波形图绘制）相结合的方法。

2.实验是培养理论联系实际、学生动手能力的重要手段。对电力电子技术实验，保留原有的晶闸管整流验证性实验，使学生对本课程的应用有初步认识，对直流斩波电路以及正弦波同步移相触发电路实验，则可当成设计型实验，由教师给出电路图及参数，由学生自行设计，选择器件及其驱动电路、保护电路，进而完成实验，培养学生分析问题、解决问题的能力。

3.课程设计作为实践课教学中的重要组成部分，在人才培养中起着举足轻重的作用。因此切实提高课程设计的质量，具有重要意义。《电力电子技术》课程设计教学模式分以下几个方面：（1）课程设计走进实验室。建立开放式综合性实验，将实验时间交给学生，让他们自行安排。而日常生产和生活中，有许多实用的电力电子产品，其电路相对简捷，很接近教材，非常具有代表性，例如手机的充电器、录音机用的变压器，可以把它引入到课程设计中来。通过这样的过程，学生能够更真切地理解电力电子技术的基本内容、基本原理，更加真实地感受电力电子电路的设计、调试过程。（2）课程设计引入计算机辅助设计。传统的电力电子技术实验，基本上是学生利用protel软件画出PCB板图，再利用电力电子开关器件、电阻、电容等元件搭建电路来获得电子线路的感性知识。但在教学实践中，由于电路板连线可靠性差，学生的操作技术不够熟练，产生错误的概率较高。为了解决上述问题，我们引入了计算机仿真软件MATLAB，Simulink作为MATLAB软件下的仿真系统，通过它下面的工具箱可以对电力电子技术进行建模、仿真分析，实现高效率开发系统的目标。

六、结语

本文针对近几年的《电力电子技术》课程理论教学和实践教学理念和改革思想进行了探讨，有针对性地创新教学方法的研究，使课程内容体现学科发展动态、学科前沿内容并提出有待解决的问题，实行开放式教学，对教学内容删繁就简，吐故纳新，实行教学内容对学科与专业发展的跟踪，并且将课程教育与素质教育相结合，将素质教育融入专业教育之中，有效地调动了学生的学习兴趣和学习主动性，提高了教学效果。

参考文献：

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[3]唐杰，刘丽，罗庆跃.“电力电子技术”课程研究性教学初探[J].中国电力教育，2009，12（151）.

[4]王宏华.“电力电子技术”课程教学中创新能力的培养[J].电气电子教学学报，2010，8（32）.

作者简介：王英男（1971-），男，吉林长春人，博士，讲师，研究方向：电力电子与拖动。