基于启发式案例教学的电力电子技术课程实践

摘 要：电力电子技术是许多电类专业的核心课程，对学生来讲比较抽象难于理解，在课堂引入启发式教学方法，能够培养他们的创新思维能力；该课程又具有应用面广的特点，教学过程中适当启发式地对学生引用一些案例，以理论联系实际来激发学生的学习兴趣，达到融会贯通的效果。

关键词：电力电子技术;启发式教学;案例教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）07-0105-02

一、引言

电力电子技术是电类专业的一门重要的专业基础课,其主要任务是使学生掌握各类电力电子器件、变流装置及其控制过程［1］。该门课程在专业课体系中具有承前启后的特点，理论性和实践性都比较强，学生感到难以理解和消化。

传统的教学方法过于注重知识的完整性和推导的严谨性，而忽略了初学者的思维过程和接受能力，这样的教学方法在信息时代的今天，对于兴趣广泛的青年学生来说，越来越厌倦被动地接受对他们显得枯燥的知识。

关于创新型的教学方法的课程实践，目前已经在国内外大量开展，有启发式教学，案例教学，逆向式教学等。迄今在电力电子技术课程方面，报导得不是很多。我们根据我校应用型大学生的特点，在课程介绍概念、公式中运用启发式手段，引导学生思考并最终消化之；通过某些应用性案例，让学生巩固所学知识，并培养他们的工程概念。

二、启发式教学

启发式教学是以学生为主体，教师为主导，通过提问、置疑、问题演示及师生互动等方式，引导学生变单纯被动地吸收知识为多角度地主动探索问题，从而得到知识［2］。启发式教学的问题的引出原则是由简到繁，由浅入深；设置疑点的地方都是难于理解或容易误解的；而演示的范例则一般将抽象的教材直观化，经教师引导后，学生用科学的观点来评价本质；师生互动的环节是在紧张的教学过程中，调节节奏，活泛课堂气氛，对问题进行探讨。

例如，在单相半波可控整流电路这一节，教师首先设置问题：首先指出整流电路的功能是把交流电变成直流电，那么如何把交流电变成直流电？可以启发学生从两种电的性质来考虑：交流电的大小和方向均随时间改变，而直流电方向不随时间改变；然后要求学生自己画出交流电和直流电的波形，细细品味。

然后，教师告诉学生，现在的问题是：屏蔽掉交流电中负半周的波形，就可以使电流方向相同，那么电流经过哪种器件可以保留正半周波形，去掉负半周波形？学生的回答有二极管、晶闸管。这时老师就应该引导学生对这两种器件的可行性进行分析比较：二极管可以去掉负半周的波形，但对保留的正半周的波形的大小却无法调整，而用晶闸管既可以去掉负半周的波形，又可以通过改变触发角的大小改变输出的直流平均电压值，使其大小满足实际需求。因此要选用晶闸管。

再如，在学习单相半波可控整流电路带感性负载的一节，以3个问题的方式逐步引出这节课的概念。

问题1：晶闸管在电源电压过零变负时会截止吗？很多同学想当然地认为会截止。这时可以提示学生在电源电压过零变负时，在电感的两端会产生一个上负下正的感应电动势，然后让学生再去思考这个电动势对电路会起什么作用，这时候就对学生以前学过的《电路原理》课程是个巩固和提高，部分学生能回答出零输入响应的性质。最后老师给出答案：这个感应电动势对于晶闸管来说是一个正向电压，可以使晶闸管继续导通，直至电感储能释放完毕。

问题2：电感的存在对输出电压有什么影响？结合问题1，加上对波形的分析，学生很容易看出，由于电感的存在，电压出现了负半周的波形，导致整个输出平均电压值降低，电感足够大时，正半周的波形可能和负半周接近，导致输出平均电压值几乎为零。

问题3：既然电感的存在会削弱输出电压值，那么如何解决这个问题？在引发学生深入思考的情况下，教师告诉学生：续流二极管能给电感能量的释放提供另一条通道，不再对输出有干扰。

这样通过问题启发式，层层递进，一环扣一环，充分调动了学生的主动性，使他们的思路更加清晰。经过启发式教学方法，学生对原理、器件的选择、可行性分析都有了初步的认识，在一定程度上锻炼了学生的逻辑思维，独立分析问题和解决问题的能力。

三、启发式案例教学

案例教学法是一种对案例提供的实施进行讨论和分析，从而使学生掌握一定的知识和技能的教学方法［3］。在工科教学中，在学习了一定的理论知识的基础上，适当地引入一定的工程应用，可以使学生在课堂上就接触到实际问题，更加明确学习的意义；同时这种教学方法本身具有一定的启发性，注重培养学生独立思考能力。

“电力电子技术”是一门实践性很强的课程，基于这一特点，理论教学应和具体的实践实例相结合，以器件、电路、应用为主线贯穿教学始终。例如，在讲授交流调压电路一节中，引入日常生活中常用的可调光台灯作为讲课实例。该实例是双向晶闸管单相交流调压电路的应用，授课时同样可以按步骤启发。

问题1：电路中的充电的时间数值是由什么元件决定的，待学生思考以前学过的电路知识后，可以总结是由阻容的乘积决定的。然后教师指出电路中还存在的可变电阻和触发二极管，说明调整时间的值是通过调整电阻的大小来实现的。并说明触发二极管的触发电平时间决定了双向晶闸管的移相角的大小。

问题2：移相角的大小和输出的交流电压和电流的关系。由于学生刚刚学完单相交流调压电路，很容易答出正确答案。教师可以总结以下的逻辑关系:触发二极管的时间值越小，也就是可变电阻值越小，移相角越小，单相交流调压的电压和电流越大，台灯越亮。

问题3：这个电路如果就这些元件就可以实现了台灯的亮度控制了吗？学生反应比较惘然。这时教师可以引导学生，如果电阻值比较大，移相角过大，电源电压过峰值降得很低，电容上充电电压太小，无法对二极管作用，这样就不能触发双向晶闸管，也就不能调光。

学生们比较想知道解决方案，这时教师给出旁边增设的阻容电路，指出这就是后备的充电电源。辅助电容能保证电容的电压大到触发电平，至此问题得以解决。

在这个案例中，通过日常生活中的实例，指出其中所用到的电力电子技术中的知识，并分析原理，加深学生的理解并引发学生的思考，既提高了学生的学习兴趣，又开拓了学习视野。

四、结论

启发式教学遵循教学规律，采取引导的方式促使学生思考，整个引导过程跌宕起伏，富有层次感。学生在课堂上的参与意识增强，变被动学习为主动学习；而案例教学法则是对所学知识活学活用，培养学生分析问题和解决问题的能力；由于电力电子技术课程对于初学者的难度，需要开发各种教学模式以帮助学生思考、理解和记忆其概念、波形分析和计算等。需要注意的是：由于种种原因，启发式教学和案例教学在整个教学过程中，现在并没有成为主要的教学手段，但是它们所占的比重正在逐渐加大。

参考文献：

［1］王兆安，黄俊.电力电子技术(第四版)［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［2］张玲娜.谈《电工学》的启发式教学［J］.综合管理，2007，（7）：117-118.