基于“兴趣主导、项目驱动”的电力电子技术教学改革与实践研究

来源:用户上传      作者:邱忠超 蔡建羡 李立新 于瑞红 张瑞蕾

　　[摘 要] 传统的电力电子技术课程教学存在不能调动学生积极性、学生创造性得不到发挥甚至学生的实践能力得不到应有的提高等不足。针对目前教学中存在的问题，该文提出并论证了通过工学结合、兴趣主导、项目驱动、情景设计的具体实施过程，以实现基于项目驱动法的电力电子技术教学的新模式。该教学模式将理论教学与工程项目设计融为一体，具有一定的科学性、先进性和实用性，是一种提升学生综合素质和创新能力行之有效的方法。
　　[关键词] 电力电子技术;项目驱动;教学改革
　　[基金项目] 2018年度防灾科技学院教育研究与教学改革项目（JY2019B02）;2019年度防灾科技学院“课程思政”教学改革项目（2019KCSZ24）
　　[作者简介] 邱忠超（1987—），男，山东济宁人，工学博士，防灾科技学院电子科学与控制工程学院讲师，主要从事灾害监测技术与仪器、电磁无损检测技术研究。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）17-0178-02    [收稿日期] 2019-10-10
　　 一、引言
　　电力电子技术是电气工程及其自动化专业一门重要的专业核心课，也是理论性、工程性和实用性非常强的课程，该技术被称为人类社会的第二次电子革命[1]。随着经济水平的不断提高，电能的应用已经普及到生产、生活的方方面面，其主要应用领域包括新能源汽车、太阳能（风能）发电、铁路机车牵引器、航空电源、发电厂电气变流等。因此，无论对传统工业的改造，还是对高新技术产业的发展，电力电子技术都起着至关重要的作用[2]。
　　上世纪90年代以来，电力电子技术得到了迅速发展，新的电力电子器件和控制方式不断出现。然而，传统的教学过程只注重了专业理论知识的传授，忽视了学生能力的培养，导致学生对课程并没有太多兴趣。因此，如何激发学习兴趣、调动学生的积极性、培养学生综合分析和解决实际问题的能力，显得尤为重要。
　　一、电力电子技术课程特点及教学现状
　　（一）电力电子技术课程特点
　　IEEE（国际电气和电子工程师协会）将电力电子技术表述为：一门有效地使用电力半导体器件，应用电路设计理论以及分析开发工具，实现对电能高效变换和控制的技术。电力电子技术主要内容包括：电力电子器件、整流电路（AC/DC变换）、逆变电路（DC/AC变换）、直流-直流变流电路（DC/DC变换）、交流-交流变流电路（AC/AC变换）、PWM控制技术、软开关技术、电力电子器件应用的共性问题、电力电子技术的应用等[3]。电力电子技术的教学目标是让学生全面认识并掌握常用电力半导体器件的相关特性，掌握各种电能变换电路的基本原理，学会分析、设计基本的电力电子电路;掌握常用的电力电子控制电路，并同时具备扎实的理论基础和实践技能。随着新器件的不断涌现，电力电子技术相关知识越来越丰富，因此内容多、信息量大、学时少的问题愈发突出，同时存在教学大纲、教学内容与实际工程应用脱节的问题，以王兆安编写的《电力电子技术》（第五版）为例，课本主要介绍以晶闸管构建的整流电路、逆变电路等，变换电路公式多，波形较复杂，占据了大量教学课时。而在实际应用中，晶闸管的应用在逐渐减少，导致使学生对电力电子技术的学以致用产生困惑。
　　（二）电力电子技术教学现状
　　目前电力电子技术教学大都是以教师为中心的教学模式，没有充分体现学生的积极性和主动性，学生获得的知识比较死板。实验教学大都是验证性的，而综合性和创新性实验较少，学生对实验原理很少关心，这些都不利于培养学生的综合素质和创新能力。电力电子技术教学存在的主要问题为：（1）理论内容以教师讲述为主，由于学生在听课时跟实际联系不上，对理论难以理解，形成对电力电子技术“抽象、难学”的思想障碍，从而失去学习信心。（2）传统的教学不能适应培养应用型人才，目前更加注重培养学生的实践能力和创新能力。（3）电力电子技术的高速发展，学校购置的实验箱由于经费问题无法做到更新，实验室购置的器件只能实现一些验证性的实验，不能让学生随意发挥，限制了学生的思想。
　　二、基于项目教学法的电力电子技术教学实施
　　（一）项目教学法
　　項目驱动法是一种典型的“以学生自主学习为主、教师指导为辅”的教学方法[4]。该方法要求学生积极主动地思考，把课程理论和实际项目结合起来，在规定时间内自主安排学习，克服各种困难且解决项目中遇到的问题，最终完成项目并进行成果展示[5]。其中，项目教学中更加注重项目完成的过程，学习成为每名学生主动参与的创新实践过程;项目结束时对项目进行比较、评价，找出不足，积累经验。
　　（二）项目的选取与实施
　　教师在选取项目的过程中应多联系实际情况，熟悉电力电子技术的实际应用和最新成果，并紧紧围绕教学目标制定合适地教学项目。一般情况下，所选教学项目应具有实用性、代表性、可操作性及整体性。根据该课程特点及教学目标的具体要求，选取如下五个项目来完成课程教学：（1）MOS管驱动电路（电力电子器件）;（2）调光灯（交流调压部分）;（3）直流电机调速装置（整流变换）;（4）开关电源（DC/DC变换）;（5）单相变频电源（逆变部分）。电力电子技术教学过程中，各模块之间因教学目标不同，教学实施方式会有所不同，但都是以学生为中心的。教学项目任务由教师统一下达，学生根据教学项目任务进行自由分组和合理分工，教师协助指导每一组分析目标和确定具体操作方案;项目执行过程中，学生通过各种渠道查阅文献资源，借助学校实验平台，独立分析并完成教学项目;项目完成后教师和学生共同对项目进行总结、点评，这个过程中学生应积极参加分析、讨论。
　　（三）项目考核与评价
　　教师要根据客观情况，综合分析教学项目的难度，科学评价学生的学习效果，并进行成绩最终认定。主要包括：（1）注重形成性评价，即合理评价整个教学过程中学生的学习态度、操作技能和实验报告撰写质量等;（2）重视成果评价的综合性，即每个教学项目结束后，对项目结果进行统一、全面的科学评价。 　　三、項目教学法教学效果
　　项目驱动教学法涉及到教学内容调整、教学模式创新、教学组织（理论和实践）等环节，实现理论教学和实践教学的有机统一，最大限度地调动学生学习的兴趣、主动性，有助于提高学生的实践能力和工程意识，进而提高学生的综合竞争力。教学效果主要体现在三个方面：
　　（1）提高学生的学习兴趣，有利于养成自主学习能力 项目驱动法充分调动了学生学习的自主性，提高了知识掌握的程度，并培养了学生的创造性思维。（2）培养学生的多种能力 项目教学法要求学生完成指定的项目任务，这是一种“真刀实枪”的操作，锻炼了学生分析和解决问题的能力，并使学生掌握了工作思路和方法。（3）能更加全面地评价学生，其成绩评价系统更加注重过程性评价 项目驱动教学法对增强学生综合素质，提高学生实践能力和培养学生的创新思维具有积极的促进作用。
　　四、结论
　　项目驱动教学法在电力电子技术教学中的应用采用了比较完整的教学过程和教学方法。在教学过程中，发现该方法明显提升了学生主动参与意识，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的工程实践能力，对教学效果比较满意。但方法不太适合理论性强的课程，而更适合培养工程实践能力的课程。
　　参考文献
　　[1]赵芳谊，张明.试析基于CBE理念的电力电子技术课程教改模式[J].课程教育研究，2019，（05）：234-235.
　　[2]王晓寰，冯建周，张莹.电力电子技术课程体系建立与实践[J].教育教学论坛，2018，（33）：35-36.
　　[3]孙秀桂，张洪斌，彭建荣.工程问题设计在“电力电子技术”课程教学改革中的应用与实践[J].大理大学学报，2018，3（06）：37-41.
　　[4]马燕平.“电工电子技术”项目化教学的探索[J].教育现代化，2019，6（22）：24-25.
　　[5]龚敬杰.模拟电子技术课程项目化教学改革初探[J].课程教育研究，2018，（49）：220-221.
　　Abstract：The traditional teaching of power electronic technology courses can not mobilize the enthusiasm of students，the creativity of students can not be played，and even the students' practical ability can not be improved.Aiming at the problems existing in the current teaching，this paper proposes a new mode of power electronic technology teaching based on the project-oriented method through the concrete implementation process of engineering and learning，interest-driven，project-driven and scenario design.The teaching mode integrates theoretical teaching with engineering project design，and has certain scientific，advanced and practical nature.It is an effective method to enhance students' innovative ability and engineering consciousness.
　　Key words：Power electronics technology;project-driven;teaching reform
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