摘要:課程建設(shè)與改革是提高教學(xué)質(zhì)量的核心，也是教學(xué)改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。電力電子技術(shù)作為自動(dòng)化專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，工程實(shí)踐性很強(qiáng),具有鮮明的時(shí)代特征，其相應(yīng)的教法改革必須與時(shí)俱進(jìn)的。本文針對(duì)國(guó)外內(nèi)高校在電力電子技術(shù)方面的教育現(xiàn)況作較為全面的分析和比較,并提出了相關(guān)加強(qiáng)我國(guó)高校的電力電子技術(shù)教學(xué)改革的參考建議。
　　關(guān)鍵詞:電力電子;高校教學(xué);教學(xué)改革
　　
　　0引言
　　學(xué)術(shù)角度上所稱的電力電子學(xué)（PowerElectronics）是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的，在工程技術(shù)角度上稱為“電力電子技術(shù)”。它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成。電力電子作為一項(xiàng)新興技術(shù),在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。特別是隨著各種新型功率電子器件的誕生,使電力電子設(shè)備的性能得到不斷提高;計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展大大提高了電路設(shè)計(jì)和仿真的效率;全球性的能源危機(jī)使人們的目光開始轉(zhuǎn)向環(huán)保型能源,如太陽能、風(fēng)能,不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)換也必須依賴電力電子技術(shù)。這些因素都為電力電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了良好的契機(jī)。
　　目前我國(guó)高等教育部門均已意識(shí)到加強(qiáng)電力電子技術(shù)專業(yè)教育的重要性。為了促進(jìn)我國(guó)高校電力電子技術(shù)教學(xué)的改革和發(fā)展,已在電力電子教材內(nèi)容和課程內(nèi)容的設(shè)置、課程體系設(shè)置、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和教學(xué)方法方面有所改進(jìn)。旨在使學(xué)生具備必要的專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力。
　　
　　1國(guó)內(nèi)外高校本科電力電子技術(shù)教材內(nèi)容和課程內(nèi)容的設(shè)置
　　國(guó)內(nèi)外高校本科教育電力電子技術(shù)教材內(nèi)容和課程內(nèi)容設(shè)置的比較見表1。
　　
　　通過以上內(nèi)容比較可以看出,國(guó)內(nèi)的本科教材通常是在介紹電力電子開關(guān)器件的基礎(chǔ)上,對(duì)各種交、直流電能變換電路的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析,并涉及一些簡(jiǎn)單的軟開關(guān)技術(shù)。國(guó)外教材則更注重介紹電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,如:高頻開關(guān)電源、小型熒光燈鎮(zhèn)流器、感應(yīng)加熱、電力電子技術(shù)在電力、交通、工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用等,這是我國(guó)教材應(yīng)向國(guó)外同行學(xué)習(xí),加以改善的方面。
　　明尼蘇達(dá)大學(xué)在電力電子課程的授課和實(shí)驗(yàn)中采取了一種新的教學(xué)方法———基于BuildingBlock的教學(xué)方法。所謂BuildingBlock,是一個(gè)雙口開關(guān)模塊(switchingpole),如圖1所示。該模塊可以作為各種不同結(jié)構(gòu)、功能的變換器的基本組成部分,利用BuildingBlock可以構(gòu)成Buck,Boost,Buck2Boost,Flyback,Forward等變換器,三個(gè)這樣的模塊還可以構(gòu)成用于控制三相交流電機(jī)的開關(guān)模式逆變器。該課程首先講述BuildingBlock,為描述不同類型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了一個(gè)共同的基礎(chǔ),在分析其他變換器的過程中直接利用BuildingBlock的分析結(jié)果,簡(jiǎn)化了變換器的分析過程。
　　
　　圖1
　　FundamentalsofPowerElectronics教材的一大特色是從電路設(shè)計(jì)的角度入手,介紹如何根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的電路功能設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu),選擇功率電子器件,注重建立各種不同結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器的內(nèi)在聯(lián)系,而不僅僅是對(duì)各類功率電子器件和各種電路結(jié)構(gòu)的孤立分析。該教材的另一大特色在于引入了為各種結(jié)構(gòu)電力電子電路建模的方法,包括直流穩(wěn)態(tài)模型和交流小信號(hào)模型,并強(qiáng)調(diào)小信號(hào)分析和控制等系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的概念。這種從電力電子電路設(shè)計(jì)的角度入手,將電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來的編寫思路十分新穎,且實(shí)用性強(qiáng)。
　　2電力電子技術(shù)課程體系設(shè)置
　　電力電子技術(shù)多作為工業(yè)自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化等專業(yè)的專業(yè)必修課,所學(xué)內(nèi)容為電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),國(guó)內(nèi)外大學(xué)在這一課程設(shè)置上差別不大。在碩士和博士生教育階段,研究生們開始系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電力電子的專業(yè)知識(shí),對(duì)電力電子技術(shù)的各研究領(lǐng)域單獨(dú)設(shè)課,以使研究生們的專業(yè)知識(shí)更加深入,為日后的課題研究和科研做好準(zhǔn)備。
　　我國(guó)浙江大學(xué)碩士生的電力電子與傳動(dòng)課程設(shè)置如下:
　　現(xiàn)代電力電子電路、現(xiàn)代電力電子器件、電力電子系統(tǒng)的建模與控制、現(xiàn)代電力無源元件及其應(yīng)用、電力電子系統(tǒng)的電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電力電子系統(tǒng)CAD、電力電子電路設(shè)計(jì)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)及其應(yīng)用、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)理論及應(yīng)用、應(yīng)用電力電子。
　　系統(tǒng)和設(shè)計(jì)的思想貫穿課程設(shè)置的全過程。通過這一系列課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,使研究生們對(duì)電力電子的專業(yè)知識(shí)有全面、系統(tǒng)、深刻的把握。
　　在歐洲,丹麥Aalborg大學(xué)的課程設(shè)置更加與眾不同。針對(duì)電力電子專業(yè)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)、知識(shí)更新快的特點(diǎn),該大學(xué)采用了獨(dú)特的Problem2basedandProject2oriented的學(xué)習(xí)方法。學(xué)生從第5學(xué)期開始,每學(xué)期都要在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,與同學(xué)合作完成一個(gè)課題(project),部分課程的設(shè)置則是針對(duì)課題研究安排的,包括課堂教學(xué)、講座、討論等多種形式,以實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與新技術(shù)發(fā)展緊密結(jié)合的目的。
　　課程設(shè)置和課題舉例見表2。
　　
　　每學(xué)期一課題的教學(xué)方法是Aalborg大學(xué)的特色。每學(xué)期初,在搜集資料和討論的基礎(chǔ)上,學(xué)生首先對(duì)需要研究的問題進(jìn)行問題分析,限定研究范圍,確定課題題目,制定工作計(jì)劃,然后學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料、聽講座、小組討論、接受導(dǎo)師指導(dǎo),實(shí)地考察、仿真和實(shí)驗(yàn)等各種方法解決問題,進(jìn)行課題研究。課題研究結(jié)束時(shí)每個(gè)課題組需要提交一個(gè)50～200頁的課題報(bào)告。考試采用答辯的方式,每個(gè)學(xué)生作一個(gè)與課題相關(guān)的專題報(bào)告,并回答導(dǎo)師的提問,與反對(duì)意見展開辯論。這種課程設(shè)置方式培養(yǎng)了學(xué)生帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)、通過學(xué)習(xí)解決問題的能力,同時(shí)在小組課題研究的過程中還鍛煉了學(xué)生與人交流(書面、口頭)的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、項(xiàng)目的組織與管理能力等,直接面向企業(yè)和科研機(jī)構(gòu),培養(yǎng)實(shí)用型人才。
　　3實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
　　目前我國(guó)高校的電力電子實(shí)驗(yàn)中,需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中自行操作的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),允許學(xué)生自行設(shè)計(jì)的部分較少,靈活性不足,明尼蘇達(dá)大學(xué)的基于BuildingBlock的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法很值得我們借鑒。網(wǎng)絡(luò)電力電子實(shí)驗(yàn)更是受到資金、技術(shù)等因素的制約,能提供網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的高校還是少數(shù),但應(yīng)將網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)作為未來的發(fā)展方向。
　　
　　4教學(xué)方法改革
　　利用新的教學(xué)方法提高學(xué)生對(duì)電力電子課程的興趣,也被視為電力電子教學(xué)改革的重要手段。迅速發(fā)展的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室建設(shè),同時(shí)也被廣泛作為課程教學(xué)的新方法。國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)都已開發(fā)出電力電子的網(wǎng)上授課內(nèi)容,并以多媒體的形式呈現(xiàn)給學(xué)生,以下挑選了國(guó)內(nèi)外幾所大學(xué)建立的電力電子網(wǎng)上授課項(xiàng)目作簡(jiǎn)要介紹,其中以瑞士的iPES最為著名。各項(xiàng)目網(wǎng)址見參考文獻(xiàn)。
　　
　　
　　5對(duì)高校電力電子教學(xué)的幾點(diǎn)建議
　　通觀國(guó)內(nèi)外高校電力電子教學(xué)現(xiàn)狀,有很多值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的新方式、新方法,在我國(guó)的電力電子教育改革中,筆者認(rèn)為應(yīng)注意以下幾方面:
　　1)建立系統(tǒng)的觀念。在教材編寫與課程內(nèi)容組織的過程中,從電力電子系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),將相關(guān)知識(shí)有機(jī)融合起來,避免將各種電力電子器件、各種結(jié)構(gòu)功能的電路作孤立講解,同時(shí)加強(qiáng)系統(tǒng)控制方面的內(nèi)容。
　　2)注重電力電子電路的設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)思想和能力。從電路設(shè)計(jì)的角度出發(fā)組織電力電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容,也是一個(gè)很好的教學(xué)方式。
　　3)課堂教學(xué)、仿真、實(shí)驗(yàn)并重。在課堂教學(xué)中引入各種先進(jìn)的教學(xué)手段,在實(shí)驗(yàn)室中引入先進(jìn)的仿真軟件,同時(shí)下大力氣建立電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。通過各種實(shí)驗(yàn)電路搭建一個(gè)完整的電力電子系統(tǒng),應(yīng)是實(shí)驗(yàn)室的基本功能,而不僅僅是對(duì)各種功能電路的驗(yàn)證。
　　4)在研究生教學(xué)中,為了跟上電力電子技術(shù)快速發(fā)展的步伐,僅僅講授教材中的內(nèi)容是不夠的,應(yīng)采取討論、講座、專題報(bào)告等各種形式,使學(xué)生對(duì)電力電子的前沿技術(shù)有所把握,為學(xué)生未來的科研與工作打好基礎(chǔ)。
　　5)積極開展電力電子及相關(guān)課程的網(wǎng)上教學(xué),用動(dòng)畫、多媒體等先進(jìn)手段展示電力電子的課程內(nèi)容,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過交互式網(wǎng)頁設(shè)計(jì)使學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)過程中來,提高教學(xué)效果。
　　6)加強(qiáng)考核方式改革，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。考核是教育測(cè)量的工具，不僅是對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)定，更重要的是對(duì)學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)方向的引導(dǎo)。考核方式改革就是培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣。
　　6結(jié)論
　　本文對(duì)國(guó)內(nèi)外高校的電力電子技術(shù)教育現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合闡述，并結(jié)合筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了“高校電力電子教學(xué)”課程教學(xué)的改革理念。主張從事“高校電力電子教學(xué)”者應(yīng)不斷跟新教學(xué)觀念和教學(xué)內(nèi)容，探索新的教學(xué)方法和手段，取長(zhǎng)補(bǔ)短，緊跟時(shí)代步伐以提高教學(xué)質(zhì)量。更好地為學(xué)習(xí)“電力電子學(xué)”的高校院校學(xué)生服務(wù)。最終達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目的。
　　參考文獻(xiàn)：
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