試論電力電子技術本科生教學的實踐與設想

摘要：電力電子技術”是我國高等院校電氣工程與自動化類本科專業(yè)最為重要的學科基礎課之一。主要介紹浙江工業(yè)大學多年來在電力電子技術本科生教學方面取得的一些有益的實踐經(jīng)驗，如注重建設優(yōu)秀的教學團隊和培養(yǎng)有前途的青年教師、完善適合學校實際情況的課程設計、以學生為本安排內(nèi)容豐富的教學活動、運用靈活多樣的教學方法和教學手段等。為了更充分地發(fā)揮“電力電子技術”課程的作用，在現(xiàn)有實踐經(jīng)驗的基礎上提出今后繼續(xù)深化電力電子技術本科生教學改革創(chuàng)新的若干設想，如循序漸進地推進電力電子技術的本科生雙語教學模式、繼續(xù)完善電氣工程與自動化類本科專業(yè)教學鏈等。
一、注重建設教學團隊和培養(yǎng)青年教師：
　　在整個教學過程中，教師不但是知識的教授者、教學活動的組織者，同時還是學生學習效果的評估者。優(yōu)秀的教師是保證教學高質量和高水平的關鍵，他們?yōu)槿藥煴�、具有豐富的知識和經(jīng)驗、富有愛心，能夠激發(fā)學生求知的熱情，既教會學生學習方法，又讓學生掌握科學知識。
　　經(jīng)過多年的積累，目前我校電力電子技術本科生教學團隊已初具規(guī)模，核心成員主要有教授1人、副教授2人、講師2人、實驗員1人。其中具有博士學位2人，碩士學位3人。該團隊每年都會承擔全校3個電氣工程與自動化類本科專業(yè)（電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)和電氣工程及其自動化教育專業(yè)）約6～8個班的電力電子技術教學工作。為保證全校范圍內(nèi)該課程教學內(nèi)容與質量的一致性，各授課教師按統(tǒng)一的教學大綱分專業(yè)分班級進行教學，期末所有選課的學生參加全校統(tǒng)一的考試。不同專業(yè)、不同班級的學生呈現(xiàn)出來的特點也各不相同。在統(tǒng)一教學內(nèi)容的前提下，各教師遵循以學生為本的原則采取靈活恰當?shù)慕虒W方法進行針對性授課，確保達到良好的教學效果。
　　我校電力電子技術本科生教學團隊自組建以來一直定期召開會議討論并解決教學中遇到的問題，交流并總結教學經(jīng)驗，共同開展教學和科研課題項目，促進各成員教師特別是青年教師在業(yè)務上的進步。在培養(yǎng)教學新生力量上，該教學團隊引入青年教師導師制度，由多位（副）教授級的教師擔任指導教師，對經(jīng)驗尚淺的青年教師進行全程、全方位的培訓，包括寫教案、制作PPT課件、課堂試講、實驗指導、批改作業(yè)、學生答疑、擬考試卷、指導畢業(yè)設計等。每個階段，指導教師都會對青年教師的表現(xiàn)做出中肯的評價，幫助他們盡快熟悉業(yè)務、提高水平。在整個團隊的關心下，青年教師成長很快，在由學院組織的學評教和教學技能比賽中都取得了良好的成績。
二、完善適合學校實際情況的課程設計：
 “電力電子技術”是一門理論性、實用性都很強的課程，課程內(nèi)容量多且面廣，合理分配理論教學和實驗教學的比例就顯得非常重要。結合學校的實際情況，我校電力電子技術本科生教學團隊為電氣工程與自動化類相關的3個本科專業(yè)制訂了統(tǒng)一的教學大綱。“電力電子技術”課程總共安排了64學時，其中，理論教學48學時、實驗教學16學時，在注重教授學生基本概念和基本分析方法等理論知識的同時也同樣注重培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際和分析解決問題的實踐能力。與大多數(shù)國內(nèi)高校接軌，教材主要選用普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規(guī)劃教材——機械工業(yè)出版社出版的《電力電子技術》最新版本和學校自編的《電力電子技術實驗用書》，實驗裝置采用求是公司生產(chǎn)的MCL型電力電子及電力傳動教學實驗臺。所選教材《電力電子技術》第5版本一共有10個章節(jié)，僅48學時的理論課不可能也沒必要面面俱到講授教材中的所有內(nèi)容。因此，教學團隊進一步對這10章的教學內(nèi)容劃分了主次，對電力電子器件、電力電子器件應用的共性問題、整流電路、直流－直流變流電路這4個章節(jié)做重點教學，對其余的6個章節(jié)做次重點教學。16學時的實驗課要求完成5個實驗的教學，內(nèi)容涉及各主要電力電子器件及其驅動電路、晶閘管可控整流電路、PWM直流斬波電路分析及測試和開關電源分析及測試，進度與理論課的相關內(nèi)容同步，確保學生能在第一時間把所學的理論知識和實際聯(lián)系起來。教學團隊在教學內(nèi)容和學生學習效果考評兩方面同時做到了對理論與實踐的兼顧，規(guī)定學生學習該課程所得總成績由以下三部分組成，即期末理論考試成績占70％、平時實驗成績占10％、課堂表現(xiàn)及課后作業(yè)成績占20％。
三、以學生為本的教學活動實踐
　　在具體實施電力電子教學的過程中，教師激發(fā)學生的學習興趣，創(chuàng)造良好的互動教學氛圍是非常重要的。這就需要教師以學生為本結合具體的授課內(nèi)容靈活運用多種教學方法和教學手段。
　　我校“電力電子技術”是“電路原理與實驗”等課程的后續(xù)課程，理論性很強。在教授該課程新知識點時，若涉及到相關前續(xù)課程重要的舊知識點，教師會采用先溫故后知新的教學方法，通過學生回答問題的方式復習舊知識點，由淺入深幫助學生進入狀態(tài)以便教授新知識點。比如，在講述變壓器漏感對整流電路的影響這一節(jié)內(nèi)容的最開始，先溫習理想變壓器的特性和非理想變壓器的等效電路模型，再把簡化后的非理想變壓器等效電路模型代入到已學的整流電路中，然后進入正題——分析電路的工作原理。教師在講授電路工作原理時，會一再強調(diào)電力電子器件的開關工作狀態(tài)和電力電子電路的分段線性分析方法這兩個貫穿整個課程始終的基本概念和基本方法，并現(xiàn)場指導學生獨立完成一部分電路的分析工作，通過加強學生的參與感來促使他們更積極地把外在的基本知識點轉化為內(nèi)在的電路分析能力。
　　在傳統(tǒng)的口頭講授過程中，教師會適當?shù)亟柚?ldquo;靜動相宜”的PPT課件、具體的實物教具和靈活的板書等來提高“電力電子技術”課程的理論教學效果。此外，教師還會適當?shù)財U充一些教科書以外的電力電子技術內(nèi)容，如仿真技術等。教師利用仿真軟件PSPICE、MATLAB等在課堂上虛擬地實時演示電路更真實的工作過程，既拓展了學生的視野又能很形象地解說課程中的知識難點，如三相半波可控整流電路中晶閘管的正向耐壓問題。電力電子器件的封裝材料及形式多種多樣，性能也不盡相同。為了讓學生更真實、更立體地認識電力電子器件，教師除了展示器件照片外還會提供一些器件的樣品讓學生親身接觸。關于教材中重要公式的推導，教師會采用PPT課件與板書相結合的方式幫助學生更容易理解和掌握。
　　“電力電子技術”課程包含很多基本概念，在講述時教師會根據(jù)聽課學生的實際英語能力，有意識地就專業(yè)術語部分進行中英文雙語教學。這不但能增強學生的專業(yè)英語水平，而且還可以提高學生使用中英文關鍵詞檢索科技文獻的能力，為該課程的后續(xù)課程特別是“畢業(yè)設計”的教學打下良好的基礎。
　　在“電力電子技術”的理論教學過程中，強調(diào)電力電子技術對國計民生的重要性是非常必要的。比如，在舉例說明電力電子技術的實際應用時，教師會盡量多舉些與學生日常生活以及當前社會熱點相關的例子（如手機電池充電器、筆記本電腦電源適配器、未來的“光源之星”LED照明、節(jié)能環(huán)保的電動汽車等）。先拋磚引玉讓學生有些感性的認識，再通過啟發(fā)性的提問鼓勵學生積極地去發(fā)現(xiàn)身邊所遇到的科學技術。在增加學生學習興趣的同時，提高學生對該課程的重視程度。
　　“電力電子技術”是一門理論性和實踐性都很強的課程。為了更好地銜接理論知識和實驗內(nèi)容，教師在課堂上除了提供電力電子電路的理想波形圖，還會提供一些電力電子電路的實際波形圖，讓學生自己去發(fā)現(xiàn)和思考它們之間的異同。用一連串的疑問激發(fā)起學生的強烈求知欲，令他們更主動地去預習實驗，更認真地進行實驗，并且更努力地去嘗試著尋找答案。比如，反激式電路在電流斷續(xù)工作模式下，由教科書提供的開關管S兩端電壓的理想波形和在實驗中用示波器觀察到的S兩端電壓的實際波形在S關斷的部分是有很大差別的。在理論課堂上，當教師同時給出理論和實驗波形圖加以對照時，學生表現(xiàn)出極大的興趣，躍躍欲試地去尋找實際電路中S兩端電壓在S關斷時刻出現(xiàn)阻尼振蕩現(xiàn)象的原因。此時，教師正好因勢利導，鼓勵他們認真地去完成相關的實驗，通過實驗再結合已學理論知識自主地找出答案。實踐結果表明該教學效果很好。
四、關于今后教學的一些設想：
　　電力電子技術的發(fā)展日新月異，關于“電力電子技術”的教學也需要與時俱進，緊跟潮流，與社會接軌。目前，在我校采用全英文教學電力電子技術的條件還不夠成熟。但是，教師可采用循序漸進的方法，從目前以中文為主的雙語授課，到中英文各半的雙語授課，再到以英文為主的雙語授課，最后過渡到全英文授課。目前，最適合我校的辦法是課程的重要章節(jié)主要采用中文教學，務必讓學生掌握必要的基本知識；而次重要章節(jié)則可主要采用英文教學，這對擴展學生視野很有利。
　　層出不窮的電力電子新技術不斷豐富著“電力電子技術”的教學內(nèi)容。全面而系統(tǒng)的“電力電子技術”教學是無法僅通過一門課程來完成的，但它可以通過一系列課程來不斷深化。在現(xiàn)有“電力電子技術”課程的基礎上，按社會就業(yè)的需求配套完善其后續(xù)課程。除了強化這些課程之間的內(nèi)在聯(lián)系、完善整個教學鏈，教師還應多鼓勵優(yōu)秀的學生積極參加各類電子設計競賽、申請由學院提供的建龍基金等，在教師指導下開展一些與電力電子技術相關的小課題。通過一系列課程的學習和科研課題的參與，學生能更深入地了解和掌握電力電子技術，對他們今后從事與電力電子技術相關的工作具有積極的意義。
五、結論
“電力電子技術”是我國高等院校電氣工程與自動化類本科專業(yè)最重要的學科基礎課之一。多年來，我校一直致力于提高該課程的教學質量和水平，不斷學習國內(nèi)外高校的教學經(jīng)驗和積累自身教學經(jīng)驗，注重建設教學團隊和培養(yǎng)青年教師，完善適合學校實際情況的課程設計，在以學生為本的教學活動實踐中靈活運用多種教學方法和教學手段提高教學效果，為適應當今科技和社會發(fā)展的需要提出逐步實現(xiàn)全英語、系統(tǒng)化“電力電子技術”教學架構的設想。希望能為“電力電子技術”教學的進一步深化改革和創(chuàng)新提供參考。