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CDIO模式下电力电子技术课程教学改革
[摘 要]电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程,包括电力学、电子学和控制理论,这是课程的三大支柱.笔者针对当前我国高校电力电子课程教学现状,结合高校应用型人才培养定位,依托工程教育模式,提出电力电子技术课程CDIO教学模式,对电力电子技术课程进行教学改革思考,以“构思—设计—实现—运行”为主线,贯穿理论教学和实验教学,让学生在“做中学”、“学中做”,最终成为应用型专业化人才.
[关键词]电力电子技术；CDIO模式；教学改革
[中图分类号]G642．o [文献标识码] A[文章编号] 2095-3437(2017)03-0077-02
电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程,包括电力学、电子学和控制理论,这是课程的三大支柱.电力电子技术课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程,在工业技术领域有极其广泛的应用.学生通过学习电力电子技术课程,掌握扎实的基础理论知识,具备极强的实际操作能力,熟悉构思、设计、实现、运行的产品研发过程,并具有相应的沟通协作能力和人际交往能力.在我国社会经济迅猛发展的背景下,电力电子专业学生就业态势良好,主要从事各大机关单位配电、配电设备生产及销售、建筑电气、电路开发工程师、PLC及控制、中国石化及相关企业、地铁公司等领域的技术工作.因此,如何教好电力电子技术课程,让学生有所学、有所用,成为大学生人才培养的重点问题.
CDIO模式是一种在全球各国广泛推行的工程教育模式,以产品或项目“构思—设计—实现—运行”为载体,为大学生创建企业模拟环境,帮助大学生掌握课程理论知识,培养大学生产品过程能力.CDIO模式以产品、项目的全生命周期为系统教育背景,制订CDIO课程教学标准和体系,让学生主动参与学习,在理论中学习,在学习中实践,通过CDIO模式提高工程能力.
因此,如何结合我国高校教育改革与创新趋势,把握高校电力电子技术课程应用型人才培养定位,融合CDIO模式理念,构建电力电子技术课程体系和培养方案,探索CDIO模式下电力电子技术课程教学方法成为广大教师需要思考的问题.电力电子课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程,符合CDIO模式教学支撑的课程特点,对电力电子技术课程展开CDIO模式课堂教学和实验教学的改革与探索,能为电力电子技术课程教学改革提供支撑和助推作用.
一、CDIO模式下电力电子技术课程教学改革
CDIO模式理念涵括了产品、项目全生命周期,注重理论和实践的联系,体现了“基于项目的教学”理念,和电力电子技术课程相结合,整合课程传统教学模式,形成电力电子技术课程CDIO教学模式.本文以“CDIO模式”为主线,构建贯穿电力电子技术课堂理论教学和实验教学的新型教学模式,并对此进行有益尝试.
（一）基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学
1．教学课程规划
在电力电子技术课程理论教学中,为了更好地开展理论教学,笔者建议有计划地将实践教学融入课堂教学全过程.在电力电子技术课堂教学中,教师向学生讲解理论基础知识,提出重难点,抛出问题,让学生进行仿真分析和总结.学生按照小组划分组建项目团队,对课堂理论知识进行讨论学习,从总体设计理论知识和项目任务,深入理解项目目标,主动发现问题.教师针对学生存在的学习问题进行引导,动态掌握学生理论知识学习情况,及时纠正学生理解中的错误.同时,教师还应全面开放电力电子技术实验室,开放电力电子技术项目实施环节,为学生项目团队设计项目任务.
笔者以“三相桥式全控整流电路”为例,为学生设计全控桥整流项目任务,结合三相交流变压、晶闸管工作特性、阻感式电路、纯阻性电路、触发电路等内容进行电力电子技术课程教学规划.
2．课堂教学方法
教师引导学生查找相关资料,对项目任务进行工作分解,以“自上而下”为项目设计导向,构思项目整体概念,从整体到局部,从宏观到微观,整合涉及的所有课程基础知识,结合“三项全控桥”设计、“触发电路”设计的工作结构和原理,构建模型,分析模型,计算参数,评估设计,模拟故障等,让学生实践“原理思考—分解任务—小组探讨—模型构建—课程讲解”,在教师的启发下主动学习,带着问题学习理论基础知识,带着目的和方向学习,绘制出电路原理图和集成出发电路图,能收获较好的课堂教学效果.
在电力电子技术课堂教学中,教师要将课堂教学和模型仿真并行,为学生创设“学习—构思—设计—仿真”的一体化电力电子技术课堂教学模式,培养学生电路设计思维和能力.
（二）基于CDIO模式的电力电子技术实验教学
1．基础实验验证
电力电子技术课程在理论知识课堂讲解结束后,需要结合课堂教学内容,设计理论知识基础实验验证,帮助学生巩固基础理论知识,并结合实验过程中遇到的问题进行讨论学习,提高学生问题解决能力,让学生能够在实验构思、设计、实现、运行中巩固理论知识,操练电路设计实践能力.
笔者以“反激变换器”为例,在给学生讲解介绍了反激变换器设计内容和实施步骤后,要求学生应用“电流型脉宽调制器芯片(UC3842)”设计反激变换器,在设计中正弘交流输入是给定的110V/50Hz,经过降压、整流后,输出功率实际为Pout等于60W,开关频率为fs 等于64kHz．输出电压为Vo等于15V,要求学生结合电路设计中的各元件参数,确定各参数的选取原则与计算公式,设计仿真方案,制作版图和电路板调试电路,撰写项目设计结果分析报告. 2．创新实验设计 在电力电子技术课程内容教学结束后,教师应梳理电力电子技术发展前沿,紧随时代步伐,更新课程教学内容,制订创新实验设计,让学生结合时代要求调整实验设计方案,遵循“理论学习—实验设计—仿真验证—实验”的流程,按照“基础—实践—综合—创新”的教学主线,创新设计电力电子技术综合实验.
“反激变换器”实验设计中的变换器电路设计包括主电路参数设计、控制电路参数设计.第一,主电路参数设计包括整流桥、变压器、滤波器、开关管等参数的选取,钳位电路、启动电路、供电电路等设计.其中,电感和变压器等磁性元件设计是反激变换器设计中最复杂的难点.在可变的电磁变换环境下,高频变压器工作发挥着变压器和电感双重作用,变换器性能受原副边匝数比、线圈电感、磁芯参数等参数关键影响,学生需要计算这些参数,然后结合计算结果绕制变压器.第二,控制电路参数设计包括振荡电路参数设计、光耦隔离部分参数设计、反馈采样电阻设计、驱动电路设计.通过设计控制系统,学生有机结舍自动控制理论和电力电子技术,深入理解PID控制理论,这样可培养学生电力电子技术知识运用能力和问题解决能力.
二、CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价
CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价包括过程考核和结果考核.
电力电子技术课程过程考核应构建“自评+互评+师评”的评价指标.其中,自评指标需要学生在正确认识自我基础上,对自己学习态度、操作能力、创新能力进行客观评价；互评指标是在项目小组分工下,由小组成员对学生的学习态度、操作能力、团队参与、项目报告等能力进行客观评价；师评是教师结合学生在学期内的课堂和实验表现,对学生学习态度、操作能力、团队参与、实验设计等能力进行评价,全面提高学生专业素养.
电力电子技术课程结果考核是试卷考核,教师为学生创新课程试卷,设计“理论知识+实验设计”的新型试卷,以“理论+实验”的试卷模式取代“理论+计算”的试卷模式,全面考核学生知识应用和创新能力. 教师应该结合学校专业人才培养方案,在过程考核和结果考核之间设定科学权重,制订课程教学考核标准,以计算最终课程成绩.
三、结论
本文提出CDIO模式下的电力电子技术课程教学改革模式和实施“构思—设计—实现—运行”的流裎,帮助学生应用理论知识实施实验,掌握电力电子技术课程知识,掌握课程实验操作方法,使课程理论和实践融会贯通.笔者在电力电子技术课程内容和就业去向分析的基础上,结合CDIO模式理念,指明电力电子技术课程教学改革趋势,提出“基于项目教学”的电力电子技术课程CDIO教学模式.本文从教学课程规划和课堂教学方法,论述了基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学改革,从基础实验验证和创新实验设计,论述了基于CDIO模式的电力电子技术实验教学.最后,笔者给出CDIO模式下电力电子技术课程教学考核的新办法,包括“自评+互评+师评”的电力电子技术课程过程考核和“理论知识+实验设计”的电力电子技术课程结果考核,形成“CDIO”模式下电力电子技术课程新型教学模式,培养应用型专业化人才.
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡静波,“电力电子技术”课程的CDIO教学改革[J]．高教
学刊,2015(6):34-35．
[2] 夏晨阳,夏帅,伍小杰,周娟,基于学校特色及专业应用导
向的“电力电子技术”教学改革研究[J]．扬州大学学报
（高教研究版）,2014(S1)：14-18．
[3] 王建冈,电力电子技术课程实践教学改革探讨[J]．自动化
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[责任编辑：钟 岚]
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