試論電力電子技術(shù)本科生教學(xué)的實踐與設(shè)想

摘要：電力電子技術(shù)”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(xué)科基礎(chǔ)課之一。主要介紹浙江工業(yè)大學(xué)多年來在電力電子技術(shù)本科生教學(xué)方面取得的一些有益的實踐經(jīng)驗，如注重建設(shè)優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊和培養(yǎng)有前途的青年教師、完善適合學(xué)校實際情況的課程設(shè)計、以學(xué)生為本安排內(nèi)容豐富的教學(xué)活動、運用靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)手段等。為了更充分地發(fā)揮“電力電子技術(shù)”課程的作用，在現(xiàn)有實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出今后繼續(xù)深化電力電子技術(shù)本科生教學(xué)改革創(chuàng)新的若干設(shè)想，如循序漸進(jìn)地推進(jìn)電力電子技術(shù)的本科生雙語教學(xué)模式、繼續(xù)完善電氣工程與自動化類本科專業(yè)教學(xué)鏈等。
一、注重建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊和培養(yǎng)青年教師：
　　在整個教學(xué)過程中，教師不但是知識的教授者、教學(xué)活動的組織者，同時還是學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評估者。優(yōu)秀的教師是保證教學(xué)高質(zhì)量和高水平的關(guān)鍵，他們?yōu)槿藥煴怼⒕哂胸S富的知識和經(jīng)驗、富有愛心，能夠激發(fā)學(xué)生求知的熱情，既教會學(xué)生學(xué)習(xí)方法，又讓學(xué)生掌握科學(xué)知識。
　　經(jīng)過多年的積累，目前我校電力電子技術(shù)本科生教學(xué)團(tuán)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(xué)位2人，碩士學(xué)位3人。該團(tuán)隊每年都會承擔(dān)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(shù)教學(xué)工作。為保證全校范圍內(nèi)該課程教學(xué)內(nèi)容與質(zhì)量的一致性，各授課教師按統(tǒng)一的教學(xué)大綱分專業(yè)分班級進(jìn)行教學(xué)，期末所有選課的學(xué)生參加全校統(tǒng)一的考試。不同專業(yè)、不同班級的學(xué)生呈現(xiàn)出來的特點也各不相同。在統(tǒng)一教學(xué)內(nèi)容的前提下，各教師遵循以學(xué)生為本的原則采取靈活恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法進(jìn)行針對性授課，確保達(dá)到良好的教學(xué)效果。
　　我校電力電子技術(shù)本科生教學(xué)團(tuán)隊自組建以來一直定期召開會議討論并解決教學(xué)中遇到的問題，交流并總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，共同開展教學(xué)和科研課題項目，促進(jìn)各成員教師特別是青年教師在業(yè)務(wù)上的進(jìn)步。在培養(yǎng)教學(xué)新生力量上，該教學(xué)團(tuán)隊引入青年教師導(dǎo)師制度，由多位（副）教授級的教師擔(dān)任指導(dǎo)教師，對經(jīng)驗尚淺的青年教師進(jìn)行全程、全方位的培訓(xùn)，包括寫教案、制作PPT課件、課堂試講、實驗指導(dǎo)、批改作業(yè)、學(xué)生答疑、擬考試卷、指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計等。每個階段，指導(dǎo)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(wù)、提高水平。在整個團(tuán)隊的關(guān)心下，青年教師成長很快，在由學(xué)院組織的學(xué)評教和教學(xué)技能比賽中都取得了良好的成績。
二、完善適合學(xué)校實際情況的課程設(shè)計：
 “電力電子技術(shù)”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(xué)和實驗教學(xué)的比例就顯得非常重要。結(jié)合學(xué)校的實際情況，我校電力電子技術(shù)本科生教學(xué)團(tuán)隊為電氣工程與自動化類相關(guān)的3個本科專業(yè)制訂了統(tǒng)一的教學(xué)大綱。“電力電子技術(shù)”課程總共安排了64學(xué)時，其中，理論教學(xué)48學(xué)時、實驗教學(xué)16學(xué)時，在注重教授學(xué)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(xué)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(shù)》最新版本和學(xué)校自編的《電力電子技術(shù)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(xué)實驗臺。所選教材《電力電子技術(shù)》第5版本一共有10個章節(jié)，僅48學(xué)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(xué)團(tuán)隊進(jìn)一步對這10章的教學(xué)內(nèi)容劃分了主次，對電力電子器件、電力電子器件應(yīng)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(xué)，對其余的6個章節(jié)做次重點教學(xué)。16學(xué)時的實驗課要求完成5個實驗的教學(xué)，內(nèi)容涉及各主要電力電子器件及其驅(qū)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(guān)電源分析及測試，進(jìn)度與理論課的相關(guān)內(nèi)容同步，確保學(xué)生能在第一時間把所學(xué)的理論知識和實際聯(lián)系起來。教學(xué)團(tuán)隊在教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生為本的教學(xué)活動實踐
　　在具體實施電力電子教學(xué)的過程中，教師激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造良好的互動教學(xué)氛圍是非常重要的。這就需要教師以學(xué)生為本結(jié)合具體的授課內(nèi)容靈活運用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段。
　　我校“電力電子技術(shù)”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(guān)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(xué)方法，通過學(xué)生回答問題的方式復(fù)習(xí)舊知識點，由淺入深幫助學(xué)生進(jìn)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(xí)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(xué)的整流電路中，然后進(jìn)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(guān)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(dǎo)學(xué)生獨立完成一部分電路的分析工作，通過加強學(xué)生的參與感來促使他們更積極地把外在的基本知識點轉(zhuǎn)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(dāng)?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(shù)”課程的理論教學(xué)效果。此外，教師還會適當(dāng)?shù)財U充一些教科書以外的電力電子技術(shù)內(nèi)容，如仿真技術(shù)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(xué)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(xué)生更真實、更立體地認(rèn)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(xué)生親身接觸。關(guān)于教材中重要公式的推導(dǎo)，教師會采用PPT課件與板書相結(jié)合的方式幫助學(xué)生更容易理解和掌握。
　　“電力電子技術(shù)”課程包含很多基本概念，在講述時教師會根據(jù)聽課學(xué)生的實際英語能力，有意識地就專業(yè)術(shù)語部分進(jìn)行中英文雙語教學(xué)。這不但能增強學(xué)生的專業(yè)英語水平，而且還可以提高學(xué)生使用中英文關(guān)鍵詞檢索科技文獻(xiàn)的能力，為該課程的后續(xù)課程特別是“畢業(yè)設(shè)計”的教學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。
　　在“電力電子技術(shù)”的理論教學(xué)過程中，強調(diào)電力電子技術(shù)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(shù)的實際應(yīng)用時，教師會盡量多舉些與學(xué)生日常生活以及當(dāng)前社會熱點相關(guān)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(xué)生有些感性的認(rèn)識，再通過啟發(fā)性的提問鼓勵學(xué)生積極地去發(fā)現(xiàn)身邊所遇到的科學(xué)技術(shù)。在增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，提高學(xué)生對該課程的重視程度。
　　“電力電子技術(shù)”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(xué)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(xué)生的強烈求知欲，令他們更主動地去預(yù)習(xí)實驗，更認(rèn)真地進(jìn)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(guān)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(guān)斷的部分是有很大差別的。在理論課堂上，當(dāng)教師同時給出理論和實驗波形圖加以對照時，學(xué)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(guān)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(dǎo)，鼓勵他們認(rèn)真地去完成相關(guān)的實驗，通過實驗再結(jié)合已學(xué)理論知識自主地找出答案。實踐結(jié)果表明該教學(xué)效果很好。
四、關(guān)于今后教學(xué)的一些設(shè)想：
　　電力電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，關(guān)于“電力電子技術(shù)”的教學(xué)也需要與時俱進(jìn)，緊跟潮流，與社會接軌。目前，在我校采用全英文教學(xué)電力電子技術(shù)的條件還不夠成熟。但是，教師可采用循序漸進(jìn)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(xué)，務(wù)必讓學(xué)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(xué)，這對擴展學(xué)生視野很有利。
　　層出不窮的電力電子新技術(shù)不斷豐富著“電力電子技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容。全面而系統(tǒng)的“電力電子技術(shù)”教學(xué)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(shù)”課程的基礎(chǔ)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(xué)鏈，教師還應(yīng)多鼓勵優(yōu)秀的學(xué)生積極參加各類電子設(shè)計競賽、申請由學(xué)院提供的建龍基金等，在教師指導(dǎo)下開展一些與電力電子技術(shù)相關(guān)的小課題。通過一系列課程的學(xué)習(xí)和科研課題的參與，學(xué)生能更深入地了解和掌握電力電子技術(shù)，對他們今后從事與電力電子技術(shù)相關(guān)的工作具有積極的意義。
五、結(jié)論
“電力電子技術(shù)”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(xué)科基礎(chǔ)課之一。多年來，我校一直致力于提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和水平，不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外高校的教學(xué)經(jīng)驗和積累自身教學(xué)經(jīng)驗，注重建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊和培養(yǎng)青年教師，完善適合學(xué)校實際情況的課程設(shè)計，在以學(xué)生為本的教學(xué)活動實踐中靈活運用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段提高教學(xué)效果，為適應(yīng)當(dāng)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(shù)”教學(xué)架構(gòu)的設(shè)想。希望能為“電力電子技術(shù)”教學(xué)的進(jìn)一步深化改革和創(chuàng)新提供參考。