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摘要：“电力电子技术”是烟台大学机电汽车工程学院测控技术与仪器专业本科生的一门重要的专业基础课，实验教学在其中扮演着重要的角色。单一的验证性实验教学已无法满足当前“电力电子技术”教学的需要，为此，教研组对电力电子技术实验教学进行了改革与实践。通过多种实验教学方法的综合运用，取得了很好的教学效果。
关键词：电力电子技术；实验教学；教学改革
作者简介：姜风国（1976-），男，山东烟台人，烟台大学机电汽车工程学院，讲师。（山东 烟台 264005）
基金项目：本文系烟台大学教学改革与研究立项（项目编号：C044）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0137-02
“电力电子技术”是烟台大学机电汽车工程学院（以下简称“我院”）测控技术与仪器专业本科生的一门重要的专业基础课程，在整个专业课程体系中起着承上启下的重要作用。电力电子技术具有很强的理论性、实用性和实践性，[1-3]在做好理论教学的同时，加强实验教学非常重要。实验教学对帮助学生理解和巩固课堂理论知识，[4]培养学生的操作技能、创新意识和探索精神具有重要的作用。目前我院在电力电子技术实验教学环节中仍在使用2002年购买的杭州天煌教仪的“TKDD-1型电力电子技术及电机控制实验装置”，该实验装置经过多年使用，器件老化，故障率高，烧坏设备的情况经常出现；实验数据与理论值之间的误差很大，严重影响了实验效果；能做的实验数量少，而且多数为验证性实验，学生只能被动地接受实验结果，学习兴趣不大。这种单调的实验教学模式无法满足新形势下电力电子技术教学的需要，为此，对实验教学方法进行改革迫在眉睫。教研组尝试将以往纯粹的验证性实验教学改为多种模式相结合的方式来进行教学，取得了很好的教学效果。
一、保留必要的验证性实验
在实验初级阶段，学生刚接触电力电子技术实验，对实验设备和仪器还很陌生，此时采用传统的“老师讲、学生听”的方式，通过教师操作演示给学生看，对学生掌握实验设备和仪器的正确使用方法、强电实验中安全用电的基本知识和注意事项以及进行规范操作很有好处。因此，需保留“三相桥式全控整流电路”验证实验，通过该实验可对学生起到良好的引导作用。
二、利用仿真软件增加虚拟实验
计算机仿真具有生动直观、经济、灵活的特点，[5]不但可以弥补实验设备数量不足的缺陷，而且不用担心实验设备损坏和学生的人身安全问题。在电力电子技术实验教学过程中引入计算机仿真，可以使枯燥的理论知识变得生动有趣，激发学生的学习兴趣和积极性，加深学生对理论知识的理解，有利于学生开展探索性、研究性实验，实现理论与实践的紧密结合，在提高教学质量和改善实验效果方面起到了很好的作用，而且仿真实验不受时间和地点的限制，学生也可以在课外用计算机仿真，克服了实验课时有限的限制。
例如，图1是运用Multisim10软件对三相半波可控整流电路带电阻性负载时的仿真电路。电源为220V、50Hz的三相对称正弦电源，晶闸管选用2N3898，采用脉冲发生器作为晶闸管的触发信号。控制角α=0°时的仿真结果如图2所示。示波器XSC1显示的是输出整流电压的波形和晶闸管两端的电压波形，仿真结果与教材一致。学生可以很方便地仿真不同控制角α和不同负载情况下输出电压的波形，甚至可以模拟电路出现的故障，如开路、短路或脉冲丢失时的情况，在很大程度上满足了学生的探索性要求。仿真实验克服了传统实验调试过程中控制角α调节不准而导致的理论值与实测值不符的问题以及由于晶闸管两端电压较高（峰值为539V），考虑到学生和设备的安全而一般不允许学生操作的缺陷。
三、增加课程设计环节
课程设计是学生在整个学习过程中的一项综合性实践环节，是实验教学的一个重要组成部分。过去的教学内容中没有课程设计这个环节，部分学生学完该课程后，只了解了课本上的一些原理知识，对电力电子技术的具体应用并不清楚。通过增加课程设计环节，选取日常生活中比较熟悉、比较有代表性的一些产品，如可调光台灯、可调直流稳压电源、手机充电器等作为设计题目，把抽象的理论知识转变为活生生的实物，以拉近理论与实际生活的距离，从而激发学生的学习兴趣，提高学生对该课程的重视程度。通常2～3名学生做一个题目，学生们既有分工又相互协作，以共同完成设计题目。由于时间有限，不一定所有的学生都能做出实物，但要求每个题目都要用仿真软件仿真出结果。通过课程设计，可以使学生全面、综合地运用在“电力电子技术”和其他课程中学到的理论知识，让学生意识到各个课程之间不再是相互孤立的，而是一个紧密联系的整体，从而培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
四、开放实验室，开设综合与设计性实验
烟台大学自2011年开始实施教学实验室开放工作，设立了实验室开放专项基金，在教学计划外安排时间向学生开放实验室，为学有余力、有兴趣做探索性实验的学生提供了良好的条件。同时，教师可利用此机会，积极申报与电力电子技术相关的课题，鼓励学生走进实验室参与综合、设计、创新性开放实验项目。学生可以自主设计产品，也可以选作教师提供的课题，设计过程中教师要给予一定的指导，学生可自行查阅资料，购买元器件，设计、焊接和调试电路。学生在采购过程中了解了元件的参数和特性，在调试过程中学会了使用示波器，培养了分析问题、解决问题的能力，这样做不仅有利于因材施教，为学生的自由发展创造良好条件，而且可以提高实验室的利用率，同时还开发了学生的潜力，为学校组织山东省机电产品创新大赛、全国电子设计大赛等培养了人才。如学生制作的数字晶闸管触发器、三相桥式全控整流电路实验装置等产品实际使用效果很好，完全可以取代TKDD-1型实验台上的相应挂件，还可以供下一届学生做实验时使用。
通过开放实验室项目的实施，实现了理论与实践相结合的实验教学理念，充分调动了学生的兴趣和积极性，达到了培养其创新能力和动手能力的目的。
五、结束语
通过多种实验教学方法的综合运用，改变了传统的照葫芦画瓢式的实验教学，使实验变得生动有趣，富有创造力，对激发学生做实验的兴趣，更好地理解课堂上所学的理论知识，培养学生的创新思维、探索精神和动手能力，培养符合社会需求的专业应用型人才具有积极的促进作用。
参考文献：
[1]孙建廷，雷刚.新时期“电力电子学”教学模式改革与探索[J].中国电力教育，2011，（21）：182-183.
[2]葛瑜，王武.电力电子技术递阶式实验教学研究[J].实验技术与管理，2011，28（5）：156-159.
[3]海德伦，秦毅男.电力电子技术实验手段探索[J].实验室科学，2006，（6）：106-108.
[4]段晓燕.工学电力电子技术实践教学案例分析[J].实验科学与技术，2011，9（1）：22-24.
[5]陈因，韩丽俊.基于Multisim的电力电子线路仿真与设计[J].电力学报，2010，25（4）：318-320.
（责任编辑：孙晴）
关键词：电力电子技术；实验教学；教学改革
作者简介：姜风国（1976-），男，山东烟台人，烟台大学机电汽车工程学院，讲师。（山东 烟台 264005）
基金项目：本文系烟台大学教学改革与研究立项（项目编号：C044）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0137-02
“电力电子技术”是烟台大学机电汽车工程学院（以下简称“我院”）测控技术与仪器专业本科生的一门重要的专业基础课程，在整个专业课程体系中起着承上启下的重要作用。电力电子技术具有很强的理论性、实用性和实践性，[1-3]在做好理论教学的同时，加强实验教学非常重要。实验教学对帮助学生理解和巩固课堂理论知识，[4]培养学生的操作技能、创新意识和探索精神具有重要的作用。目前我院在电力电子技术实验教学环节中仍在使用2002年购买的杭州天煌教仪的“TKDD-1型电力电子技术及电机控制实验装置”，该实验装置经过多年使用，器件老化，故障率高，烧坏设备的情况经常出现；实验数据与理论值之间的误差很大，严重影响了实验效果；能做的实验数量少，而且多数为验证性实验，学生只能被动地接受实验结果，学习兴趣不大。这种单调的实验教学模式无法满足新形势下电力电子技术教学的需要，为此，对实验教学方法进行改革迫在眉睫。教研组尝试将以往纯粹的验证性实验教学改为多种模式相结合的方式来进行教学，取得了很好的教学效果。
一、保留必要的验证性实验
在实验初级阶段，学生刚接触电力电子技术实验，对实验设备和仪器还很陌生，此时采用传统的“老师讲、学生听”的方式，通过教师操作演示给学生看，对学生掌握实验设备和仪器的正确使用方法、强电实验中安全用电的基本知识和注意事项以及进行规范操作很有好处。因此，需保留“三相桥式全控整流电路”验证实验，通过该实验可对学生起到良好的引导作用。
二、利用仿真软件增加虚拟实验
计算机仿真具有生动直观、经济、灵活的特点，[5]不但可以弥补实验设备数量不足的缺陷，而且不用担心实验设备损坏和学生的人身安全问题。在电力电子技术实验教学过程中引入计算机仿真，可以使枯燥的理论知识变得生动有趣，激发学生的学习兴趣和积极性，加深学生对理论知识的理解，有利于学生开展探索性、研究性实验，实现理论与实践的紧密结合，在提高教学质量和改善实验效果方面起到了很好的作用，而且仿真实验不受时间和地点的限制，学生也可以在课外用计算机仿真，克服了实验课时有限的限制。
例如，图1是运用Multisim10软件对三相半波可控整流电路带电阻性负载时的仿真电路。电源为220V、50Hz的三相对称正弦电源，晶闸管选用2N3898，采用脉冲发生器作为晶闸管的触发信号。控制角α=0°时的仿真结果如图2所示。示波器XSC1显示的是输出整流电压的波形和晶闸管两端的电压波形，仿真结果与教材一致。学生可以很方便地仿真不同控制角α和不同负载情况下输出电压的波形，甚至可以模拟电路出现的故障，如开路、短路或脉冲丢失时的情况，在很大程度上满足了学生的探索性要求。仿真实验克服了传统实验调试过程中控制角α调节不准而导致的理论值与实测值不符的问题以及由于晶闸管两端电压较高（峰值为539V），考虑到学生和设备的安全而一般不允许学生操作的缺陷。
三、增加课程设计环节
课程设计是学生在整个学习过程中的一项综合性实践环节，是实验教学的一个重要组成部分。过去的教学内容中没有课程设计这个环节，部分学生学完该课程后，只了解了课本上的一些原理知识，对电力电子技术的具体应用并不清楚。通过增加课程设计环节，选取日常生活中比较熟悉、比较有代表性的一些产品，如可调光台灯、可调直流稳压电源、手机充电器等作为设计题目，把抽象的理论知识转变为活生生的实物，以拉近理论与实际生活的距离，从而激发学生的学习兴趣，提高学生对该课程的重视程度。通常2～3名学生做一个题目，学生们既有分工又相互协作，以共同完成设计题目。由于时间有限，不一定所有的学生都能做出实物，但要求每个题目都要用仿真软件仿真出结果。通过课程设计，可以使学生全面、综合地运用在“电力电子技术”和其他课程中学到的理论知识，让学生意识到各个课程之间不再是相互孤立的，而是一个紧密联系的整体，从而培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
四、开放实验室，开设综合与设计性实验
烟台大学自2011年开始实施教学实验室开放工作，设立了实验室开放专项基金，在教学计划外安排时间向学生开放实验室，为学有余力、有兴趣做探索性实验的学生提供了良好的条件。同时，教师可利用此机会，积极申报与电力电子技术相关的课题，鼓励学生走进实验室参与综合、设计、创新性开放实验项目。学生可以自主设计产品，也可以选作教师提供的课题，设计过程中教师要给予一定的指导，学生可自行查阅资料，购买元器件，设计、焊接和调试电路。学生在采购过程中了解了元件的参数和特性，在调试过程中学会了使用示波器，培养了分析问题、解决问题的能力，这样做不仅有利于因材施教，为学生的自由发展创造良好条件，而且可以提高实验室的利用率，同时还开发了学生的潜力，为学校组织山东省机电产品创新大赛、全国电子设计大赛等培养了人才。如学生制作的数字晶闸管触发器、三相桥式全控整流电路实验装置等产品实际使用效果很好，完全可以取代TKDD-1型实验台上的相应挂件，还可以供下一届学生做实验时使用。
通过开放实验室项目的实施，实现了理论与实践相结合的实验教学理念，充分调动了学生的兴趣和积极性，达到了培养其创新能力和动手能力的目的。
五、结束语
通过多种实验教学方法的综合运用，改变了传统的照葫芦画瓢式的实验教学，使实验变得生动有趣，富有创造力，对激发学生做实验的兴趣，更好地理解课堂上所学的理论知识，培养学生的创新思维、探索精神和动手能力，培养符合社会需求的专业应用型人才具有积极的促进作用。
参考文献：
[1]孙建廷，雷刚.新时期“电力电子学”教学模式改革与探索[J].中国电力教育，2011，（21）：182-183.
[2]葛瑜，王武.电力电子技术递阶式实验教学研究[J].实验技术与管理，2011，28（5）：156-159.
[3]海德伦，秦毅男.电力电子技术实验手段探索[J].实验室科学，2006，（6）：106-108.
[4]段晓燕.工学电力电子技术实践教学案例分析[J].实验科学与技术，2011，9（1）：22-24.
[5]陈因，韩丽俊.基于Multisim的电力电子线路仿真与设计[J].电力学报，2010，25（4）：318-320.
（责任编辑：孙晴）