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摘要：通过在工程实践中典型的电力电子技术应用案例讲解，结合在电力电子技术课堂教学经验，分析了工程案例教学法在电力电子技术课堂教学中的显著作用，探讨了教学实施过程，提出了以案例助教学、以应用释原理、以问题析方法的教学实施过程，完善了课程的教学方法，获得了良好的教学效果，提高了教学质量。
关键词：工程案例；教学法；课堂教学；实践能力
作者简介：李鹏飞（1958-），男，安徽太和人，重庆科技学院电气与信息工程学院，教授；李正中（1974-），男，重庆人，重庆科技学院电气与信息工程学院，讲师。（重庆 400050）
基金项目：本文系重庆科技学院教改项目“电力电子技术课程教学方法的创新与实践”（编号：201002、201006）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）25-0101-02
案例教学法首创于哈佛大学，19世纪后半叶开始在法律教学中得以运用，后来逐渐运用到医学、管理学、军事学等学科的教学中，被教育界公认为是目前最有效的教学手段之一。我国于20世纪80年代开始引入管理案例教学法，现在已逐步扩展到工科类课程案例教学中。工程案例是将发生于工程实践中的客观事实经过文字、数据、图表、动画等方式进行概括、整理，形成可用于课堂交流或探讨的案例材料。笔者通过IGBT直接高压变频器在煤矿主井皮带机中的成功应用案例和多年专业课程教学经验，就案例教学在电力电子技术课堂教学中的应用问题进行探讨。
一、工程案例教学法在电力电子技术课堂教学中的显著作用
1.提高学生综合运用系统理论解决实际工程问题的能力
电力电子技术是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合、实践性和工程性很强的课程。它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。目的是使学生熟练掌握各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；学会运用各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标；培养学生分析问题和解决问题的能力，为从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。课程具有综合性强、知识跨度大、工程实践性强等特点。
传统的电力电子技术课堂教学在内容上缺乏针对性，以讲授各章节的知识为中心，学生以学习理论为主，对工业电气工程中的实际问题缺乏应有的关注，属于只见“树木”不见“森林”的孤立式片段教育行为，学生难以建立“工程系统总体设计”的指导思想，学习知识支离破碎，学生难以形成总体概念，学生中出现低能力的人数较多。而工程案例呈现的是工程现场所遇见的真实实际问题，往往能激发学生的兴趣，他们会关心在现场是如何处理的？如何解决的？解决的思路是什么？解决的方法是什么？这一系列疑问的探讨和分析具有针对性，学生在课堂上能体会到现场感，增强了理论与实践的相互联系，突破了“空洞无味”和“满堂灌”的教学模式。
如大同马脊梁矿主井皮带运输机中IGBT高压变频器的成功应用教学如下：
首先介绍工程背景：大同马脊梁矿井田面积170km2，现有三个综采队主采侏罗纪7＃、11＃和14＃煤层，地质储量50.7亿吨，可采储量29.74亿吨。井田水文地质条件简单，瓦斯含量低，为低瓦斯矿井。矿井于1996年6月技术改造完成后，核定生产能力为80万吨。近年来随着企业内部管理水平的不断提升，矿井产量逐年增加，实际能力已达360万吨。
改造前的工作情况：矿井煤流集中由高山主斜井强力胶带输送机送至煤厂洗选外运。该机为双滚筒三机拖动方式。现采用三台6千伏、400千瓦笼形异步电机与调速型液力耦合器驱动两个主动滚筒，其中1号电机和2号电机同轴拖动卸煤滚筒。
改造前的拖动系统存在的问题：
（1）各液力耦合器由于工作条件苛刻，现场条件较差，使得闭环伺服系统功能丧失。自身故障率高。
（2）机头楼层的楼板浇筑厚度为10厘米，楼层主次梁的强度及布局设计尺寸不能满足现在拖动装置电机体积要求。
基于以上两个问题，存在运行系统震动剧烈，导致轴承寿命缩短；液力耦合器油温高，长时期在高压、高温、高速的工况下工作，轴承润滑状况恶化，动静失衡丧失、自身震动加剧、现场维护难度加大、故障频繁等。
改造方案：采用成都佳灵电气制造有限公司生产的“JCC系列IGBT高压变频器”进行驱动系统改造，同时使用上普昱矿山设备有限公司生产的“KTW3-380S”主斜井皮带控制设备，以实现该系统的控制要求。
改造运行实际测量结果：液力耦合器运行电压为6.2千伏、电流平均为39安，变频器输入电压6.2千伏，电流平均为37安，每天实际运行20小时，按此计算。
日节电：2.463-2.336=0.127万千瓦时；日节约电费从2004年7月份起（工业用电电价为0.75元／千瓦时），则0.127×0.75=0.09525万元＝952元／日。
通过工程真实案例介绍，学生开始对该拖动系统存在的问题进行思考，并提出解决问题的方案和办法。接着引入现场改造的成功电路，通过IGBT主电路分析和介绍，阐述了节能运行工作原理，经实际运行数据证实，IGBT的PWM控制技术可以达到技术改造效果的目的，其高压IGBT主电路如图1所示。
2.让学生知道学有所用，调动学生主观学习热情
以前电力电子技术课程的教学方法是以教师为中心的，逐章逐节不厌烦地讲授，讲得过多、过细，以求“当堂弄懂”、“课上解决”。这样只是传授，学生总是处于被动接受的地位，极大地妨碍了学生学习的主动性和积极性的发挥，不利于学生素质和能力的培养。特别是当学生进入专业课学习阶段，既面临就业的压力又感到知识学习的无用。学生的学习情绪低落，学校的学风开始下滑。如果教师不抓住学生对身边熟悉的电气工程关注的心理开展工程案例教学，教学质量难以得到保障。本课堂直接通过马脊梁煤矿主井皮带机改造案例进行介绍和组织课程教学知识讨论，充分调动了学生的主观能动性，学生经过充分讨论，渴望求学解决问题所涉及的知识和技术，并与现场实际解决方案进行比较，加快了学生对专业知识的认知度，提高了学生工程实践分析能力。
3.以矿煤主井皮带机改造工程案例培养了学生独立思考、解决问题的良好思维方式
在大学学习过程中，学生既要学习课程知识又要注重思维方式的培养，其主要是解决技术难题时人们的思维方式培养，只靠讲授知识的过程是很难办到的。在案例教学中学生有机会去尝试寻找问题、思考问题、解决问题。如在讲授电力电子器件章节时，以马脊梁煤矿主井皮带机改造工程问题作为学生寻找问题、思考问题的案例，通过主井皮带机液力耦合器出现油温升高问题、主井皮带机运行过程中常常发生震动等问题教会学生如何与教师一起分析问题、探讨问题。这种在教学过程中通过引入工程案例的讨论教学模式是一种培养学生独立思维的良好方式。
二、工程案例教学法在“电力电子技术”课堂教学中的应用体会
在讲授“电力电子技术”专业课的实践中，笔者以案例教学为中心，始终围绕主电路电力电子器件参数设计为主线，展开功率器件PWM控制技术难点，进行重点分析。浅谈进行工程案例教学应注重的环节。
1.案例的真实性和典型性
所选的工程案例应当真实、有针对性、有系统性、有时效性、难易程度恰当，而且比较典型，能与课程教学内容的知识结合比较紧密，容易引起学生的兴趣，大多数学生对问题的引入、消化和吸收比较接受，案例有一定生动性。
笔者在讲到“IGBT器件通断控制技术”时，以煤矿主皮带传动电机运行发热与输入电压波形质量的谐波关系为例，根据电机转换效率与输入电压谐波分量的相互关联介绍了采用通断SPWM控制方法能有效抑制电源谐波，提高施加到电机端口上的电压质量，学生通过现场案例实测结果，总结所讲授的相关知识点，从概念到理解，又从理解到知识形成，达到了课堂教学良好效果，学生评价十分积极。
2.案例运用
工程案例需要加工处理才能构建较好的理论知识体系，课堂上讲述案例所涉及的知识点有许多，要对知识的重点加以反复强调。案例讨论过程要以学生为主导，学生将所学知识应用到案例的分析过程中。教师要时引导、步步深入，采用提问、发言相结合的方式激发学生的参与热情。
课堂上注重听取学生对问题解决的发言，教师接着进行分析与解答，在理清设计思路的基础上引导学生在国家工程规范、标准下进行有步骤地工程设计与计算包括设备选型。由于讨论内容丰富了课本气氛，学生兴趣十足，发言踊跃，教学效果得到了极大的改善。
3.案例教学总结
工程案例课堂教学是整个高校教学中非常重要的一环，因为在教师的协助、点评、分析、讨论和总结下，学生的知识才能从感性认识上升到理性认识，也只有通过典型案例才能起到举一反三的教学作用。通过案例教学学生知道如何将平时分散学习的知识综合起来，形成解决实际问题的应用过程。同时对当前IGBT功率器件新知识和新技术有一个比较全面的了解。工程案例教学可以使学生体会到解决实际问题的成就感，增强专业知识学习的积极性。
三、结束语
工程案例教学法大大提高了学生的专业技术能力，从而为全面提高“电力电子技术”课程的教学质量开创一个较好的教学形式，经过几年的教学和实践受到了学生的普遍好评。然而，在专业课程案例教学实施过程中仍有许多工作需要去做。对于挑选更多更好适合学生胃口的教学工程案例，教师必须付出许多的心血。中国的教学体制正面临着理论联系实际和更好地服务于社会的挑战，研究和推动工程案例教学有助于高校教学质量的进一步提高，培养高素质的工程技术人才，是我国高等教育提倡素质教育的未来目标，也是全国高等教育改革方向的必然之路。
参考文献：
[1]杨蕊.谈审计基础知识课程中的案例教学[J].职教论坛,2004,(2):16-18.
[2]陈琳,潘蜀健.案例教学法研究[J].高等建筑教育,1997,(4):14-16.
[3]袁春梅.对审计专业案例教学法应用的几点思考[J].会计之友,2006,(9):23-27.
[4]许朝阳,朱卫东.工程专业教学案例设置的几点思考[J].高等建筑教育,2004,(3):52-54.
[5]张润莲,张向利,叶进.案例教学法及其运用[J].桂林电子工业学院学报,2004,(4):102-105.
[6]苗张木.试论工科类课程中的案例教学[J].交通高教研究,2002,(1):36-38.
[7]杨达飞.案例教学在AUTOCAD课程中的拓展[J].应用装备制造技术,2008,(6).
[8]冯静.基于准案例教学法的工科教学新模式[J].高等教育与学术研究,2006,(3):69-72.
[9]王莎,管俊.案例教学法在剑桥商务英语教学中的运用[J].南京工业职业技术学院学报,2006,(3):81-86.
（责任编辑：王祝萍）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：工程案例；教学法；课堂教学；实践能力
作者简介：李鹏飞（1958-），男，安徽太和人，重庆科技学院电气与信息工程学院，教授；李正中（1974-），男，重庆人，重庆科技学院电气与信息工程学院，讲师。（重庆 400050）
基金项目：本文系重庆科技学院教改项目“电力电子技术课程教学方法的创新与实践”（编号：201002、201006）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）25-0101-02
案例教学法首创于哈佛大学，19世纪后半叶开始在法律教学中得以运用，后来逐渐运用到医学、管理学、军事学等学科的教学中，被教育界公认为是目前最有效的教学手段之一。我国于20世纪80年代开始引入管理案例教学法，现在已逐步扩展到工科类课程案例教学中。工程案例是将发生于工程实践中的客观事实经过文字、数据、图表、动画等方式进行概括、整理，形成可用于课堂交流或探讨的案例材料。笔者通过IGBT直接高压变频器在煤矿主井皮带机中的成功应用案例和多年专业课程教学经验，就案例教学在电力电子技术课堂教学中的应用问题进行探讨。
一、工程案例教学法在电力电子技术课堂教学中的显著作用
1.提高学生综合运用系统理论解决实际工程问题的能力
电力电子技术是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合、实践性和工程性很强的课程。它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。目的是使学生熟练掌握各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；学会运用各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标；培养学生分析问题和解决问题的能力，为从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。课程具有综合性强、知识跨度大、工程实践性强等特点。
传统的电力电子技术课堂教学在内容上缺乏针对性，以讲授各章节的知识为中心，学生以学习理论为主，对工业电气工程中的实际问题缺乏应有的关注，属于只见“树木”不见“森林”的孤立式片段教育行为，学生难以建立“工程系统总体设计”的指导思想，学习知识支离破碎，学生难以形成总体概念，学生中出现低能力的人数较多。而工程案例呈现的是工程现场所遇见的真实实际问题，往往能激发学生的兴趣，他们会关心在现场是如何处理的？如何解决的？解决的思路是什么？解决的方法是什么？这一系列疑问的探讨和分析具有针对性，学生在课堂上能体会到现场感，增强了理论与实践的相互联系，突破了“空洞无味”和“满堂灌”的教学模式。
如大同马脊梁矿主井皮带运输机中IGBT高压变频器的成功应用教学如下：
首先介绍工程背景：大同马脊梁矿井田面积170km2，现有三个综采队主采侏罗纪7＃、11＃和14＃煤层，地质储量50.7亿吨，可采储量29.74亿吨。井田水文地质条件简单，瓦斯含量低，为低瓦斯矿井。矿井于1996年6月技术改造完成后，核定生产能力为80万吨。近年来随着企业内部管理水平的不断提升，矿井产量逐年增加，实际能力已达360万吨。
改造前的工作情况：矿井煤流集中由高山主斜井强力胶带输送机送至煤厂洗选外运。该机为双滚筒三机拖动方式。现采用三台6千伏、400千瓦笼形异步电机与调速型液力耦合器驱动两个主动滚筒，其中1号电机和2号电机同轴拖动卸煤滚筒。
改造前的拖动系统存在的问题：
（1）各液力耦合器由于工作条件苛刻，现场条件较差，使得闭环伺服系统功能丧失。自身故障率高。
（2）机头楼层的楼板浇筑厚度为10厘米，楼层主次梁的强度及布局设计尺寸不能满足现在拖动装置电机体积要求。
基于以上两个问题，存在运行系统震动剧烈，导致轴承寿命缩短；液力耦合器油温高，长时期在高压、高温、高速的工况下工作，轴承润滑状况恶化，动静失衡丧失、自身震动加剧、现场维护难度加大、故障频繁等。
改造方案：采用成都佳灵电气制造有限公司生产的“JCC系列IGBT高压变频器”进行驱动系统改造，同时使用上普昱矿山设备有限公司生产的“KTW3-380S”主斜井皮带控制设备，以实现该系统的控制要求。
改造运行实际测量结果：液力耦合器运行电压为6.2千伏、电流平均为39安，变频器输入电压6.2千伏，电流平均为37安，每天实际运行20小时，按此计算。
日节电：2.463-2.336=0.127万千瓦时；日节约电费从2004年7月份起（工业用电电价为0.75元／千瓦时），则0.127×0.75=0.09525万元＝952元／日。
通过工程真实案例介绍，学生开始对该拖动系统存在的问题进行思考，并提出解决问题的方案和办法。接着引入现场改造的成功电路，通过IGBT主电路分析和介绍，阐述了节能运行工作原理，经实际运行数据证实，IGBT的PWM控制技术可以达到技术改造效果的目的，其高压IGBT主电路如图1所示。
2.让学生知道学有所用，调动学生主观学习热情
以前电力电子技术课程的教学方法是以教师为中心的，逐章逐节不厌烦地讲授，讲得过多、过细，以求“当堂弄懂”、“课上解决”。这样只是传授，学生总是处于被动接受的地位，极大地妨碍了学生学习的主动性和积极性的发挥，不利于学生素质和能力的培养。特别是当学生进入专业课学习阶段，既面临就业的压力又感到知识学习的无用。学生的学习情绪低落，学校的学风开始下滑。如果教师不抓住学生对身边熟悉的电气工程关注的心理开展工程案例教学，教学质量难以得到保障。本课堂直接通过马脊梁煤矿主井皮带机改造案例进行介绍和组织课程教学知识讨论，充分调动了学生的主观能动性，学生经过充分讨论，渴望求学解决问题所涉及的知识和技术，并与现场实际解决方案进行比较，加快了学生对专业知识的认知度，提高了学生工程实践分析能力。
3.以矿煤主井皮带机改造工程案例培养了学生独立思考、解决问题的良好思维方式
在大学学习过程中，学生既要学习课程知识又要注重思维方式的培养，其主要是解决技术难题时人们的思维方式培养，只靠讲授知识的过程是很难办到的。在案例教学中学生有机会去尝试寻找问题、思考问题、解决问题。如在讲授电力电子器件章节时，以马脊梁煤矿主井皮带机改造工程问题作为学生寻找问题、思考问题的案例，通过主井皮带机液力耦合器出现油温升高问题、主井皮带机运行过程中常常发生震动等问题教会学生如何与教师一起分析问题、探讨问题。这种在教学过程中通过引入工程案例的讨论教学模式是一种培养学生独立思维的良好方式。
二、工程案例教学法在“电力电子技术”课堂教学中的应用体会
在讲授“电力电子技术”专业课的实践中，笔者以案例教学为中心，始终围绕主电路电力电子器件参数设计为主线，展开功率器件PWM控制技术难点，进行重点分析。浅谈进行工程案例教学应注重的环节。
1.案例的真实性和典型性
所选的工程案例应当真实、有针对性、有系统性、有时效性、难易程度恰当，而且比较典型，能与课程教学内容的知识结合比较紧密，容易引起学生的兴趣，大多数学生对问题的引入、消化和吸收比较接受，案例有一定生动性。
笔者在讲到“IGBT器件通断控制技术”时，以煤矿主皮带传动电机运行发热与输入电压波形质量的谐波关系为例，根据电机转换效率与输入电压谐波分量的相互关联介绍了采用通断SPWM控制方法能有效抑制电源谐波，提高施加到电机端口上的电压质量，学生通过现场案例实测结果，总结所讲授的相关知识点，从概念到理解，又从理解到知识形成，达到了课堂教学良好效果，学生评价十分积极。
2.案例运用
工程案例需要加工处理才能构建较好的理论知识体系，课堂上讲述案例所涉及的知识点有许多，要对知识的重点加以反复强调。案例讨论过程要以学生为主导，学生将所学知识应用到案例的分析过程中。教师要时引导、步步深入，采用提问、发言相结合的方式激发学生的参与热情。
课堂上注重听取学生对问题解决的发言，教师接着进行分析与解答，在理清设计思路的基础上引导学生在国家工程规范、标准下进行有步骤地工程设计与计算包括设备选型。由于讨论内容丰富了课本气氛，学生兴趣十足，发言踊跃，教学效果得到了极大的改善。
3.案例教学总结
工程案例课堂教学是整个高校教学中非常重要的一环，因为在教师的协助、点评、分析、讨论和总结下，学生的知识才能从感性认识上升到理性认识，也只有通过典型案例才能起到举一反三的教学作用。通过案例教学学生知道如何将平时分散学习的知识综合起来，形成解决实际问题的应用过程。同时对当前IGBT功率器件新知识和新技术有一个比较全面的了解。工程案例教学可以使学生体会到解决实际问题的成就感，增强专业知识学习的积极性。
三、结束语
工程案例教学法大大提高了学生的专业技术能力，从而为全面提高“电力电子技术”课程的教学质量开创一个较好的教学形式，经过几年的教学和实践受到了学生的普遍好评。然而，在专业课程案例教学实施过程中仍有许多工作需要去做。对于挑选更多更好适合学生胃口的教学工程案例，教师必须付出许多的心血。中国的教学体制正面临着理论联系实际和更好地服务于社会的挑战，研究和推动工程案例教学有助于高校教学质量的进一步提高，培养高素质的工程技术人才，是我国高等教育提倡素质教育的未来目标，也是全国高等教育改革方向的必然之路。
参考文献：
[1]杨蕊.谈审计基础知识课程中的案例教学[J].职教论坛,2004,(2):16-18.
[2]陈琳,潘蜀健.案例教学法研究[J].高等建筑教育,1997,(4):14-16.
[3]袁春梅.对审计专业案例教学法应用的几点思考[J].会计之友,2006,(9):23-27.
[4]许朝阳,朱卫东.工程专业教学案例设置的几点思考[J].高等建筑教育,2004,(3):52-54.
[5]张润莲,张向利,叶进.案例教学法及其运用[J].桂林电子工业学院学报,2004,(4):102-105.
[6]苗张木.试论工科类课程中的案例教学[J].交通高教研究,2002,(1):36-38.
[7]杨达飞.案例教学在AUTOCAD课程中的拓展[J].应用装备制造技术,2008,(6).
[8]冯静.基于准案例教学法的工科教学新模式[J].高等教育与学术研究,2006,(3):69-72.
[9]王莎,管俊.案例教学法在剑桥商务英语教学中的运用[J].南京工业职业技术学院学报,2006,(3):81-86.
（责任编辑：王祝萍）
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