以“产出”为目标的电力电子学课程改革

宋潇潇 孙章 沈霞 阎铁生

摘 要 “电力电子学”课程主要讲授电能变换和控制，是电气工程专业非常重要的专业课，课程专业性强，难度大。在工程认证背景下，基于OBE（Outcomes-Based Education）理念，以学生的能力产出为目标，在课程中优化教学内容，改革教学方法，对培养学生解决复杂工程问题的能力具有非常积极的意义。

关键词 OBE理念 电力电子学 课程改革

Abstract The course of power electronics studies power conversion and control， which is a very important professional course for electrical engineering major. Power electronics is very professional and difficult course. Under the background of engineering certification， based on the idea of outcomes-based education （OBE）， aiming at students' ability output， optimizing teaching content and reforming teaching methods in the course are great significance to cultivate students' ability to solve complex engineering problems.

Keywords concept of OBE; power electronics; reform of course

0 引言

為了适应社会经济高速发展，国家提出了创新驱动发展的战略，工程能力、创新能力以及其他的复合能力变的越来越重要，电气工程及其自动化的专业技术人才不仅要掌握扎实的专业知识，还要具有解决复杂工程问题的能力，为此以产出为导向，以培养能力为目标的OBE（Outcomes-Based Education）教育模式越来越受到重视。[1-4]课程作为教学的基本载体，课程的建设对学生能力的获得起到了非常关键的作用，因此课程的建设和改革势在必行。

电力电子学是一门典型的交叉学科，主要研究如何高效的实现电能变换和控制，电子学、电力学和控制理论在电力电子技术中都发挥着重要的作用，[5-6]包括四种基本的能量变换模式：交流到直流变换、直流到交流变换、直流到直流变换以及交流到交流变换，但目前电力电子学课程的老师讲的多，学生参与热情不高，导致最终对解决复杂工程问题的能力培养达不到预期。基于OBE理念，以培养解决复杂工程问题的能力为目标，梳理教学内容，构建更为合理的教学体系;改革教学方法，使学生能根据用户要求，提出合适的解决方案，最终结果不仅能满足技术指标，同时能综合考虑经济指标、以及对环境等的影响。通过发现问题，提出问题，逐步提升学生解决工程问题的能力。

1 课程改革的实施

以产出为导向，以专业知识的掌握、工程意识和创新能力的培养为目标，我们从以下几方面对课程进行了建设。

1.1 精心梳理教学内容

电力电子课程作为电气工程专业的专业基础课程，包含整流、逆变、直直变换、交交变换四大类电力变换，还包含了不同的控制方法。课程内容多，课时显得不够，所以需要在教学大纲的框架内精心梳理教学内容和课程结构体系，具体如下：

（1）减少工程中不常见、不常用的电路。随着器件制造技术的不断发展，传统的半控型器件的领域正在被全控型器件所替代。考虑到半控型器件晶闸管的重要性在逐渐降低，而全控性器件得到了越来越广泛的应用，逐渐缩减整流部分的内容，减少课时，保留一些重要的常用的电路。比如单相整流电路中，单相桥式整流电路仍然需要在课堂上学习，而其他一些不常用电路就不再要求，把更多的精力放在直直变换电路以及逆变电路中。这样学生可以通过自学培养自己分析问题的能力，同时也解决课时不足的问题。

（2）控制方法和主电路学习相结合。针对控制方法，课程主要分析了相位控制的方法和PWM控制两种方法，注意控制方法和具体主电路的结合运用。电力电子系统的构成如图1所示。

图1中控制电路一般包含相位控制和PWM控制，主电路即是电力电子中的四种变换。在以前的教学中，课程开始时，向同学们介绍该系统构成，然后会分为四章分别介绍四种主电路，PWM控制技术又是独立的章节。由于各部分内容是分章进行，导致学生对主电路和控制电路如何配合构成电力电子系统印象不深刻，理解不深入，针对这个问题，将前后知识进行“迁移”，将四种能力变换的方式和相位控制以及PWM控制串接起来，在每一种主电路分析的时候，结合当前使用的控制方法，以构成电力电子系统为目标进行分析，让学生清楚必须主电路和控制电路配合起来，才能构建系统，避免以前学习中，学生对两部分知识的割裂，使学生建立起电力电子系统的概念。

（3）教学内容紧跟新技术发展前沿。电力电子技术是电气学科中非常活跃的一个分支，新技术不断出现，因此在教学中注意和技术前沿相结合。例如在第二章电力电子器件的学习中，引入SiC、GaN等新型器件，说明其在开关特性和参数上和传统的器件的区别，同时布置作业让同学们通过查找电力电子权威期刊杂志，了解当前器件的发展现状，以及器件发展对电力电子线路可能产生怎样的影响。这些问题都是开放的，学生查阅文献后需要归纳、总结。这样既培养了大家查阅文献能力，阅读英文文献的能力，也激发学生的学习兴趣。

（4）教学内容和工程实际相结合。电力电子技术和工程实际结合很紧密，在课程中也要体现其工程应用，在不同的章节中引入不同的工程案列，而有些综合的案例，需要融会贯通各章知识，才能解决问题。例如在电动汽车中，公共交流电网如何为蓄电池充电，这一部分首先需要用整流部分的内容，整流以后的直流电需要给蓄电池充电，这个过程需要用到直直变换电路的内容，蓄电池中存储的直流电如何给交流电机提供能量，这部分是逆变电路的内容，这些问题会提前布置给学生，学生同样需要分组查找资料，对系统有大体的认识，再通过课堂学习尽力解决遇到的问题。通过对这些工程案例的分析，学生理解了电力电子电路如何在生产实际中的应用，让理论和实际相结合，培养大家的工程意识。

1.2 更新教学方法

在梳理教學内容的基础上，也注意更新教学方法。

（1）采用信息化的教学手段。使用课程网站提前推送课程内容。电力电子学课程内容多，知识点密集，仅仅依靠上课时间是不够的，老师提前推送和课程内容相关的问题，利用课程网站的资源，同学可以提前观看相关视频，通过课前预习，使得学生对本次学习的内容做到心中有数，在预习中不懂的地方，有针对性的学习，会收到更好的效果。

（2）采用和工程实际结合的项目制教学方法。

在电力电子课程教学过程中，坚持以学生为中心，培养学生的解决工程问题的能力，以一个具体案例的实施为例，不仅要满足技术指标的要求，还要考虑经济性、对环境的影响等因素，最后综合确定设计目标。在这个过程中，学生运用所学的专业基础知识，查阅相关的国家标准和行业标准，得到几种不同的设计方案，并比较各自的优缺点，最终选择一个较为合适的总体设计方案。

例如，当需要设计一个电动汽车的充电器时，需要把公用电网上的交流电转换成为蓄电池充电的直流电。老师提前布置课题给学生，学生需要先查阅资料，理解蓄电池的充电方式有哪些？得到通常采用三段式的充电方式后，需要通过电力电子的专业知识，理解如何实现恒流和恒压充电。直直变换电路有很多种，应该用什么主电路实现，需要根据负载对充电系统的要求，选择满足指标的直直变换电路。主电路确定后，控制方式该如何选择？都是学生需要考虑的问题，在这个过程中，由于有具体的目标，学生上课会更加认真和积极。同时在选择整流电路时，不仅要考虑能满足技术指标的要求，还要考虑整流电路可能产生的谐波，而谐波会对周围设备以及对公用电网产生不利影响，因此需要考虑增加功率因数校正等环节，减小谐波对电网和对周围设备的影响。通过这些工作，让学生理解工程问题不仅只有技术问题，还需要考虑环境因素等问题，从而增强社会责任感。

2 结语

电力电子是研究高效的实现电能变换的一门学科，课时紧张，内容多，通过认真梳理教学内容，更新教学方法，使学生的工程意识和解决复杂工程的能力得到培养和锻炼。

参考文献

[1] 顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（ OBE） 的工程教育模式：汕头大学的实践与探索[J].高等R工程教育研究，2014（1）：27-37.

[2] 张培，胡元，何春莲，等.信息化与工业化融合的应用型人才培养模式探讨——以红河学院电气工程及其自动化专业为例[J].中国电力教育，2011（30）：6-7.

[3] 李晓英，王兴贵，杨维满.基于OBE的“电力电子技术”教学改革[J].电气电子教学学报，40（1）：45-48.

[4] 沈虹，王晓寰，张莹.基于OBE理念的电力电子技术课程教学改革[J].教育教学论坛（16）：118-119.

[5] 王兆安，刘进军.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[6] 钱照明，张军明.我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇[J].电工技术学报，2004.19（8）：10-22.