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面向工程創新設計能力培養的電力電子技術課程教學改革與實踐

發布日期:2021-10-19   來源:《變頻器世界》21-09期   作者:張文霞, 王翠,王建平   瀏覽次數:2974
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【摘   要】:面向我!峨娏﹄娮蛹夹g》專業課程教學改革的需要,采用課程項目教學法來優化整合教學和工程實踐內容,打造課堂教學為主,超星網絡課程平臺為輔全新線上線下教學模式。通過翻轉課程視頻作業和翻轉課堂講題模式使學生成為課堂和網絡課程平臺的主人,提升了學生的自主學習意識、自律意識;通過三個模擬實際工作項目的課程設計激發學生的自主學習興趣,鍛煉了學生的工程創新設計能力,實現了增強學生實踐能力的教學目的。同時,思政案例的引入和雙語課堂的打造,培養了學生嚴謹的專業態度和國際雙語視野。

 

關鍵詞:項目教學法;超星網絡平臺;翻轉課堂;思政案例;雙語課堂

Abstract: In order to meet the needs of the teaching reform of power electronic technology in our university, the project teaching method is adopted to optimize and integrate the teaching and engineering practice contents, and the online and offline teaching new mode is created with the classroom teaching as the main part and superstar network course platform as the auxiliary part. Through the flipped course video homework and flipped classroom lecture mode, students become the masters of the classroom and network course platform, and it can enhance their awareness of self-learning and self-discipline; Through the course design of three simulated practical projects, students' interest in autonomous learning is stimulated, students' engineering innovative design ability is exercised, and the teaching purpose of enhancing students' practical ability is realized. At the same time, the introduction of ideological and political cases and the creation of bilingual classroom cultivate students' rigorous professional attitude and international bilingual vision.

Key words: Project teaching method; Superstar network platform; Flipped classroom; Ideological and political cases; Bilingual classroom


1  引言

《電力電子技術》課程既是電氣工程及其自動化專業重要的理論必修課,同時也是強弱電方向的專業基礎課。目前《電力電子技術》課程主要采用傳統的理論教學,傳統教學方式偏重理論分析,分析方法比較平面,造成學生缺乏工程創新設計能力。青島城市學院機電工程系《電力電子技術》優質課程建設小組根據《2020級電氣工程及其自動化本科專業人才培養方案》,“本專業培養適應國家和區域經濟社會發展需要,具備本專業所需的基礎理論知識、外語運用能力及實踐動手和團隊合作能力,能夠從事電氣自動化領域工程創新設計和技術研發等工作,培養學生具有高度社會責任感、較強工程創新設計能力和國際雙語視野”。

在明確了專業培養目標基礎上,以工程創新設計能力培養為核心,分別從不斷優化整合教學內容、強化實踐教學效果和進一步深化教學效果三個層面進行電力電子技術課程教學改革與實踐.

 

2  優化整合教學內容

2.1  項目教學法

按照原理講解-實例分析-項目實踐逐步深入的課程模式,課程組引入了三個實際工作教學項目,分別是:項目一是單相半波調光燈電路設計,其中任務一主要講器件的結構及原理,任務二主要完成單相半波整流調光燈電路設計。圖1是課程學習過程中,需要學生設計并搭建的整流調光電路原理圖,圖2是學生搭建的整流調光電路實物圖;項目二是單相橋式可控整流電力機車電路,是本課程的核心,包括了三個任務,分別是:任務一分析單相橋式整流電路、任務二分析有源逆變電路和任務三調試單相橋式整流電力機車電路。圖3是學生需要學習并掌握的電力機車主電路原理圖,圖4是SS6B電力機車實物講解圖;項目三是開關穩壓電源電路設計,是對本課程的深化應用,將所學的理論知識充分融入到實際的電力電子裝置中去,將理性知識變得實用化和工程化。圖5是開關電源實物圖,圖6開關電源電路原理圖。

 

考慮到本課程學生實際操作的安全性,項目一首先把220V的交流電變成12V的交流電,然后給調光電路供電,所以學生在操作過程是安全的。

                                                

                                                                       圖1 整流調光電路原理圖

 

 

2 整流調光電路實物圖

 

單相橋式可控整流電力機車電路是引入機車牽引變壓器將25kV、50Hz的單相交流電壓降壓,然后以SS6B電力機車為例將交流電轉變成可調的直流電壓給直流牽引電動機起動、調速和制動。

 


3 電力機車主電路

 

4 SS6B電力機車實物圖

 

項目三開關穩壓電源設計的任務是將220V交流電轉換成12V或者5V直流電。開關電源穩壓系統具有保護模塊,可以有效的防護短路危害和外部的電壓波動。

 

5 開關電源實物圖

 

6 開關電源電路原理圖

 

2.2 翻轉課堂教學法

打造理論教學為主的翻轉課堂教學,網絡課程平臺主要以項目教學為主的全新教學模式,并進一步完善超星網絡教學平臺的建設。通過學生課外自己錄制翻轉課堂視頻作業和線下課堂學生主動要求講解翻轉講課模式,重新調整課堂內外的時間,使學生成為翻轉課堂教學法的主人,提高學生的主動學習和創新設計能力。圖7為學生上傳的翻轉課堂視頻作業,圖8為斬波電路翻轉講課課堂現場。

 

7 翻轉課堂視頻作業

 

 

8 斬波電路翻轉講課課堂

3  強化實踐教學

3.1  增設課程設計環節

在超星網絡課程平臺增加了課程設計章節,每個課程設計項目將上傳了老師講課視頻,要求學生在每次課程設計指導時間完成老師錄制視頻的預習工作,在指導時間里面指導老師認真聽取學生設計進展和設計疑問,指導老師提出建議幫助指導學生完成自己項目的設計。

3.2  電力電子仿真設計

在教學中研究搭建電力電子電路模型,如圖9所示,調試模型中各個器件的參數,同時分析仿真結果并跟課本波形進行對比。


9 搭建的整流
仿真模型

4  深化改革效果

4.1  引入思政元素

通過思政案例的學習,比如中國中車大功率IGBT研發、比亞迪新能源電池研發等案例和事跡,培養學生對待專業課嚴謹認真的學習態度和強烈的愛國主義情懷。例如:中國中車通過并購整合,自主研發創新,逐步建立了自主產權的功率半導體芯片,獲得了高壓大電流IGBT芯片關鍵技術。早在2008年,比亞迪便在寧波成立半導體公司,所研發的IGBT芯片廣泛應用于各款電動汽車上,打破了國外高端IGBT技術封鎖。

4.2 雙語課堂探索

課程組積極探索電力電子技術雙語課堂,英文教材選用《Power electronics: converter, applications, and Design》Third Edition,中文教材選用王兆安老師的《電力電子技術》第五版,精心制作英文課件和建設好中英文課程平臺,錄制中英文講課視頻,采取靈活多樣的課堂形式,有效調動學生學習專業課和英語的積極性,提升學生的專業實力。

5  結論

學生工程創新能力的培養需要經驗豐富的課程組教師作為引導,學生的積極配合,才能增進教學成果,需要長期的實踐和摸索;同時為了突出學生主體作用,借助超星網絡教學平臺,讓學生自行錄制電力電子技術翻轉視頻作業和翻轉課堂講課,線下課堂教學除了講理論教學為主,也要引入仿真教學;線上網絡課程平臺主要搭建實際工作項目,引導學生在課程設計開發電力電子電路,提高了學生的工程創新設計能力。同時積極引入思政教學案例和創建雙語教學課堂,培養學生的嚴謹認真的專業態度和國際雙語眼光。

 

參考文獻

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