試析電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討
論文摘要：針對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)如何從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些可行性探討。搭建傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)三級(jí)平臺(tái)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)+仿真實(shí)驗(yàn)+開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的方法，大大滿足了不同層面學(xué)生的實(shí)踐要求。
論文關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；仿真實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)
電力電子技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)一門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程為后續(xù)專業(yè)課打下重要基礎(chǔ)，它是控制技術(shù)和電力技術(shù)的交叉學(xué)科。簡(jiǎn)單說(shuō)在電力拖動(dòng)與控制、電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)等課程里都離不開(kāi)電力電子技術(shù)這門課的基本理論。它廣泛應(yīng)用于每個(gè)領(lǐng)域，具有極強(qiáng)的實(shí)用性、廣泛性，因此，讓學(xué)生掌握好這門課有著重要意義。
一、電力電子技術(shù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的重要性與局限性
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是電力電子技術(shù)這門課的重要環(huán)節(jié)，如何上好這門實(shí)驗(yàn)課，對(duì)我們實(shí)驗(yàn)人員提出一個(gè)長(zhǎng)期探索的問(wèn)題。首先是提高我們自身素質(zhì)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，提高實(shí)驗(yàn)技能，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法。其次是怎么激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們對(duì)該課的認(rèn)知度，潛移默化地把他們的思維引進(jìn)想探討、想創(chuàng)新、想解決問(wèn)題的高度。為學(xué)生提供直觀形象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也很重要。
1.電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)
電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是電路多波形多，分析原理以及輸入輸出結(jié)果，更多是以輸入輸出波形來(lái)分析驗(yàn)證，所以學(xué)生感到很抽象。理論知識(shí)課堂傳授了，來(lái)到實(shí)驗(yàn)室可以從書中電路圖形走進(jìn)實(shí)際的元件、導(dǎo)線連接的真實(shí)電路，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器、儀表，驗(yàn)證其正確性，理解原理、性質(zhì)，觀察各種狀態(tài)下輸入輸出波形，對(duì)照理論知識(shí)，充分證實(shí)、驗(yàn)證原理的正確性，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)內(nèi)容。
2.電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容
在該課實(shí)驗(yàn)中，半控型器件組成的單相整流、三相整流、單相逆變、三相逆變，是第一部分實(shí)驗(yàn)。自關(guān)斷全控型器件組成單相正弦波逆變電源，單相交流調(diào)壓電路，直流斬波電路性能研究，單相交直交變頻電路研究，半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源性能研究是第二部分內(nèi)容。第一部分是靠改變觸發(fā)角來(lái)改變電路狀態(tài)，改變輸出結(jié)果。第二部分是靠PWM信號(hào)調(diào)節(jié)占空比，靠SPWM信號(hào)改變調(diào)制度來(lái)控制各點(diǎn)狀態(tài)波形的。
3.電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的重要性
電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論的過(guò)程就是實(shí)際操作能力的培養(yǎng)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不盡與理論完全相符，那么提出問(wèn)題，找出不同，再去實(shí)驗(yàn)，直到分析出原因的過(guò)程，就培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。同時(shí)也掌握了實(shí)驗(yàn)的基本方法基本技能以及實(shí)驗(yàn)手段。在實(shí)驗(yàn)中能夠真正掌握儀器，儀表的使用方法以及注意事項(xiàng)，學(xué)會(huì)如何獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，就是操作應(yīng)用技術(shù)的提高。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中每一次小小故障，都是對(duì)同學(xué)一種安全意識(shí)的培養(yǎng)，不正確的操作的危險(xiǎn)性，提示他們樹(shù)立一絲不茍的工作精神的重要性。所以，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必不可少的過(guò)程，是實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的手段。
4.電力電子技術(shù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性
電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程基本是在老師指導(dǎo)下，一步一步按實(shí)驗(yàn)規(guī)程運(yùn)作的，它不允許學(xué)生有太大的誤操作，雖然有很多的安全保護(hù)，一旦出現(xiàn)元器件損壞就會(huì)影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)，影響教學(xué)進(jìn)程。由于學(xué)生能做的實(shí)驗(yàn)是老師給定的，不允許學(xué)生自我設(shè)計(jì)電路自己進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，放手他們實(shí)驗(yàn)，肯定會(huì)有不規(guī)范操作，造成設(shè)備儀器損壞，甚至實(shí)驗(yàn)癱瘓。這樣開(kāi)放電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室有著巨大困難。不僅實(shí)驗(yàn)中電壓較高，存在安全問(wèn)題，而且設(shè)備要重復(fù)好多班使用，必須保證再次實(shí)驗(yàn)繼續(xù)。這樣開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室就存在好多困難，不能讓學(xué)生嘗試創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生求知欲望受到局限，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生純屬被動(dòng)操作，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，由于課程所給學(xué)時(shí)數(shù)有限，遇到問(wèn)題基本由老師來(lái)解決，這樣降低了學(xué)生思考分析解決問(wèn)題的能力，束縛潛能發(fā)揮。其次，裝置﹑設(shè)備大都采用了縮小功率的 系統(tǒng)模擬，往往存在這樣那樣的誤差。且儀器設(shè)備多少年重復(fù)使用，器件性能發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析會(huì)有各種誤差，影響了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證效果，開(kāi)放電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)一直有著根本性問(wèn)題。
二、仿真實(shí)驗(yàn)給開(kāi)放實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了很好的平臺(tái)
1.仿真實(shí)驗(yàn)打開(kāi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)空間
隨著計(jì)算機(jī)軟件的豐富，各種仿真軟件可以極大滿足電力電子技術(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以就書上所講內(nèi)容，自己可以使用不同軟件的界面功能，運(yùn)用模塊庫(kù)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)搭建電路，改變各參數(shù)，比較準(zhǔn)確驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，更有效加深鞏固理論知識(shí)。如果操作不正確不會(huì)出現(xiàn)事故，極大程度滿足學(xué)生的創(chuàng)新思維和對(duì)該課知識(shí)的探索性要求，實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度也大大減輕。我們?cè)陔娏﹄娮蛹夹g(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入了MATLAB仿真，它對(duì)于加深學(xué)生對(duì)這門課程的理解以及以后的課程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)放起到了良好的作用。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)的方法，學(xué)生可以直觀、形象地掌握不同電路工作特性，驗(yàn)證自己所學(xué)概念的正確性，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，開(kāi)闊嘗試思維空間。
2．仿真實(shí)驗(yàn)有著很多優(yōu)點(diǎn)
（1）仿真實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間、空間和物質(zhì)條件的限制，學(xué)生可以在課外自行上機(jī)，促進(jìn)課堂教學(xué)知識(shí)鞏固，有助于學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)。利用這樣一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建電力電子原理電路，分析仿真電路，將電力電子器件的工作狀態(tài)清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，既具體又生動(dòng)，這樣的效果是可想而知的。電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)具有圖形多，更多是要觀察，同一時(shí)刻，不同點(diǎn)的輸出，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，我們實(shí)驗(yàn)室提供示波器僅有兩路輸出，同一時(shí)刻只能觀察兩點(diǎn)波形。而在MATLAB仿真中我們可以同時(shí)觀察六路信號(hào)，這樣很直觀的留給學(xué)生同一時(shí)刻的不同點(diǎn)的輸出記憶，對(duì)原理理解更簡(jiǎn)單化。
�。�2）仿真實(shí)驗(yàn)還可以利用軟件模塊的參數(shù)設(shè)置功能，通過(guò)改變?cè)䥇?shù)值，經(jīng)仿真直觀地觀察到工作電路相關(guān)性能變化。被仿真的電力電子電路元件出現(xiàn)各種故障，如開(kāi)路、短路或脈沖丟失，都可以方便地模擬出來(lái)，這樣大大加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力有這很大的幫助，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新模式提供了完備的教學(xué)環(huán)境保障。
�。�3）仿真實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供可行性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，彌補(bǔ)了工程實(shí)驗(yàn)的不足，學(xué)生可通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)電路的正確性，每一次仿真實(shí)驗(yàn)的成功都會(huì)給他們極高的成就感自豪感，提高了學(xué)習(xí)興趣。
（4）在電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過(guò)程中，以MATLAB 仿真趣味化，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中，不斷產(chǎn)生質(zhì)疑、不斷探究，自主搜尋、思考分析，獲得問(wèn)題的答案。這給電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來(lái)了革命性的變化，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。
三、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生再回到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中
一直以來(lái)，電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放有著很多困難，因?yàn)閷W(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能有限，實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)放手他們操作，故障會(huì)多，儀表使用不正確，儀器、元件設(shè)備燒損不可避免。繼續(xù)實(shí)驗(yàn)困難重重，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)要求很高，這樣開(kāi)放實(shí)驗(yàn)形同虛設(shè)。我們知道開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，主要是為有探索要求的學(xué)生。所以實(shí)驗(yàn)室三級(jí)模式化有著重要意義。首先是每個(gè)學(xué)生都必須的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ�，其次是�?duì)有興趣想做設(shè)計(jì)性探索性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。最后是對(duì)有極強(qiáng)實(shí)踐要求的學(xué)生，仿真實(shí)驗(yàn)成功的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成他們仿真成功的設(shè)計(jì)方案。這樣一套循序漸進(jìn)三級(jí)模式實(shí)驗(yàn)，可以滿足不同需求的學(xué)生要求。對(duì)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放也提供了可行性方案。
四、結(jié)束語(yǔ)
電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，將計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，向?qū)W生提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力的空間。增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系的把握能力。同時(shí)能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新。這種課堂教學(xué)+ 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)+仿真實(shí)驗(yàn)+開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的方法，大大滿足了不同層面學(xué)生實(shí)踐要求，對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)改革開(kāi)闊了巨大空間，我們將在今后工作實(shí)踐中不斷地總結(jié)改進(jìn)提高。
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