“电力电子技术”课程的网络化建设南京航空航天大学自动化学院.doc

电力电子技术课程教学与网络化建设Power Electronics Course Teaching & Network Foundation陈 新 谢少军Sean Chen Shaojun Xie(南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室 210016) (APSC, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Nnanjing, 210016)摘 要 随着电力电子技术专业的发展和教学手段的不断发展，电力电子技术教学也得到了广泛重视和快速发展。将传统教学方法与网络化的实现手段进行结合，可以建立起一套完整的、开放的、交互式的学习平台，并最大限度地调动学生学习的主动性和积极性，提高教学质量和实现最大程度的教学传播。文章详细介绍了南航电力电子技术课程的网络化建设，给出了其系统结构及各部分的详细设计，为网络化课程建设提供了很好的参考作用。关键词 电力电子技术 教学 网络 Abstract：With the development of Power Electronics and teaching means, The Power Electonic Teaching have received abroad recongnition and fleetly development. With the link between tradition teaching means and network tools, one integrated, opening, and interactive learning platform have builted, which could inspire student positivity of study, improve teaching quality, and realize teaching spread for the most extent. The paper introduced the network built of Power Electronics Teaching detailly in NUAA, provided system framework and each subsystem particular design. It will be a good reference for network course teaching.Key words: Power Electronics, teaching, network引言目前我国处于经济高速发展期，对能源的需求非常迫切，同时能源的严重不足与利用率明显偏低这一矛盾十分突出。而电力电子技术就是以实现“高效率用电和高品质用电”为目标，电力电子技术的发展，正是解决这一矛盾的有力措施，所以电力电子技术已成为一门非常重要的专业，其专业课程教学也同样得到广泛关注。随着计算机技术的飞速发展，特别是网络化资源的发展，为人们对知识的获知提供了一种全新、便捷、高效的手段。对于电力电子技术专业课程教学，建设专业、系统的教学网站（网站永久域名/powerelec/index.asp），采用立体化的网络化建设，充分体现出现代教育理念，具有很好的创新性和实用性。1. 专业课程的网络架构设计电力电子专业教学有其独特特点，在网络建设时首先让学生充分了解整个专业课程的特点、教材体系、学习方法等背景知识，有针对性地掌握正确的学习方法，做到事半功倍；做为一个网络化的教学平台，要求提供课程教案、课程录像、教材书目等主要课程教学素材的下载，实现网络化教学和远程化教学；在课后辅导部分，提供课后习题、课程考核办法、在线答疑，以及丰富的相关专业资源下图1. 南航电力电子专业课程网络建设的结构框图载；电力电子是一门理论与实验充分结合的专业，所以其网络化建设中，实验系统也是必不可少的一部分，包括：实验目的、实验教材、实验设备和实验介绍等；最后结合本校电力电子教学平台，对任课教师、教改成果等进行介绍，对南航电力电子教学概况进行了充分展示。图1为南航电力电子专业课程网络建设的结构框图。2. 专业课程的课程特点和学习方法电力电子技术是一门综合电力学、电子学、控制理论等许多学科的交叉学科。在网络建设中首先在课程专业网络栏目中，首先对课程背景进行了介绍，并对课程的内容组织与教学大纲进行分析，此外还结合专业特点分析了课程的学习方法。这样，有助于学生在学习之前，对专业课程的课程特点和学习方法有充分了解，便于采用合适的学习方法提高学习效率。作为电气工程与自动化（电气工程及其自动化、自动化）专业类的专业技术基础课, 教学内容以器件发展为纲，将课程内容主要分为两大部分：传统电力电子部分，其器件代表为晶闸管，包括晶闸管的器件知识以及典型整流、逆变应用电路分析；现代电力电子部分，其器件代表为多种全控器件，包括这些器件的原理和典型DC-DC电路分析；此外，还包括电力电子变换器中磁性元件的设计以及电力电子系统热设计的基本工程方法。“电力电子技术”与“模拟电子”、“电路”和“电子技术基础”等专业课程是相互联系的，学习时注意知识体系的系统化和完整化，必要时需要结合相关专业课程进行参考学习，如对电力电子器件章节的学习最好结合模拟电子课程中的小功率器件的学习，对电力电子电路的分析过程可以结合电路中通用电路分析方法的。电力电子技术是伴随器件的发展而发展，所以专业课程的学习也应该将器件作为基础，通过学习电力电子器件的原理和特性，并掌握器件外部特性、极限参数和定额设计方法。电力电子是通过电力电子装置来实现节电目的，所以各种功率变换电路是课程的核心组成部分，在学习中应掌握功率变换主电路的构成、工作原理和工作波形，不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算和选择。3. 专业课程的网上课堂图2. 全桥可控整流电路的互动学习范例电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。因此，电力电子的电路应用是十分重要的。学习各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路时，学生应掌握功率变换主电路的构成、工作原理、工作波形以及参数计算选择，同时对电路的分析不能生搬硬背，应针对其特点灵活处理，如不同负载对电路工作特性的影响、负载续流二极管对电路工作特性的影响。在电力电子技术课程中，可控整流电路和晶体管电路是学习的重点，同时也是学习的难点。而网络化建设最大的特点就是为传统专业课程教学提供灵活多样的教学方法，同时也建立了一套完整、开放、交互的学习平台，可以大大提高教学效果和教学影响。图3. 电力电子技术网上课堂网页图为了提高教学效果，利用FLASH等多媒体工具，制作了一系列系统教学工具，不仅提供了完整系统的教学课案，而且对于特定电路的教学采用了交互式教学，对这些电路的各种工作模态进行互动性地深入展示和学习。图2即为全桥可控整流电路的互动学习范例，学生不仅可以方便的了解到控制角、导通角、移相、同步等相关概念知识，而且可以按工作模态查看电路的工作状态，如选取“T1/T4导通”模态，就可以直观看到此时的电路通路动画演示，并且在波形分析中以高亮形式显示此时的各个关键电压/电流波形变化，通过这种互动式的直观教学，方便对教学的难点进行自学或课后复习。此外在网上也提供了多位教授关于重点章节的精彩课堂录像，如邢岩教授的“功率晶体管的缓冲电路”课程、龚春英教授的“晶体管功率电路”课程、王莉副教授的“可控整流电路”课程。不仅可以在网上直接通过流媒体在线观看，也可下载后离线观看。完整的网页图可参见图3。4. 专业课程的课后辅导电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。因此，电力电子的电路应用是十分重要的。学习各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路时，学生应掌握功率变换主电路的构成、工作原理、工作波形以及参数计算选择，同时对电路的分析不能生搬硬背，应针对其特点灵活处理，如不同负载对电路工作特性的影响、负载续流二极管对电路工作特性的影响。5. 专业课程的课后辅导网络化教学的一个重要目的是远程教学，所以在，电力电子专业的发展日新月异，电力电子装置对高可靠性、高效率、高功率密度、低成本、低污染等要求的不断提高；无电网污染、无电磁干扰、节能省电等绿色指标也逐渐成为当前电源研究热点；集成智能模块、数字控制、网络监控等新技术成为将来电源的发展方向。在网络化建设中，通过新闻动态、公告栏等栏目，将最新行业动态展现出来，便于学生在学习过程中不断吸收最新信息。同时提醒注意了解电力电子技术的发展动态，扩大知识面，这可通过阅读与电力电子技术有关的学术期刊，给出了相关专业网站的网络链接，方便学生了解行业动态，从而站在较高的起点上，去适应学科未来发展的需要。6. 专业课程的动手实验电力电子技术是一门实践性非常强的课程，很多概念和方法必须通过实践环节才能较好地领会和掌握。因此，与课程同步的实验课强调概念性、基础性和实践性，体现电力电子技术课程的基本要求。实验内容与课堂教学一致，包括工频变换器和高频变换器两大部分。实验装置设计特别注意给学生提供尽可能多的操作空间，鼓励学生大胆动手、独立思考分析，自己设计具体的实验步骤及内容。学生通过专业实验不仅可以进一步理解深化相关的专业理论学习，更能较大程度地提高学生掌握专业技能能力。配套的实验教材“电力电子技术实验指导书”为南航自编教材，经过多年的不断使用也随教材经过了几次改进。不仅包括基础性原理知识与验证性实验，还提供了综合设计和综合测试内容，与理论教材相得益彰, 并将理论和实践教学部分相对分离，相互配合，单独考核，从而达到强调实践的效果，也大大改善了理论教学效果。目前与正在开发制作中的新的实验系统相配套的实验指导书正在编写，预计明年投入使用。我校电力电子学科既是江苏省重点学科也是国防科工委重点学科，我单位同时还是航空电源重点实验室，在电力电子学科方面有着很强的实力，在实验与研究过程中积累了丰富的经验，自主研制了大量实验平台并取得了一定的成果，这些自主研制的实验设备贴近我们的教学和实验要求。现有的实验设备便是我们自主研制的结果。在课程网络建设中，对课程配套实验进行了系统介绍，包括实验目的、实验教材、实验设备和具体实验电路，给出了三相全控桥式整流电路及其触发电路实验、降压/升压式变换器实验、桥式变换器电路实验等所有实验的详细内容。通过网络化教学，学生在实验前可以很好地进行预习，提高实验效果，即使对于没有实验条件的远程教学而言，此部分也可作为课堂学习的很好补充。电能变换的实际需要推动迅猛发展，除基本的电性能参数外，是普遍关注的品质。由于很多电力电子装置结构相当复杂，为简化设计而出现的集功率开关、变换控制电路、传感控制电路为一体的智能功率集成模块受到欢迎，厚膜集成模块、积木式的功能模块，灵活机动，既能单独使用，又能相互组合成较大的系统，成为电力电子技术的发展方向。结论借助网络化建设，可以将