CDIO模式下电力电子技术课程教学改革的思考
孙筠
[摘 要]电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程，包括电力学、电子学和控制理论，这是课程的三大支柱。笔者针对当前我国高校电力电子课程教学现状，结合高校应用型人才培养定位，依托工程教育模式，提出电力电子技术课程CDIO教学模式，对电力电子技术课程进行教学改革思考，以“构思-设计-实现-运行”为主线，贯穿理论教学和实验教学，让学生在“做中学”、“学中做”，最终成为应用型专业化人才。
[关键词]电力电子技术；CDIO模式；教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0077-02
电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程，包括电力学、电子学和控制理论，这是课程的三大支柱。电力电子技术课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程，在工业技术领域有极其广泛的应用。学生通过学习电力电子技术课程，掌握扎实的基础理论知识，具备极强的实际操作能力，熟悉构思、设计、实现、运行的产品研发过程，并具有相应的沟通协作能力和人际交往能力。在我国社会经济迅猛发展的背景下，电力电子专业学生就业态势良好，主要从事各大机关单位配电、配电设备生产及销售、建筑电气、电路开发工程师、PLC及控制、中国石化及相关企业、地铁公司等领域的技术工作。因此，如何教好电力电子技术课程，让学生有所学、有所用，成为大学生人才培养的重点问题。
CDIO模式是一种在全球各国广泛推行的工程教育模式，以产品或项目“构思-设计-实现-运行”为载体，为大学生创建企业模拟环境，帮助大学生掌握课程理论知识，培养大学生产品过程能力。CDIO模式以产品、项目的全生命周期为系统教育背景，制订CDIO课程教学标准和体系，让学生主动参与学习，在理论中学习，在学习中实践，通过CDIO模式提高工程能力。
因此，如何结合我国高校教育改革与创新趋势，把握高校电力电子技术课程应用型人才培养定位，融合CDIO模式理念，构建电力电子技术课程体系和培养方案，探索CDIO模式下电力电子技术课程教学方法成为广大教师需要思考的问题。电力电子课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程，符合CDIO模式教学支撑的课程特点，对电力电子技术课程展开CDIO模式课堂教学和实验教学的改革与探索，能为电力电子技术课程教学改革提供支撑和助推作用。
一、CDIO模式下电力电子技术课程教学改革
CDIO模式理念涵括了产品、项目全生命周期，注重理论和实践的联系，体现了“基于项目的教学”理念，和电力电子技术课程相结合，整合课程传统教学模式，形成电力电子技术课程CDIO教学模式。本文以“CDIO模式”为主线，构建贯穿电力电子技术课堂理论教学和实验教学的新型教学模式，并对此进行有益尝试。
（一）基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学
1.教学课程规划
在电力电子技术课程理论教学中，为了更好地开展理论教学，笔者建议有计划地将实践教学融入课堂教学全过程。在电力电子技术课堂教学中，教师向学生讲解理论基础知识，提出重难点，抛出问题，让学生进行仿真分析和总结。学生按照小组划分组建项目团队，对课堂理论知识进行讨论学习，从总体设计理论知识和项目任务，深入理解项目目标，主动发现问题。教师针对学生存在的学习问题进行引导，动态掌握学生理论知识学习情况，及时纠正学生理解中的错误。同时，教师还应全面开放电力电子技术实验室，开放电力电子技术项目实施环节，为学生项目团队设计项目任务。
笔者以“三相桥式全控整流电路”为例，为学生设计全控桥整流项目任务，结合三相交流变压、晶闸管工作特性、阻感式电路、纯阻性电路、触发电路等内容进行电力电子技术课程教学规划。
2.课堂教学方法
教师引導学生查找相关资料，对项目任务进行工作分解，以“自上而下”为项目设计导向，构思项目整体概念，从整体到局部，从宏观到微观，整合涉及的所有课程基础知识，结合“三项全控桥”设计、“触发电路”设计的工作结构和原理，构建模型，分析模型，计算参数，评估设计，模拟故障等，让学生实践“原理思考-分解任务-小组探讨-模型构建-课程讲解”，在教师的启发下主动学习，带着问题学习理论基础知识，带着目的和方向学习，绘制出电路原理图和集成出发电路图，能收获较好的课堂教学效果。
在电力电子技术课堂教学中，教师要将课堂教学和模型仿真并行，为学生创设“学习-构思-设计-仿真”的一体化电力电子技术课堂教学模式，培养学生电路设计思维和能力。
（二）基于CDIO模式的电力电子技术实验教学
1.基础实验验证
电力电子技术课程在理论知识课堂讲解结束后，需要结合课堂教学内容，设计理论知识基础实验验证，帮助学生巩固基础理论知识，并结合实验过程中遇到的问题进行讨论学习，提高学生问题解决能力，让学生能够在实验构思、设计、实现、运行中巩固理论知识，操练电路设计实践能力。
笔者以“反激变换器”为例，在给学生讲解介绍了反激变换器设计内容和实施步骤后，要求学生应用“电流型脉宽调制器芯片（UC3842）”设计反激变换器，在设计中正弘交流输入是给定的110V/50Hz，经过降压、整流后，输出功率实际为Pout=60W，开关频率为fs=64kHz，输出电压为Vo=15V，要求学生结合电路设计中的各元件参数，确定各参数的选取原则与计算公式，设计仿真方案，制作版图和电路板调试电路，撰写项目设计结果分析报告。
2.创新实验设计
在电力电子技术课程内容教学结束后，教师应梳理电力电子技术发展前沿，紧随时代步伐，更新课程教学内容，制订创新实验设计，让学生结合时代要求调整实验设计方案，遵循“理论学习-实验设计-仿真验证-实验”的流程，按照“基础-实践-综合-创新”的教学主线，创新设计电力电子技术综合实验。
“反激变换器”实验设计中的变换器电路设计包括主电路参数设计、控制电路参数设计。第一，主电路参数设计包括整流桥、变压器、滤波器、开关管等参数的选取，钳位电路、启动电路、供电电路等设计。其中，电感和变压器等磁性元件设计是反激变换器设计中最复杂的难点。在可变的电磁变换环境下，高频变压器工作发挥着变压器和电感双重作用，变换器性能受原副边匝数比、线圈电感、磁芯参数等参数关键影响，学生需要计算这些参数，然后结合计算结果绕制变压器。第二，控制电路参数设计包括振荡电路参数设计、光耦隔离部分参数设计、反馈采样电阻设计、驱动电路设计。通过设计控制系统，学生有机结合自动控制理论和电力电子技术，深入理解PID控制理论，这样可培养学生电力电子技术知识运用能力和问题解决能力。
二、CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价
CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价包括过程考核和结果考核。
电力电子技术课程过程考核应构建“自评+互评+师评”的评价指标。其中，自评指标需要学生在正确认识自我基础上，对自己学习态度、操作能力、创新能力进行客观评价；互评指标是在项目小组分工下，由小组成员对学生的学习态度、操作能力、团队参与、项目报告等能力进行客观评价；师评是教师结合学生在学期内的课堂和实验表现，对学生学习态度、操作能力、团队参与、实验设计等能力进行评价，全面提高学生专业素养。
电力电子技术课程结果考核是试卷考核，教师为学生创新课程试卷，设计“理论知识+实验设计”的新型试卷，以“理论+实验”的试卷模式取代“理论+计算”的试卷模式，全面考核学生知识应用和创新能力。
教师应该结合学校专业人才培养方案，在过程考核和结果考核之间设定科学权重，制订课程教学考核标准，以计算最终课程成绩。
三、结论
本文提出CDIO模式下的电力电子技术课程教学改革模式和实施“构思-设计-实现-运行”的流程，帮助学生应用理论知识实施实验，掌握电力电子技术课程知识，掌握课程实验操作方法，使课程理论和实践融会贯通。笔者在电力电子技术课程内容和就业去向分析的基础上，结合CDIO模式理念，指明電力电子技术课程教学改革趋势，提出“基于项目教学”的电力电子技术课程CDIO教学模式。本文从教学课程规划和课堂教学方法，论述了基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学改革，从基础实验验证和创新实验设计，论述了基于CDIO模式的电力电子技术实验教学。最后，笔者给出CDIO模式下电力电子技术课程教学考核的新办法，包括“自评+互评+师评”的电力电子技术课程过程考核和“理论知识+实验设计”的电力电子技术课程结果考核，形成“CDIO”模式下电力电子技术课程新型教学模式，培养应用型专业化人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡静波. “电力电子技术”课程的CDIO教学改革[J].高教学刊，2015（6）：34-35.
[2] 夏晨阳，夏帅，伍小杰，周娟.基于学校特色及专业应用导向的“电力电子技术”教学改革研究[J].扬州大学学报（高教研究版），2014（S1）：14-18.
[3] 王建冈.电力电子技术课程实践教学改革探讨[J].自动化与仪器仪表，2009（6）：139-141.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程，包括电力学、电子学和控制理论，这是课程的三大支柱。笔者针对当前我国高校电力电子课程教学现状，结合高校应用型人才培养定位，依托工程教育模式，提出电力电子技术课程CDIO教学模式，对电力电子技术课程进行教学改革思考，以“构思-设计-实现-运行”为主线，贯穿理论教学和实验教学，让学生在“做中学”、“学中做”，最终成为应用型专业化人才。
[关键词]电力电子技术；CDIO模式；教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0077-02
电力电子技术课程是一门理论和实践紧密联系的课程，包括电力学、电子学和控制理论，这是课程的三大支柱。电力电子技术课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程，在工业技术领域有极其广泛的应用。学生通过学习电力电子技术课程，掌握扎实的基础理论知识，具备极强的实际操作能力，熟悉构思、设计、实现、运行的产品研发过程，并具有相应的沟通协作能力和人际交往能力。在我国社会经济迅猛发展的背景下，电力电子专业学生就业态势良好，主要从事各大机关单位配电、配电设备生产及销售、建筑电气、电路开发工程师、PLC及控制、中国石化及相关企业、地铁公司等领域的技术工作。因此，如何教好电力电子技术课程，让学生有所学、有所用，成为大学生人才培养的重点问题。
CDIO模式是一种在全球各国广泛推行的工程教育模式，以产品或项目“构思-设计-实现-运行”为载体，为大学生创建企业模拟环境，帮助大学生掌握课程理论知识，培养大学生产品过程能力。CDIO模式以产品、项目的全生命周期为系统教育背景，制订CDIO课程教学标准和体系，让学生主动参与学习，在理论中学习，在学习中实践，通过CDIO模式提高工程能力。
因此，如何结合我国高校教育改革与创新趋势，把握高校电力电子技术课程应用型人才培养定位，融合CDIO模式理念，构建电力电子技术课程体系和培养方案，探索CDIO模式下电力电子技术课程教学方法成为广大教师需要思考的问题。电力电子课程是自动化专业、电气通信专业的核心技术课程，符合CDIO模式教学支撑的课程特点，对电力电子技术课程展开CDIO模式课堂教学和实验教学的改革与探索，能为电力电子技术课程教学改革提供支撑和助推作用。
一、CDIO模式下电力电子技术课程教学改革
CDIO模式理念涵括了产品、项目全生命周期，注重理论和实践的联系，体现了“基于项目的教学”理念，和电力电子技术课程相结合，整合课程传统教学模式，形成电力电子技术课程CDIO教学模式。本文以“CDIO模式”为主线，构建贯穿电力电子技术课堂理论教学和实验教学的新型教学模式，并对此进行有益尝试。
（一）基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学
1.教学课程规划
在电力电子技术课程理论教学中，为了更好地开展理论教学，笔者建议有计划地将实践教学融入课堂教学全过程。在电力电子技术课堂教学中，教师向学生讲解理论基础知识，提出重难点，抛出问题，让学生进行仿真分析和总结。学生按照小组划分组建项目团队，对课堂理论知识进行讨论学习，从总体设计理论知识和项目任务，深入理解项目目标，主动发现问题。教师针对学生存在的学习问题进行引导，动态掌握学生理论知识学习情况，及时纠正学生理解中的错误。同时，教师还应全面开放电力电子技术实验室，开放电力电子技术项目实施环节，为学生项目团队设计项目任务。
笔者以“三相桥式全控整流电路”为例，为学生设计全控桥整流项目任务，结合三相交流变压、晶闸管工作特性、阻感式电路、纯阻性电路、触发电路等内容进行电力电子技术课程教学规划。
2.课堂教学方法
教师引導学生查找相关资料，对项目任务进行工作分解，以“自上而下”为项目设计导向，构思项目整体概念，从整体到局部，从宏观到微观，整合涉及的所有课程基础知识，结合“三项全控桥”设计、“触发电路”设计的工作结构和原理，构建模型，分析模型，计算参数，评估设计，模拟故障等，让学生实践“原理思考-分解任务-小组探讨-模型构建-课程讲解”，在教师的启发下主动学习，带着问题学习理论基础知识，带着目的和方向学习，绘制出电路原理图和集成出发电路图，能收获较好的课堂教学效果。
在电力电子技术课堂教学中，教师要将课堂教学和模型仿真并行，为学生创设“学习-构思-设计-仿真”的一体化电力电子技术课堂教学模式，培养学生电路设计思维和能力。
（二）基于CDIO模式的电力电子技术实验教学
1.基础实验验证
电力电子技术课程在理论知识课堂讲解结束后，需要结合课堂教学内容，设计理论知识基础实验验证，帮助学生巩固基础理论知识，并结合实验过程中遇到的问题进行讨论学习，提高学生问题解决能力，让学生能够在实验构思、设计、实现、运行中巩固理论知识，操练电路设计实践能力。
笔者以“反激变换器”为例，在给学生讲解介绍了反激变换器设计内容和实施步骤后，要求学生应用“电流型脉宽调制器芯片（UC3842）”设计反激变换器，在设计中正弘交流输入是给定的110V/50Hz，经过降压、整流后，输出功率实际为Pout=60W，开关频率为fs=64kHz，输出电压为Vo=15V，要求学生结合电路设计中的各元件参数，确定各参数的选取原则与计算公式，设计仿真方案，制作版图和电路板调试电路，撰写项目设计结果分析报告。
2.创新实验设计
在电力电子技术课程内容教学结束后，教师应梳理电力电子技术发展前沿，紧随时代步伐，更新课程教学内容，制订创新实验设计，让学生结合时代要求调整实验设计方案，遵循“理论学习-实验设计-仿真验证-实验”的流程，按照“基础-实践-综合-创新”的教学主线，创新设计电力电子技术综合实验。
“反激变换器”实验设计中的变换器电路设计包括主电路参数设计、控制电路参数设计。第一，主电路参数设计包括整流桥、变压器、滤波器、开关管等参数的选取，钳位电路、启动电路、供电电路等设计。其中，电感和变压器等磁性元件设计是反激变换器设计中最复杂的难点。在可变的电磁变换环境下，高频变压器工作发挥着变压器和电感双重作用，变换器性能受原副边匝数比、线圈电感、磁芯参数等参数关键影响，学生需要计算这些参数，然后结合计算结果绕制变压器。第二，控制电路参数设计包括振荡电路参数设计、光耦隔离部分参数设计、反馈采样电阻设计、驱动电路设计。通过设计控制系统，学生有机结合自动控制理论和电力电子技术，深入理解PID控制理论，这样可培养学生电力电子技术知识运用能力和问题解决能力。
二、CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价
CDIO模式下电力电子技术课程教学考核评价包括过程考核和结果考核。
电力电子技术课程过程考核应构建“自评+互评+师评”的评价指标。其中，自评指标需要学生在正确认识自我基础上，对自己学习态度、操作能力、创新能力进行客观评价；互评指标是在项目小组分工下，由小组成员对学生的学习态度、操作能力、团队参与、项目报告等能力进行客观评价；师评是教师结合学生在学期内的课堂和实验表现，对学生学习态度、操作能力、团队参与、实验设计等能力进行评价，全面提高学生专业素养。
电力电子技术课程结果考核是试卷考核，教师为学生创新课程试卷，设计“理论知识+实验设计”的新型试卷，以“理论+实验”的试卷模式取代“理论+计算”的试卷模式，全面考核学生知识应用和创新能力。
教师应该结合学校专业人才培养方案，在过程考核和结果考核之间设定科学权重，制订课程教学考核标准，以计算最终课程成绩。
三、结论
本文提出CDIO模式下的电力电子技术课程教学改革模式和实施“构思-设计-实现-运行”的流程，帮助学生应用理论知识实施实验，掌握电力电子技术课程知识，掌握课程实验操作方法，使课程理论和实践融会贯通。笔者在电力电子技术课程内容和就业去向分析的基础上，结合CDIO模式理念，指明電力电子技术课程教学改革趋势，提出“基于项目教学”的电力电子技术课程CDIO教学模式。本文从教学课程规划和课堂教学方法，论述了基于CDIO模式的电力电子技术课堂教学改革，从基础实验验证和创新实验设计，论述了基于CDIO模式的电力电子技术实验教学。最后，笔者给出CDIO模式下电力电子技术课程教学考核的新办法，包括“自评+互评+师评”的电力电子技术课程过程考核和“理论知识+实验设计”的电力电子技术课程结果考核，形成“CDIO”模式下电力电子技术课程新型教学模式，培养应用型专业化人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡静波. “电力电子技术”课程的CDIO教学改革[J].高教学刊，2015（6）：34-35.
[2] 夏晨阳，夏帅，伍小杰，周娟.基于学校特色及专业应用导向的“电力电子技术”教学改革研究[J].扬州大学学报（高教研究版），2014（S1）：14-18.
[3] 王建冈.电力电子技术课程实践教学改革探讨[J].自动化与仪器仪表，2009（6）：139-141.
[责任编辑：钟 岚]
