简论电力电子与自控系统实验教学改革的研究与实践

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论文摘要：通过对电力电子与自控系统实验教学的改革，总结了北京建筑工程学院实验中心实践教学改革的经验，将课程中涉及的理论、实践和工程实训进行多层次、模块化划分并有机结合，提高了学生的分析问题、解决问题和创新能力。

论文关键词：实践教学；创新能力；模块化；教学体系

科学技术和现代经济的高速发展需要基础知识和专业宽厚、具备创新精神和创造能力的高素质人才。突出综合素质与能力培养是高等学校本科教育的目标。教育部早在《关于加强高等学校本科教学工作提高教育质量的若干意见》文件中明确指出：“实践教学对于提高学生综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用。”因此，高等教育必须适应社会经济发展对人才的需求，实践教学始终是人才培养的重要环节，有着其他教学过程无法替代的显著作用。应用型人才应具有一定的理论基础、较高的专业技能和很强的工程实践应用能力。根据北京建筑工程学院“立足首都，面向全国，依托建筑业，服务城市化”努力培养为城市化服务的、德智体美全面发展、具有工程实践能力和创新意识的应用型高级专门人才的办学基本定位，针对北京地区二类学生的学习基础，结合北京建筑工程学院（以下简称“我院”）的办学特色和历届毕业生的追踪反馈信息及建筑生产企业对高校教学的要求，对“电力电子”、“电机拖动与自控系统”及“交流调速”课程体系进行系列实验教学改革。

一、课程体系总体结构

根据我院办学定位，提出了以“工程应用能力”培养为主线，专业内容以“应用为目的”，基础理论以“够用为尺度”的教学改革思想。通过对课程的基础理论和实践环节进行调整，强调了掌握概念、强化技能、培养工程应用能力的教学重点。明确了专业课程教育目的是为北京市城市经济建设培养从事建筑行业及相关领域的工程技术应用型人才。建立起了以北京重点实验室“建筑电气与智能化实验教学中心”为核心，搭建起多层次、模块化教学为主平台，辅以多元化教学方式的实践基地。

二、传统课程存在的问题

目前，我国普通高等学校的教学模式普遍存在着重理论轻实践的现象。由于我院电气工程及自动化专业是由传统工业企业自动化过渡而来的，是一个强电为主，强弱电技术、计算机技术相互渗透的宽口径专业，而“电力电子”、“电机拖动与自控系统”及“交流调速”课程的特点是所涉及的基础理论和知识面广，要求基础理论扎实，学生要有很强的分析问题和解决问题能力以及实践能力。而传统课程表现出教材厚、内容广、学时多，教学过程强调的是知识的系统性和理论的完整性，缺乏工程应用的针对性和实用性，尤其是课程所设及的内容不能结合建筑领域，学生不知上述课程学完以后在建筑行业能有什么用处，学习积极性不高，这种学术型的教学模式显然不适应对高级应用型人才培养的办学目标，因此，对上述课程改革势在必行，为了强调工程应用能力的培养，首先需要改革的便是实践教学环节。

三、教学内容的改革与实践

1.改革实验教学体系，探索新的实验教学方法

近年来，我院实验中心在如何拓宽学生素质培养平台，强化创新意识、创新能力的培养等方面进行了一系列有针对性的研究和实践。

（2）完善实验教学体系。在实验中心的正确领导下，和任课教师一起修改了实验教学计划、实验大纲，重新编写了实验指导书。完善了学生重修、重做一般性实验、综合性实验、设计性试验及实训管理制度，学生实验登记制度。从教学管理上督促学生从思想上重视实践能力的培训。 "

（3）重视实验考核和实验成绩。在实验教学的考核上，强调要严格按照实验教学大纲和项目中规定的考核标准进行，既有实际操作技能的考试，同时增加了笔试内容，提高实验成绩在期末成绩的比重，平时实验成绩占期末总成绩20%~30%，特别注重过程考核和综合能力测评，以确保实验教学质量。对于综合实验，设计型大实验及实训课，采用单独考试，以答辩的形式进行考核。几年来取得了明显效果。

现在“电力电子”、“交流调速”、“电机拖动与控制系统”的实验教学正按照教学改革计划制定的实验教学体系有目的、有步骤地进行和完善。从已完成的实验项目来看，教学的目的性、针对性及其实际效果都有了明显的提高。

2.建立多层次、模块化教学体系

根据对人才所需知识、能力和素质结构的要求，重新构建了电专业教学体系，确定了由易到难循序渐进的分层次、模块化教学方法，强调了理论与实践并重，理论为应用服务的原则，增大实践教学环节比重，采用“基础、综合、设计和实训”多层次实践教学模式，体现以培养具有独立思考和创新精神和创新能力为重点的教育特色。

（1）基础性实验。基础性实验多以验证性为主，属于培养学生的认识实践能力。主要对学生进行实验基本知识、基本方法、基本技能的规范性、严谨性训练和指导。通过这些基础实验，使学生掌握常用仪器、仪表的使用，学会参数测试、实验数据的记录，实验结果分析等基本实验技能。以培养学生实验操作能力为目的，巩固深化理论知识。这其中安排了锯齿波触发器实验、单相桥式可控整流实验、三相半波可控整流实验、三相全波可控整流实验、开环直流调速系统实验、单闭环直流调速系统实验和三相交流调压调速试验等。通过这些实验教学，加深了学生对基础理论知识的理解，培养了学生学习的兴趣，养成了严谨、求实、科学、思维开放的实验作风。

（2）综合性实验。综合性实验是培养学生动手能力、开发智力和创新意识而进行的实验教学。要求学生对所学的知识能灵活掌握，培养学生对专业理论知识的应用能力，锻炼学生综合实验技能，积累科学实验经验。在验证性实验的基础上，形成具有综合知识内容的综合性实验。主要安排了三相可控整流仿真系统实验、双闭环直流调速系统试验、异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统实验、基于DSP的矢量变换控制与直接转矩控制变频调速系统实验。这些实验涉及到模电、数电、电力电子、自控系统、电机拖动、自控理论及交流调速等课程。学生通过综合性实验，将这些知识有机的串联起来，达到了培养学生综合应用知识和创新能力的目的。

（3）综合设计性实验。主要是培养学生独立分析问题和解决问题的能力、科学的研究和创新能力。创新能力是在认识能力、应用能力培养的基础上进行更高层次的能力培养。我们在实践教学方法中采用了开放式的实践教学模式，学生可以随时进出实验室。我们主要教学计划是：第一，安排2周时间，通过电力电子等课程所学知识，设计制作一台不间断稳压电源；第二，安排3周时间，设计调试直流拖动双闭环调速控制系统。

综合设计性实验课一改过去教师扶着学生走的传统实验方法，而让学生自己设计原理图、硬件电路及流程图。并亲自动手焊接、调试电路。这对学生是一种全新的实验方式，在这里将给学生一定的自主权，使他们面对实际问题来发挥自己的聪明才智，检验自己的学识水平，在解决实际问题中来提高自己分析问题和解决问题的能力。学生学会了查阅文件资料，撰写论文，总结经验，最后拿出自己的设计制作实验成果，为今后科学研究打下基础。

（4）工程实训。注重培养学生的专业技能和动手能力，强化工程应用能力和实操训练是工科院校教学实践的内容。结合我院的办学定位和行业特色，明确了专业课程教育目的是为北京市城市经济建设培养从事建筑行业及相关领域的工程技术应用型人才。为此，电信学院建立了“建筑电气智能控制中心”实训基地和电力电子与电力传动控制系统大兴校区实训基地。两个实训基地，可完成电梯控制系统、风机水泵交流变频调速控制系统、空调控制系统、消防控制系统、动力和照明配电系统、低压电器控制设备等内容的实训。这些系统完全是建筑电气领域中真实系统的微缩，完全模拟实际系统运行的真实情况，是真实可操作的实验系统。它突出行业特点，整个工程实训过程也就是巩固理论、扩展知识面、增加动手能力和开拓智力的过程。它使以往所学的知识在紧张的思维设计、巧妙的具体使用中得到升华，并在解决一个又一个的难题中得到乐趣。

学生在实训基地中既可接受实际操作的职业素质训练和职业技能训练，又可以对现代建筑中的几大典型电气控制系统建立真实的感官认识和工程应用技能操作训练，对未来所从事的行业充满信心，可以更好地找到理论与实践的结合点。

四、结论

实践证明，几年来，实验中心依照“基础、综合、设计和实训”的多层次、模块化的实践教学方式，突出了以创新精神和创新能力培养为重点的专业课程的教学特色；体现了实践教学改革内容体系的创新。通过对“电力电子及自控系统”课程的实践教学环节的设计与改革，已初见成效，使北京建筑工程学院的电气工程及其自动化专业毕业生的实践意识、操作技能、工程应用等专业综合素质得到了很大提高，使实践教学步入多元化、科学化的轨道，拓展了学校的发展空间。