课堂教学电力电子论文

【摘要】本文针对电力电子教学中教学内容落后、教学方法单调、实践教学不足等问题，提出更新教学内容、丰富教学方法和手段、加强教学实践、构建网络学习平台、引入微课教学等措施，以适应高等职业院校应用型人才模式的培养。下面小编整理了一些《课堂教学电力电子论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

课堂教学电力电子论文 篇1：

电力电子教学中电力电子器件的教学方法研究

摘 要：电力电子器件又称为功率半导体器件。在教学过程中，发现大部分学生仅仅能够记住电力电子器件的基本工作特性，而对于电力电子器件的工作原理，很多学生都表示难以理解和掌握。该文作者通过课堂教学实践和对教材的总结，发现对于没有半导体物理知识背景的工科学生来说，半导体PN结的知识在教授电力电子器件的工作原理中起着非常重要作用。基于此，该文探讨怎样将PN结的知识合理的运用到每种电力电子器件的教学当中。教学实践证明，将半导体PN结的知识作为电力电子器件的教学基础，并且从PN结的角度来分析和教授电力电子器件，不但可以扩展学生的知识面，最重要的是可以使学生有能力清晰地理解电力电子器件的工作原理。

关键词：电力电子技术 电力电子器件 半导体PN结 晶闸管

Key words：Power electronics；Power electronic devices；Semiconductor PN junction；Thyrister

电力电子技术是20世纪后半叶诞生的一门崭新的技术，它广泛应用于电气工程中。电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的[1-2]。可以说，新型电力电子器件的产生是推动电力电子技术发展的原动力。电力电子技术的教材一般分为三大部分，第一部分就是电力电子器件，是全部电力电子技术的基础[3]。第二部分是电力电子电路，即能量变换电路。第三部分是各种变流电路中的控制技术和软开关技术。电力电子器件在能量变换主电路中起着处理能量的作用，是实现电能变换和控制的电子器件[4]。所以，电力电子器件的教学构成了电能变换电路和控制电路的教学所必不可少的基础环节。掌握电力电子器件的工作原理和工作特性可以为进一步学习电能变换电路奠定坚实的基础。

在教学过程中发现，电气工程专业的大部分学生仅仅能够通过记忆来掌握电力电子器件的基本工作特性，而不能理解电力电子器件的工作原理。如果学生缺乏对电力电子器件工作原理的理解，将很容易忘记或者是记忆混淆各种电力电子器件的工作特性。该文将探讨如何改进教学方法来增加学生对电力电子器件工作原理的理解与掌握。教学分析与实践证明，将半导体的基本元素—PN结的知识运用到电力电子器件的讲解中，将有助于学生消化和吸收各种电力电子器件的工作原理。下面将分两部分探讨电力电子器件的教学。第一部分是作者通过实践总结的对于电力电子教学有帮助的半导体PN结的基础知识。第二部分将探讨实践中作者是如何从半导体PN结的角度来分析和教授电力电子器件的工作原理。

1 半导体PN结的工作原理

半导体中存在两种载流子，分别是带负电的自由电子和带正电的空穴，电子或者空穴的运动就形成了电流。本征半导体的自由电子和空穴的数目相同[5]。在本征半导体中掺入微量杂质，其导电性能便可显著增加[6]。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。N型半导体中，自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。P型半导体中，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。

（1）PN结的形成。

当N型半导体和P型半导体结合后，多数载流子因浓度上的差异开始向对方进行扩散运动，如图1所示。稳定后，在交界面的两侧便形成了一个不能移动的带异性电荷的离子层，这就是空间电荷区，也就是PN结，如图2所示。空间电荷区的电阻率很高。

（2）PN结的单向导电性。

此时，给PN结外加正向电压，PN结将正向偏置。外加正电压时，由于外加电场与内电场方向相反，使得内电场被削弱。当外加电场大于内电场时，N区的电子将跨过空间电荷区进入到P区，P区的空穴也将进入到N区，因此形成了较大的正向电流，这时PN结处于导通状态。（见图3）

当给PN结加反向电压时，如图4所示，PN结将反向偏置。由于此时的外电场方向与内电场相同，因此内电场将变宽，PN结呈现高阻态，PN结截止。

PN结的“正向导通，反向截止”特性是PN结构成半导体器件的基础。学生牢固掌握和理解以上所述的PN结工作原理和特性，将有助于分析各种电力电子器件的工作原理。教学实践表明，如果在电力电子器件教学中，不给学生补充以上半导体PN结的知识，学生将很难理解电力电子器件的工作原理。尤其是对于电气工程学科的学生来说，大部分学生没有半导体物理的知识背景，那么在学起电力电子器件这个章节时，很多学生感觉这个章节像是无根之木。作者在教学实践中给学生适当的补充了半导体PN结的基本知识，发现他能够促进学生对各种电力电子器件原理的认识。另外，教学实践表明，在教学过程中，从半导体PN结的角度来分析和教授电力电子器件的工作原理，是取得良好教学效果的关键。下面以晶闸管这种电力电子器件为例，探讨如何从PN结的角度来教授电力电子器件工作原理的教学方法。

2 半控器件—— 晶闸管的工作原理分析

晶闸管也称为可控硅整流器件（SCR），是由四层半导体材料并列放置而构成的大功率半导体器件。四层半导体材料分别是PNPN型，如图5所示。连接第一层P型半导体的电极是阳极A，连接第三层P型半导体材料的电极是控制极G，连接第四层N型半导体材料的电极是阴极K。根据小节1中的半导体PN结的知识，学生可以很容易的得出，此四层PNPN型半导体材料放在一起便构成了J1、J2和J3三个PN结。因此，在教学过程中，如果教师可以给学生补充PN结知识，并且能够从PN结的角度来分析与教授晶闸管的工作原理，那么学生将很容易理解晶闸管的工作原理。下面将运用该文小节1中知识，从PN结的角度来分析和教授晶闸管的工作原理。

（1）反向特性。

给晶闸管的阳极A加负电压，阴极K加正电压，晶闸管承受反压，如图6所示。此时，我们可以利用小节1中的知识，从PN结的角度来分析晶闸管在承受反压情况下的特性。从图6中，我们可以看到，J1和J3两个PN结的P级都接了负电压，而N级都接了正电压。根据PN结原理，我们可以得出J1和J3两个PN结处于截止状态。另外，由于J2这个PN结的P级接了正电压，而N级接了负电压，根据PN结原理，我们可以判断，J2这个PN结是正向导通的。总的来说，在晶闸管承受反压时，J2正偏，J1和J3反偏，整个晶闸管器件将处于截止状态。随着反向电压增加到J1这个PN结的雪崩击穿电压时，J1结发生雪崩击穿，同时J3结也发生雪崩击穿，晶闸管的反向电流将迅速增加。

（2）门极无控制信号时的正向特性。

在不加控制信号的情况下，即门极G端不加电压时，给晶闸管的阳极A加正向电压，阴极K加负电压，此时晶闸管承受正向电压，如图7所示。根据小节1所讲述的PN结工作原理，学生可轻松判断，J1结和J3结处于正偏，而J2结处于反偏，晶闸管处于正向阻断状态。

（3）门极有控制信号时的正向特性。

当有门级控制信号时，也就是在门极G上加驱动电压时，给晶闸管的阳极A加正向电压，阴极K加负电压。从图7中，我们可以看到，J3结的P级将通过门极接正电压，N级接负电压，所以J3正偏。此时，电流从驱动门极G注入P2区，P2区的空穴进入N2区，由此形成触发电流IG。因为有电流从门极G注入到P2区，使得P2区的空穴大量增加。积累在P2区的空穴，使得P2区的电位升高。当注入电流使得P2区的电位升高到大于N1区电位时，J2结变成正偏。这时J1结，J2结和J3结均处于正偏，晶闸管进入正向导通状态。

（4）门极可控制其导通，不能控制其关断。

在门极G上有驱动电压且晶闸管承受正向电压的情况下，晶闸管导通。为了更清楚地和学生解释，晶闸管的门极不能控制其关断的特性，我们把晶闸管中间的N1P2结分成两部分，使晶闸管构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管，如图8所示。从图8中，我们可以看到每个晶体管的集电极电流同时又是另一个晶体管的基极电流，因此当有足够的门极电流IG流入时，就会形成强烈的电流正反馈，造成两晶体管饱和导通。此时，即使去掉IG，由于晶闸管内强烈的电流正反馈的存在，晶闸管将仍然处于导通状态。

根据以上四点原理分析，我们可将晶闸管的工作特性总结为以下几点。

（1）晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电压，晶闸管都处于截止状态。

（2）晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才导通。

（3）晶闸管在导通情况下，门极就失去了控制作用，无论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。

（4）若要使晶闸管关断，只能利用外电路使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值，晶闸管便关断。

教学实践中发现，通过从半导体PN结的角度来分析和教授晶闸管的原理，学生不用单靠记忆来记住晶闸管的四点工作原理，学生能够在理解的基础上进行消化和吸收，取得了很好的教学效果。

以上是以晶闸管的教学为例来探讨如何从半导体PN结的角度来分析和教授电力电子器件。在实际教学当中，作者还将半导体PN结的知识合理的运用到了其他电力电子器件的教学当中，如MOSFET和IGBT等。教学实践表明，在教授电力电子器件之前，给学生适当补充半导体PN结的知识，会使学生更容易理解各种电力电子器件的工作特性。另外，教学实践还表明，从PN结的角度来分析各种电力电子器件工作原理的教学方法，可以使学生举一反三和融会贯通地理解所教知识。

3 结语

电力电子器件的教学在整个电力电子技术中起着重要作用。好的电力电子器件的教学方法可以使学生理解和牢固掌握各种电力电子器件的原理及特性，为后续章节的学习起到重要的铺垫作用。通过教学实践表明，给工科学生适当补充半导体PN结的知识，可以为学生更好的理解各种电力电子器件的工作原理奠定基础。教学实践还表明，教学过程中从PN结的角度来分析和教授各种电力电子器件，可以使电力电子器件的工作原理化繁为简，使学生能够在理解的基础上消化与吸收各种电力电子器件的工作原理。

参考文献

[1]丁道宏.电力电子技术[M].北京：航空工业出版社，1999.

[2]徐德鸿，马皓，汪槱生.电力电子技术[M].北京：科学出版社，2006.

[3]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]陈坚.电力电子学[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5]尼曼.半导体物理与器件[M].赵毅强，译.北京：电子工业出版社，2010.

[6]裴素华.半导体物理与器件[M].北京：机械工业出版社，2008.

作者：陶雪慧

课堂教学电力电子论文 篇2：

电力电子技术教学改革探索

【摘 要】本文针对电力电子教学中教学内容落后、教学方法单调、实践教学不足等问题，提出更新教学内容、丰富教学方法和手段、加强教学实践、构建网络学习平台、引入微课教学等措施，以适应高等职业院校应用型人才模式的培养。

【关键词】电力电子技术 教学改革 教学内容

电力电子技术涉及计算机、自动控制、电子等相关学科，知识结构复杂，内容抽象难懂，是一门较难教学的课程，对教师的授课能力和学生的学习能力提出了严峻挑战。传统的教学模式侧重于理论知识的灌输，没有与学生形成积极有效的互动，且忽视了实践教学的重要性，对电力电子相关企业的人才需求调研不足，导致培养出来的学生动手能力差、职业素养不高，难以适应社会的需求。因此，为调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的职业素养并满足企业的需求，对当前电力电子技术的教学改革探索就显得尤为重要。
一、电力电子技术教学存在的问题

（一）教学内容落后。一方面，目前高职的电力电子课程教学内容仍偏陈旧，大部分内容侧重讲授半控型电力电子器件的结构和原理，如晶闸管整流电路、晶闸管调光灯电路等，这些教学内容已无法跟上时代的发展。另一方面，由于电力电子种类较多，很多电力电子教材在不同章节和内容上衔接性不强，出现了脱节的现象，没有做到前后连接贯通，教学内容跳跃性很大，致使学生在学习新知识的时候，因为知识点跨越较大而难以理解，甚至是找不到头绪，学完后面忘了前面，无法全面理解课程的内容。然而，进入21世纪，电力电子技术的发展突飞猛进，现代工业企业都是使用以新型电力电子器件为主的设备，例如IGBT和MOSFET等新型全控型器件，而传统的教学却很少涉及这方面的内容。因此，培养出来的学生很难成为高素质的技能型人才，无法完全适应社会以及企业的需求。

（二）教学方法单调。电力电子技术教学内容比较抽象，尤其涉及具体电路的电压电流波形，例如整流电路的输出电压波形、逆变电路的逆变角分析等，学生对此往往一头雾水，很多学生甚至产生厌学的情绪。实际上，电力电子技术需要较强的抽象思维能力，因为该课程不像其他电气类基础课程（例如电工基础）那么直观易懂。而老师一般也就是在黑板上画出电路的电压波形，然后对那些电压波形进行分析讲解。在整个教学过程中，学生处于被动学习的状态，既无法了解电路的实际搭建方法，也缺乏电力电子技术的具体、直觀的电流电压变换过程。因此，造成教师教学过程疲惫不堪、学生吸收效果差的情况。即使高职院校现在已经普遍采取多媒体的教学模式，但鉴于学生最需要的是对产品工作过程和构建过程的感官了解，所以仅仅依靠上述单一的教学手段和方法是无法满足这个需求的。

（三）实践教学不足。电力电子对实践教学有较高的要求，但就目前情况来看，很多学校仍然延续传统的教学模式，以理论分析教学为主，忽视了实践教学的重要性。而且，很多学校普遍缺乏相关的实验教学设备。即使有电力电子实验设备，其实验教学内容也极其落后，基本都是以晶闸管等半控型设备的实验内容为主，远远不能满足实践教学的要求。同时，当前电力电子技术和设备更新极快，更加剧了实践教学和理论教学的进一步脱离。而学生要真正拥有操控电力电子产品的能力，就必须要有实验操作，最好是有现场的工程体验，但目前实践操作已成为高职院校电力电子专业的一块短板，由于学校的实验实训资源薄弱，可考虑在高职院校加强与企业合作的教学模式来增强学生的实操能力。
二、电力电子技术教学改革的措施

（一）与时俱进更新教学内容。合适的教学内容能起到事半功倍的效果，对电力电子技术这门课程尤为如此。当前，电力电子技术突飞猛进，因此，如何跟上时代的发展，培养满足社会要求的电力电子技术人才，是摆在我们面前的一道难题。

培养电力电子技术人才的目的，是为了适应社会企业的需求。我们以广西大容山风力发电场的风力发电项目为切入点，将双馈型风力发电机的学习贯穿于整个教学过程。电力电子技术包含四大模块：整流模块（交流变直流）、逆变模块（交流变直流）、斩波模块（直流变直流）以及变频模块（交流变交流）、而双馈型风力发电机包含了整流模块（交流变直流）、逆变模块（交流变直流）、斩波模块（直流变直流）三大模块，完全可以满足教学需求。通过学习风力发电项目，学生能将这几大学习模块前后衔接起来融会贯通，并且加深对电力电子的实际应用的理解。并且，我们以就业需求为导向，以企业对电力电子人才的要求为教学目标，培养出来的学生更容易成为高素质的技能型人才。

（二）丰富教学方法和手段。传统的教学方式，老师在黑板上板书讲解电力电子的相关数学公式和电路波形，老师所能传授的知识量有限且枯燥无味，学生很容易厌倦。与此相比，多媒体教学在教学形式上更为直观，教学内容也更为丰富，更受学生喜爱。并且，我们在讲解相关的公式推导和分析电路波形时，还可以借助动画课件，使学生更容易理解、掌握相关的教学内容。因此，采用多媒体教学能有效提高电力电子技术课程的教学质量。

另外，电力电子仿真软件MATLAB能对电力电子的相关电路进行仿真分析。MATLAB是以阵列为基础的一种科学计算语言。而作为MATLAB重要组成部分的Simulink仿真单元人机界面友好，且具有丰富的模块库，以电力系统模块库的模块框图进行计算和仿真，具有较好的直观性和操作性。学生掌握这一工具后，可以主动调整电力电子电路的参数以观测不同的电路波形，容易培养学生的学习主动性和积极性；学生也更容易掌握相关的知识。教师可以设置相关的故障并要求学生排除，使学生对电力电子电路的原理和工作过程的认识更为深刻，从而加强学生和老师的互动性，丰富教学资源。随着MATLAB仿真平台的逐渐丰富，它必将成为日趋完善的仿真工具。将MATLAB仿真技术加入到现代化教育领域，可以充分实现理论与实践相结合、直观性和灵活性相结合的教学模式，加深学生对知识点的理解和掌握，提高授课效率和课堂效果。

（三）加强教学实践。当前电力电子教学课程的实践教学环节比较薄弱，很多院校只开设了基本的实验，大部分都是晶闸管的整流电路部分，这些实验内容过于简单陈旧。为解决此问题，我们在新学期开始时，通过社会调研和实践分析，选定一些经典、先进的电力电子技术电路，并且买好相关的电力电子元件，在授课的过程中要求学生自己动手搭建相关的电路模块。这样，学生能够一边学习理论知识，一边动手操作，达到理论与实践相结合。

此外，我们要求学生熟练掌握MATLAB仿真工具，在教学过程中也要求学生编写相关的电力电子仿真电路。并且将学生分成小组，每小组分配不同的电力电子课题，要求学生在课程结束前完成。期末时，以小组为单位进行现场操作、演示答辩。这样一来充分调动了学生学习的积极性和主动性，改善了教学质量。最后根据学生在实践和仿真课题中的学习态度、实践报告和期末演示答辩等多方面来综合考核，客观评价学生的学习成绩，确保每位学生都具有良好的实践动手能力。

电力电子技术突飞猛进，仅仅依靠在校园埋头苦学是行不通的。为进一步跟上电力电子技术的发展及企业需求，我们加强与校外企业的合作。在教学过程中，邀请企业工作经验丰富的工程师到学校给学生做报告，讲授电力电子技术的发展前沿知识及先进的设备装置，使学生对所学专业在企业实践中的应用有一定程度的了解，提高学生的学习热情和动力。并且，在期中安排学生到风力发电场和光伏发电场等与电力电子技术紧密相关的企业参观学习，让学生对电力电子设备有最直接的感官认识，增强学生的职业素养，有利于毕业后与相关企业的无缝对接。

（四）构建网络学习平台。我们充分利用互联网及智能手机的普及这一基础，抓住学生对手机特有的依赖感和亲和力这一特点，搭建电力电子技术学习公众微信平台，在微信平台不定期为学生推送电力电子技术的相关学科前沿资讯，学生通过微信平台也可以下载每节课的教学课件、教学大纲以及学习指导和MATLAB仿真实例和模型。学生也可以把手机作为学习工具，在微信平台与同学进行学习交流，分享自己的学习体会和学习资料，也可以与老师进行在线沟通互动，及时解决疑问，提高学习效率和质量。微信平台利用得当，可以大大调动学生的学习积极性和兴趣，扩大教学资源和教学模式，实现对课堂教学的有效补充。

（五）引入微课教学。电力电子技术课程在结构原理上比较复杂，工程实践方面的要求也比较高，最主要的是，电力电子电路具有非线性理论特征，学生理解和掌握起来难度非常大，综合以上情况，可在教学环节中适当引入微课教学来提升学生学习的主动性。根据教学大纲，划分若干个具有重要教学意义的独立知识点，制作成学生更容易理解和掌握的微课资源，通过微课的教学模式，教师可以在丰富多彩的教学资源环境下，以录制视频、课堂讲解、分组讨论和总结汇报等多种活动方式完成教学。例如，在讲解电子电路课程中双相桥式整流电路这部分内容的时候，首先，教师可以事先把需要讲解的知识点、结构原理、图形分析等内容制作成微视频，并于课前交代学生浏览视频内容，完成视频中布置的相应任务。其次，教师在课堂上进行理论教学与波形分析。再次，组织学生进行小组讨论，并派出代表汇报讨论结果。最后，教师就课堂效果和讨论结果给出本次课程的教学评价。通过微课嵌入式的翻转教学，师生共同参与，学生在高参与度的教学环境下更容易突破教学的难点和重点。

微课的应用，打破了大学课堂说教式的传统教学模式，其教学方法和手段的变革，相当契合高等学校的教学改革，对于提高教师的信息化专业水平、开发学生的潜在创造性、提高高校教育教学质量都具有重要的意义。

总之，电力电子技术是一门抽象难懂的多学科交叉课程，具有很强的理论性，并且与工程實践密切相关，掌握好该门课程对于电气类专业的学生来说具有重要意义。本文从教学内容、教学方式和实践学习等方面对电力电子的教学改革进行分析探讨，并提出微课教学的整改模式，提高了学生的学习热情，加深了学生对电力电子课程的理解，对提高教学质量有重要作用。
【参考文献】

[1]黄政.电气工程专业“电力电子技术”课程教学改革与探讨[J].当代教育实践与教学研究，2016（6）

[2]牛天林，樊波，张强，等.Matlab/Simulink仿真在电力电子技术教学中应用[J].实验室研究与探索，2015（2）

[3]李文谨，王恩亮.浅谈以应用型为目标的电力电子技术教学改革[J].科技视界，2014（34）

【作者简介】周雪会（1981— ），女，河北唐山人，硕士，广西工业职业技术学院讲师，研究方向：电力系统动态仿真及实时控制，电力系统防护等。

（责编 王 一）

作者：周雪会

课堂教学电力电子论文 篇3：

基于课程思政的《电力电子技术》课堂教学案例设计

摘  要：“课程思政”是当代高等教育的一个重要课题，主要目标是培育德才兼备的新时代人才。文章将“课程思政”融合到电力电子教学中，并通过电力电子技术发展史设计案例、整流电路设计案例、软开关技术设计案例、电力电子技术实验教学设计案例、电力电子技术科创设计案例五个案例体现思政元素在电力电子技术课程教学中的实践设计，力求思政课程与专业课程协同开展。

关键词：课程思政;协同开展;电力电子技术;案例设计

一、概述

課程思政是将思想政治理论课融入各类课程当中，形成协同效应，发挥各类课程鲜明的政策性、价值性和政治性。它把立德树人作为中心环节，切实贯彻培育时代新人的教育目标。当代高校对学生的思想政治培养主要体现在马克思列宁主义、中国特色社会主义基本原理、毛泽东思想概述等一系列思政课程上，然而大多数教师上课只是单纯地诵读写好的板书或PPT，枯燥抽象地讲述党中央的各类讲话或经济学原理性知识，从而导致课堂互动性较差，授课效果不尽人意。课程思政就是将培育学生的思想政治和价值观蕴意于其他课程中，从原来的思政课程扩大到各类专业课程或通识课程中，在对专业课或其他通识课程学习的过程中，也逐渐加强了学生自身的政治素养和道德品质。

电力电子技术是一门利用晶闸管、IGBT、MOSFET等电子元器件和模块化电路对电能进行控制与变换的技术，具有很强的工程实践性[1]。在电力电子教学过程中，突显了一些问题，主要包括：

1. 内容陈旧，器件滞后。电力电子技术具有很强的时代性，其器件和电路是随着时代的发展不断推陈出新，而课本上的内容通常是大同小异，一成不变的。以电力电子器件为例，课本上重点讲述了半控型器件晶闸管的结构和使用，对IGBT、MOSFET等全控型器件介绍相对较少。然而这些全控型器件由于开关速度快、驱动功率小等优点逐渐成为主流器件，相反晶闸管等半控型器件却逐渐退出历史舞台。授课内容和技术发展的不匹配性将造成学生所学知识和生产实践相脱节。

2. 教学方式单一。目前大多数高校的教学方法仍是PPT或课堂板书，老师们机械式地讲述复杂电路理论和波形分析，这样很难提高学生们的兴趣。借助多媒体技术的发展，老师们应将课本里复杂的原理或波形图更多地用图片、动画或视频的方式展现，加强课堂教学的生动性，例如讲解三相交流调压技术的时候，由于输入输出波形较为复杂，工作过程较为繁琐，可以使用动态图演示电路中各个晶闸管的导通和关断情况，这样也有利于学生对知识的理解和掌握。

3. 课程实验死板。很多同学做实验只是为了拿学分，往往知其然而不知其所以然，而且由于授课时长的限制，只能做课本中很少一部分实验内容。应该加强实验的工程应用性，最好能用项目的形式进行实验教学，以点带面。

不论是思政课程还是专业课程，都是立德树人的重要渠道，如何将这两者结合进行优势互补就显得尤为重要。作为构建德智体美劳全面培养的重要抓手和举措，课程思政要求教育工作者在进行两者协同的过程中既要相互融合也要尊重两者之间的差异性，着重实现协同发展、求同存异的作用[2]。本文将课程思政融合贯穿于电力电子技术的课堂教学，通过电力电子案例体现课程思政，以期达到提高课程教学质量、培育时代新人的目标。

二、电力电子技术发展史设计案例设计

电力电子技术可分为电力电子元器件制造技术和变流技术，其中电力电子元器件制造技术是基础，变流技术则是核心。

（一）电力电子元器件技术发展史

1904年世界上第一次问世了电子管，它是一种用玻璃等封闭容器制成的，高度真空状态的，利用电场对真空中的电子流的吸引力来获得振荡或信号放大的器件。它的设计灵感基于爱迪生在一次灯泡实验中发现的一个特殊现象：真空灯泡里的铜丝，尽管没有接入电路，还是会有电流流过。他给这个现象申请了专利，取名爱迪生效应（The Edison Effect）。电子管的问世正是基于这种偶然现象，它开创了电子技术的先河，曾被广泛应用于如收音机、显像管电视机等电器中。至今，由于其出色的负载能力和线性性能以及高频大功率环境下的工作特性，仍然有一些大功率无线电发射机等使用它。但由于它真空状态的结构特点，也直接决定了它的缺点：易破损、寿命短、功耗大、维护成本高等[3]。例如世界上第一台计算机埃尼阿克（ENIAC）使用了1.8万个电子管，其体积占据了167平方米，大约是一间半教室大小，且工程师们必须时时刻刻替换掉不断烧坏的电子管，非常不便。由于电子管的缺点严重限制了其发展前景和应用范围，人们一直希望用一种固态器件代替它。1945年，贝尔实验室成立“半导体小组”，专门研究硅和锗等新材料的属性。经过不懈研究和大胆实践，终于在1947年12月23日成功诞生了第一个点触式晶体管，标志着电力电子技术的诞生，引发了电子技术的一场革命。而后陆续出现了全控性器件如门级可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET），复合型器件如MOS控制晶闸管（MCT）等，以及电力电子集成电路（PIC）等。

电力电子元器件的发展离不开科学家们对科研事业的不断追求和为人类文明进步所做出的巨大努力，他们都具有工匠精神。工匠，古指具有专长技艺的手艺人，现指专注于某一领域，在此领域内的产品研发制造过程中精益求精、一丝不苟地完成整个工序的每一个环节的爱岗敬业、具有创新精神的工作者。工匠精神是一种沉淀于长期从事某一行业的职业素养和职业品德，是一种严瑾细致的品质精神，是一种热爱工作的职业精神，是一种勇于实践的创新精神，是一种团结协作的团队精神。电子管的诞生是基于当时的一个细微的“爱迪生效应”，作为谨小慎微、精益求精的科学家，爱迪生注意到这个现象并及时提出，这是一个科学家的责任和使命使然;晶闸管的问世已经有效解决了电子管的缺陷，但由于对更好品质的追求，各种全控性器件应运而生，这些都是工匠精神的有效体现。目前我国正处于中国制造向中国智造的转变，经济发展转入中高速，这更强调生产产品的侧重点由数量到质量的变化，而这种模式的变化，实际对工作者提出了更高层次的要求，培养其工匠精神就有了重大意义。

（二）变流技术发展史

变流技术的发展是我们国家科技的进步的一个体现。一个国家和民族要屹立于世界民族之林，需要强大的精神力量做支撑，坚实的物质基础做驱动，完善的社会制度做保障。科技是第一生产力，是坚实物质基础的源泉。人类自古以来就对自然有好奇心，善于从各种自然现象中总结科学规律，为了满足人类的需求，各种技术工艺也在不断进步。

二十世纪六十年代和七十年代的工业所用大功率用电设备由工频为50Hz的交流电提供，但仍然有直流电动机和有色金属和化工原料的直流电解等近五分之一的工业设备消耗的是直流电能。为了解决交流电能向直流电能的转变，人们利用晶闸管和硅整流管做成三相桥式整流器等整流器件，推动了整流技术的发展;七十年代，由于交流电机具有结构简单、坚固节能、功率覆盖范围大的特点，且当时电力电子元器件的蓬勃发展，又出现了巨型功率晶体管（GTR）、门级可关断晶闸管（GTO）等器件做支撑，将直流电能转变为交流电能的逆变技术随之开始出现;八十年代，为了解决电机调速问题，变频技术也逐渐发展起来。之后又出现了通信用高频开关电源、不间断电源（UPS）、高频逆变式整流焊机电源等技术。纵观整个变流技术的发展，就是无数科研工作者牢记使命，兢兢业业，不断创造科技新领域的结果。这样的进步与科学家的努力和辛勤研究是分不开的。科学家的历史使命，微观上说是对国家和民族的发展做出贡献，以提高其核心竞争力，宏观上说则是心系整个人类文明的发展，为人类谋幸福。每个科研工作者都需牢记初心，不忘使命，力求对自然的不断探索，拓展人类认知的新领域。

三、整流电路设计案例设计

回顾人类发展史，都是由“无”到“有”，再由“有”到“更好”的转变。就针对我国能源发展来说，“大炼钢铁”时期为了实现“以钢为纲，全面跃进”“超英赶美”等口号，举国上下大量生产钢铁，只重产量而忽视质量，最后造成财力物力的极大浪费，这和我们目前提出的可持续发展理念是背道而驰的。而后随着科技和生产力的发展，我国对能源的开发开采更注重质量，减少能源的浪费[4]。人类对能源的开采也是由经过这个过程一步步逐渐完善的。例如二十世纪六十年代和七十年代，工频为50Hz的交流电可以满足当时五分之四的大功率工业设备运作，但仍然有一些设备例如化工电解等设备需要直流电能。为了更好地利用电能，人们依托当时已经问世的晶闸管等元器件，开发了整流技术，可以将交流电能转变为直流电能供生产实际需要，这是由“无”到“有”的过程。最开始的整流技术的主流是半波整流技术，它一般只需要一个晶闸管，只能导通电源的正半周或者负半波。它结构简单，但是由于只能导通半个周期，输出电能较少，电能损耗较大。随后出现的全波整流器和全波桥式整流器则是可以导通电源全周期，輸出电压比半波整流多一倍，整流效率高，其中的全波桥式整流器相比全波整流器更是可以少去变压器副线圈的中心抽头，降低了整流二极管承受的反向电压，这是由“有”到“更好”的转变。贯穿其中的控制方式，如通断控制、相位控制和斩波控制，都是为了满足特定需求而发展起来的，更体现出这种转变过程。将来的中国将不断深化“‘一带一路’能源合作关系”，在合作的广度和深度上不断扩展，力求使能源合作机制更加健全完善。

四、软开关技术设计案例设计

二十世纪六十年代发展的直流-直流斩波PWM技术是一种硬开关技术。硬开关（Hard-Swithing）是指不考虑其他因素直接强行关闭或导通开关管，此时往往会出现开关导通时开关管两端的电压下降而电流上升，或者开关断开时电压上升而电流下降的现象，使得电压波形和电流波形有重叠区域，从而导致了开关损耗，这对电能是一种消耗，不利于节能环保。与此同时由于开通和关断的过程中电压电流的急剧变化，其波形产生过冲，将产生噪声，这不仅会影响电路的运行，甚至会损坏电子器件。总结来说，硬开关对电能是一种浪费，对器件是一种损坏，对电路是一种干扰。它的缺点有：1. 开关损耗大。开关损耗包括开通损耗和关断损耗，且频率越高，损耗越大，是一种不利于节能环保和资源有效利用的副产物。2. 容性开放问题。开关器件在高压下的导通将导致储存在其中的结电容能量释放在器件上，容易过热烧坏。3. 感性关断问题。器件关断时，电路中变压器漏感等的感性元件将产生过冲电压，容易击穿开关管[5]。与此同时二极管由开通到关断的过程也需要一个恢复期，如果没有等二极管完全关断就关断电路，很可能导致电路短路。4. 干扰问题。将电力电子器件和设备小型化的有效手段是高频化，然而硬开关的高频通断会造成强烈的电磁干扰（EMI），对电路的运作十分不利。

硬开关的种种缺陷和我们国家提出的绿色协调的可持续发展理念是格格不入的。能源短缺与分布不均是世界性的问题，也是我国资源分布的一个写照。由于资源分布不均，我国进行了西气东输、南水北调等工程。在这样的大环境下，如何进行节能环保，减少能源的损耗，提高其利用率就显得尤为重要，可以说，节能环保是解决能源问题的重要举措。而节能环保则依靠循环经济的发展和高新技术的开发来实现。七十年代以来，弥补硬开关缺陷的软开关技术被研究出来，它是通过增设小电感或小电容等谐振器件使得开关管实现零电流开通或关断，或者零电压开通或关断。这种情况下的开关损耗为零，极大节约了电能，有利于高频电路设计。软开关技术的兴起解决了当时硬开关的缺陷和节能环保问题，所以说高新技术的发展是节能环保的必由之路。当前我国部分企业相比于国际巨头企业的优势仍然是资源的高消耗和廉价的劳动力，而节能降耗的可用空间非常巨大，我们完全可以通过研发高新技术和促进循环经济来节能环保，增加企业的竞争力。

软开关技术的发展解决了硬开关固有的缺点。首先，由于软开关通断时其中的电压或者电流为零，没有了功率损耗，解决了开关损耗问题;软开关在导通时电压先降至零，电流再缓慢上升，由于电压为零，不存在容性问题;软开关在关断时则是电流先下降到零，电压在缓慢上升，由于电流为零，亦解决了感性关断问题;软开关适用于高频率下的通断，解决了电磁干扰问题。所以相比于硬开关，软开关更加节约电能，突出了“高效环保”的主题。当代企业之间的竞争，除了技术创新的竞争外，更在于节能环保的竞争。生产单个产品所消耗的资源能源少一点，整个生产链上节约的资源都会是非常巨大的。软开关的出现，消除了硬开关损耗掉的能源，对于节约资源具有重要意义。

五、电力电子技术实验教学设计案例设计

电力电子技术作为一门应用性非常强的科目，包含的技术和理论是经过无数辛勤奉献的科学家不断地实验得出的结果，经得起实践的检验。学生们在掌握了相关理论知识后，用实验的方式去验证，也能培养其求真务实的学风，加深对知识的理解。例如脉冲宽度调制（PWM）技术，它的设想很早就被提了出来，即能否用一系列等高不等宽的脉冲信号代替各种输入信号以便变频变压和反抑制谐波，但基于当时电力电子元器件发展的制约，没能广泛应用。直到上个世纪八十年代出现的全控性电子器件，PWM技术才逐渐发展起来，其典型应用是在逆变技术领域[6]。现阶段比较成熟的SPWM法、等脉宽PWM法、随机PWM、矢量控制PWM等等，都是PWM技术的应用。学生们在做实验过程中，通过比较输入正弦波形得到的输出波形和输入等效脉冲得到的输出波形，也能深刻理解这一技术。

人类社会知识体系的构造是在前人研究的基础上进行更深层次的探索，得出新的结论，或验证已有的技术方法，再推广到其他领域，总趋势是螺旋式上升、波浪式前进。而这种知识体系的搭建过程中极其重要的一个环节就是实验。通过实验，人们不仅可以验证新提出的理论和构思是否正确，也可以通过实验的衍生现象进行观察和思考，迸发出新的灵感和想法，这两者相互促进，形成正反馈，共同推进着人类认知的发展。对学生来说，单单从课本上得到的知识如果不通过实验来验证，总归是抽象的，甚至是难以理解的。这个层面来说，课程实验具有的巨大的作用和深远的意义：1. 培养学生求真务实，探索真理的良好学风。科学研究需要胆大心细地提出新观点新思路，但这不是天马行空、毫无依据地凭空捏造，一切真理都需实验去证实，科研工作者更应脚踏实地做学问。2. 加深学生对课程内容的理解，激发其学习兴趣。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，自己的想法经过实验的验证后会给学生心理一种自信感，有助于激发学习热情。3. 提高其动手实践能力。通过实验，学生们对某个原理或某一定律会有更加深刻的认知，在应用的过程中也提高了实践能力。总的来说，电力电子技术是一门理论和实践紧密结合的应用型学科，实验占据了其重要一环。

六、电力电子技术科创设计案例设计

在高校中开展创新创业教育更侧重培养大学生勇于探索，大胆实践的意识和精神，并通过相应项目的实践训练，提升学生的创新创业能力[7]。电力电子技术的发展同样也不能因循守旧，要有创新的新鲜血液。各种电力电子技术科创大赛的举办，更是推动了这门学科的課程体系改革和实验室建设，比如政府主办的全国大学生电子设计竞赛（National Undergraduate Electronics Design Contest）、以创新和新能源利用为主题的GaN Systems杯高校电力电子应用设计大赛、由国际电气电子工程师协会（IEEE）主办的国际未来能源挑战赛（IFEC）等等，给广大学生提供了创新和实践的平台，也是同学们展示电力电子知识的重要舞台[8]。

各类电力电子科创竞赛的参赛作品中不乏优秀作品，许多都收录编写成了竞赛书目，这些优秀的设计案例都是新时代电力电子人才智慧的结晶，充满创新性。学生们在研读这些书目的时候，也是和这个领域的精英进行一次充满思维火花的学術探讨，有助于激发学生的想象力和创新力。大学时期的创新创业没有巨大的资本投入，容错率较大，学生在这个时期积极参加各种电力电子竞赛其实就是以较低成本积累了创新创业的宝贵经验，而参加竞赛过程中的一次次提出新想法又遇到瓶颈的过程，不断地锻炼了学生的抗压的心理素质;一次次的推陈出新，潜移默化地培养了学生的创新实践精神。

七、结束语

本文针对电子技术的教学特点，将“课程思政”和课程教学相结合，并分别将工匠精神和科学家使命、“一带一路”能源合作关系、节能环保、求真务实的科学家精神、创新创业精神五个方面通过电力电子案例融入到课程体系中，力求在传授学生专业课知识的同时培养其政治思想和道德品质，努力提升学生的精神素养。作为教育工作者，更应该不断挖掘课程体系中的思政元素并运用到日常教学活动中，努力培养德才兼备的时代新人。

参考文献：

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000.

[2]王伟，王静文.应用型本科院校“电力电子技术”课程教学改革[J].高教学刊，2017（21）：137-138+141.

[3]杜子.浅析电力电子技术的发展与应用[J].课程教育研究，2013（24）：227.

[4]胡静波.“电力电子技术”课程的CDIO教学改革[J].高教学刊，2015（06）：38-39.

[5]李万庆.常用功率电力开关器件的发展及应用现状[J].城市建设理论研究，2012（16）：1-3.

[6]侯志坚.高校《电力电子技术》课程实践教学研究[J].高教学刊，2018（8）：101-103.

[7]钟硕.关于高校创新创业教育工作的几点认识[J].才智，2017（7）：191.

[8]姚凤云，郑郁.略论我国高校创新创业教育发展中的问题及对策[J].商业经济，2016（2）：161-162.

*基金项目：江苏省教育厅高等教育教改研究课题“面向新工科的自动化专业工程实践教育教学体系研究”（编号：2017JSJG150）;江南大学本科教育教学改革研究项目“自动化专业电类课程的课程思政‘一核四环’教学体系设计与改革实践”（编号：JG2019046）;江南大学本科教育教学改革研究项目“‘自动化’一流专业建设的探索与实践”（编号：JG2019007）

作者简介：王子赟（1989-），男，汉族，江西抚州人，博士，副教授，研究方向：智能算法与电力变换技术：王艳（1978-），女，汉族，江苏盐城人，博士，教授，研究方向：工业智能制造;纪志成（1959-），男，汉族，浙江宁波人，博士，教授，研究方向：智能工业物联。

作者：王子赟　王艳　纪志成