本文作者：王曉剛 王 清 劉華 工作單位：廣州大學機械與電氣工程學院

案例教學法的可行性

案例教學法是一種先進的教學方式，教師根據工程生產實際給出若干案例，學生分成若干研究小組，在教師地引導下組織文獻查閱、研究和討論，在規定時間內完成案例的設計后，通過報告的形式匯報研究成果，匯報完成后由教師和學生共同進行對相關問題的討論。在這種教學方式下，學生由被動的接受者轉變為知識的發掘者，實現教師與學生、學生與學生間的互動。與傳統教學方式相比，案例教學法的優勢十分突出，大大改善了教學效果，因此已經在我國高校的課堂教學中得到應用。[6，7]電力電子技術在工業生產和國民生活中應用廣泛，同時也綜合了電子技術、電路、自動控制等多個學科，因此具有很強的工程性和綜合性。同時，“電力電子技術”強調理論聯系實際，因此必須重視實踐性教學。在“電力電子技術”的教學中引入案例教學法，對于達到課程的實踐性和綜合性要求，調動學生學習的自覺性和主動性，提高學生自學能力和實踐能力，改善教學效果，大有裨益。

案例教學法的實施過程

新型教學法的實施步驟為：

1.提出課題(案例)將全班學生分為5個課題小組，小組可由教師劃定，學生也可以自由組合。根據“電力電子技術”教學大綱和教學目標要求，選取實踐性較強的5個案例，分配給5個課題小組，每個小組負責1個課題，課題的選擇由各組自行協商。由于學生剛剛接觸“電力電子技術”，因此教師在選擇案例時需注意案例的難度，案例不能過于簡單，需具有挑戰性，但也不能難度過大，占用學生過多的時間，甚至令學生失去興趣。經過實踐，筆者給出的第一批5個案例為：級聯式晶閘管整流器的設計、高功率因數PWM整流器的設計、SPWM逆變電源的設計、矩形波交流電源的設計、高頻高壓脈沖電源的設計。當然，案例的選擇并不是一成不變的，為了防止部分學生向上一屆學生索要案例設計結果，同時考慮到電力電子技術發展迅速，每一屆教學中都將對案例進行修改或更換.

2.研究學習各課題小組根據案例的要求，進行分工合作，首先要充分理解教材，判斷案例涉及教材中的哪部分章節的內容，深入閱讀教材，然后根據教師提供的文獻資料及學習方法，通過圖書館、期刊網等文獻檢索工具的幫助，查閱相關文獻，對課題進行拓展學習。由于課題涉及的電路、自動控制等方面的理論較多，需要學生閱讀較多的文獻。小組成員之間需要經常溝通和討論，并進行材料的整合并為報告做準備。

3.仿真研究由于學時以及實驗條件所限，學生無法對每個設計出的電路進行實驗研究，為了檢驗設計結果的正確性，可采用仿真驗證的方法。目前，有多種仿真軟件可以仿真電力電子電路，其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。這兩種軟件已被許多教師用于課堂教學中，但學生動手使用的并不多，實際上，這兩種軟件易學易用，學生無需在學習軟件的使用方法上花費太多的時間。在案例設計過程中，學生可以隨時用設計的仿真程序驗證設計的正確性;設計完成后，要給出不同拓撲結構、不同控制策略、不同電路參數和控制參數下的主要波形，并由此確定最佳拓撲和參數。在第二和第三階段，學生可通過網絡課程平臺與教師交流。

4.報告討論報告和討論是案例教學法的重要環節，一般安排在課程結尾階段進行。由于學時的限制，為每個案例分配的時間為20分鐘～30分鐘。課題組推舉一位報告人，報告人應在報告前做好PowerPoint講稿，報告時用5分鐘的時間介紹案例的要求和設計結果。余下時間由全體學生討論設計的合理性，學生也可以提出各種問題，由報告人進行解答，報告人解答不了的，由該課題組的其他成員解答。教師在此過程中應對討論的深度和廣度加以把握，最后對案例設計的結果進行點評，并記錄學生在報告和討論過程中的表現，作為考核的依據。

5.撰寫小論文通過一個學期的學習與實踐，每個學生提交一份與案例相關的研究性小論文，教師應要求每個課題組內各成員間的小論文內容有區別，即應側重于自己所研究的那一部分。

6.期末考核期末考核的成績由三部分組成：報告和討論過程中的表現以及小論文的質量。為了保證考核的公平性，教師在布置任務時要為課題組的每個成員分配不同的工作。以“SPWM逆變電源的設計”為例，可將案例拆分為若干子課題，如：單相逆變電源的設計、三相逆變電源的設計、常規SPWM調制方法研究、梯形波SPWM調制方法研究、鞍形波SPWM調制方法研究等幾個子課題。在小組成員較多的情況下，可令其中一部分同學用Matlab/Simulink仿真，其余同學用PSIM仿真，這樣不僅使每個學生都有相互獨立的任務，還可將不同仿真軟件得到的結果進行相互驗證。

案例舉例

本節以“矩形波交流電源的設計”為例來說明案例的實施效果。教師給出的案例為：矩形波交流電源在原油脫水等工業現場的應用較為廣泛。本案例中矩形波電源的設計指標為：輸入為三相380V/50Hz交流電;輸出為單相矩形波，幅值5kV～20kV可調，頻率0.1kHz～20kHz連續可調。要求學生設計出系統框圖、主電路、驅動控制電路，并對原理進行仿真，給出仿真波形。經過研究、討論以及教師指導，學生給出了詳細的設計方案。其中系統框圖如圖1所示。此外，學生畫出了主電路，并選擇IGBT作為降壓變換器和全橋逆變電路的開關器件，選擇SG3525作為控制芯片，選擇EXB841作為驅動芯片，畫出了控制和驅動電路。

學生的設計方案得到教師的肯定。但是在仿真中，學生遇到困難，不知如何調節輸出矩形波的幅值，這是因為教材中電路原理講得較多，而與控制有關的內容有限。學生在網絡課程平臺的論壇提出這一問題后，教師及時給出了建議，即將采樣得到的矩形波幅值除以變壓器變比后得到全橋逆變器輸出電壓的幅值，此幅值與降壓變換器的輸出相同，與給定電壓比較后得到誤差，再用PI調節器產生占空比信號。學生獲得建議后并經過小組的進一步討論，最終得出了仿真結果。此案例將電力電子技術教材中不同章節的內容，以及自動控制技術的內容聯系起來，學生在完成此案例后，對電力電子技術的原理和應用有了更深入地了解和體會。

與傳統教學方式相比，案例教學法在提高學生工程實踐能力、調動學生學習主動性、培養團隊精神等方面具有較大優勢。一個學期的實踐表明，這種方法的教學效果明顯優于傳統教學法，與“卓越工程師教育培養計劃”的理念相符合，值得進一步研究和推廣。當然，這種方法也存在著一定的不足，如對教師和學生的要求較高，部分學生積極性不高，教學法的實施與有限的學時存在矛盾等，筆者將這些問題的解決方法在今后的實踐中進行更深入的探索。