基于工作任務(wù)的《開關(guān)電源原理與分析》教學(xué)改革

1、 基于工作任務(wù)的開關(guān)電源原理與分析教學(xué)改革 梁奇峰 廖鴻飛（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東中山 528436）Reference：開關(guān)電源在高職高專中是一門較新的課程，教材較少，而且針對(duì)性差，知識(shí)結(jié)構(gòu)不合理，不能滿足高職高專的教學(xué)需要。本文通過(guò)分析開關(guān)電源類企業(yè)的典型工作任務(wù)，將典型工作任務(wù)所涵蓋的知識(shí)和技能進(jìn)行分析和量化，根據(jù)要掌握的技能和知識(shí)以及實(shí)際的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，把教學(xué)內(nèi)容分解成五個(gè)工作任務(wù)模塊，并從基本知識(shí)點(diǎn)和技能的分析、教學(xué)內(nèi)容、校企合作開發(fā)教材、考核方式改革及學(xué)生拓展能力培養(yǎng)等五個(gè)方面進(jìn)行的教學(xué)改革探索。Keys：開關(guān)電源；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； PWM/PFM控制芯片；載體G712 ：A ：

2、1672-5727（2012）06-0084-03光電源及開關(guān)電源技術(shù)是高職院校中應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)方向之一，開關(guān)電源原理與分析是此方向的專業(yè)主干核心課程，起到承上啟下、貫徹始終的作用。目前，高職高專關(guān)于此課程的教材較少，而且教材的針對(duì)性較差，知識(shí)結(jié)構(gòu)不合理、內(nèi)容較陳舊。我們通過(guò)對(duì)開關(guān)電源類企業(yè)的調(diào)研，分析了光電源及開關(guān)電源技術(shù)崗位群的工作人員應(yīng)掌握的專業(yè)知識(shí)和技能。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)、技能及電路結(jié)構(gòu)來(lái)整合、序化教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)內(nèi)容分成5個(gè)工作任務(wù)模塊，在每個(gè)工作任務(wù)模塊中引入子電路和工程資料，作為教學(xué)內(nèi)容的載體。通過(guò)制作、調(diào)試和測(cè)試每個(gè)子電路，最終完成整體電路的設(shè)計(jì)與制作40W反激電源的制作，恰當(dāng)?shù)卦?/p>

3、各教學(xué)環(huán)節(jié)融入工程資料、標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量體系的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。筆者擬從基本知識(shí)點(diǎn)和技能的分析、理論知識(shí)和實(shí)踐項(xiàng)目、校企合作開發(fā)教材、考核方式改革和學(xué)生拓展能力培養(yǎng)等五個(gè)方面闡述教學(xué)改革的實(shí)施?；局R(shí)和技能的分析我院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)（光電源及開關(guān)電源技術(shù)方向）培養(yǎng)的人才主要面向光電源和開關(guān)電源類企業(yè)，涉及輔助設(shè)計(jì)、維修、銷售和售后服務(wù)、電子元件采購(gòu)、質(zhì)量檢測(cè)和認(rèn)證等5個(gè)崗位（群）。通過(guò)分析典型工作任務(wù)，將典型工作任務(wù)所涵蓋的知識(shí)和技能進(jìn)行分析、量化和整合，應(yīng)具備的基本知識(shí)和技能如圖1所示。一個(gè)工作任務(wù)要幾個(gè)方面的基本知識(shí)和技能來(lái)培養(yǎng)，掌握一個(gè)方面的基本知識(shí)和技能可以完成多個(gè)工作任

4、務(wù)，工作任務(wù)與基本知識(shí)點(diǎn)和技能是相互滲透的，并不是一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。理論知識(shí)與實(shí)踐項(xiàng)目的分析開關(guān)電源原理與分析課程以對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)品電路進(jìn)行分析與制作為依托，按照崗位群所涵蓋的知識(shí)和技能為培養(yǎng)目標(biāo)，按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由部分到整體的原則，科學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)性工作任務(wù)。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)、技能及電路結(jié)構(gòu)（見圖2）來(lái)整合、序化教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)內(nèi)容分成5個(gè)工作任務(wù)模塊（見圖3）。在每個(gè)工作任務(wù)模塊中引入子電路和工程資料，作為教學(xué)內(nèi)容的載體。從理論知識(shí)和實(shí)踐項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)方面對(duì)每個(gè)工作任務(wù)模塊的教學(xué)內(nèi)容和要求進(jìn)行了分析探討。（一）基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括非隔離型和隔離型兩大類變換器。非隔離型主要包括降壓、Boost和Bu

5、ck-Boost變換器；隔離型主要包括正激、反激、半橋變換器、推挽變換器和全橋變換器等。應(yīng)掌握變換器的結(jié)構(gòu)、工作原理，理解穩(wěn)定工作時(shí)的波形及基本關(guān)系式，熟悉它們的應(yīng)用場(chǎng)合。實(shí)踐項(xiàng)目：畫PC電源原邊主電路、副邊輸出整流濾波電路（對(duì)應(yīng)子電路1）。主要培養(yǎng)學(xué)生以下幾方面的技能：（1）熟悉PCB板與電路圖之間的關(guān)系；（2）加深鞏固所學(xué)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（3）學(xué)會(huì)測(cè)量電路的連接及功率元器件是否正常；（4）學(xué)會(huì)如何根據(jù)PCB板畫出原理圖以及如何布局元器件。（二）PWM和PFM控制芯片及其應(yīng)用誤差放大器及補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?，介紹電流模式的PWM控制器（以控制芯片UC3842為例）和PFM控制器（以控制芯片L6562為

6、例）以及它們的應(yīng)用。掌握芯片每個(gè)引腳的功能以及外圍電路參數(shù)的分析，掌握用控制芯片來(lái)控制隔離型變換器（Forward和Flyback）和非隔離型變換器（Buck和Boost）實(shí)現(xiàn)電能的變換，也就是控制芯片與變換器的連接電路，即如何檢測(cè)輸出電壓和輸入電流以及MOS管的驅(qū)動(dòng)等。實(shí)踐項(xiàng)目：UC3842控制的Boost變換器電路的制作（子電路2）。主要培養(yǎng)學(xué)生以下幾方面的技能：（1）掌握電路的工作原理；（2）掌握調(diào)試電路和測(cè)試電路的方法；（3）掌握分析電路故障和排除電路故障的技巧。（三）電源輸入級(jí)電源輸入級(jí)主要包括EMI濾波器、浪涌電流抑制電路、功率因數(shù)校正電路和輸入整流電路等。應(yīng)掌握這些電路的作用及工

7、作原理，熟悉它們的應(yīng)用場(chǎng)合。實(shí)踐項(xiàng)目：畫PC電源EMI電路及整流濾波電路的制作（子電路3）。主要培養(yǎng)學(xué)生以下幾方面的技能：（1）理解EMI濾波器的組成結(jié)構(gòu)及作用；（2）掌握兩種整流濾波電路的工作方式。（四）元器件的選擇器件的選擇主要指無(wú)源器件、半導(dǎo)體器件、電感和變壓器的選擇。應(yīng)掌握它們的參數(shù)、封裝及分類；根據(jù)功率、耐壓值、所要求的裕量等來(lái)選擇器件；熟悉它們的應(yīng)用場(chǎng)合。應(yīng)掌握制作變壓器的步驟、工藝以及用LCR電橋來(lái)測(cè)量其值等。實(shí)踐項(xiàng)目：高頻變壓器的制作及測(cè)試（子電路4），應(yīng)用在40W反激電源制作實(shí)訓(xùn)中。主要培養(yǎng)學(xué)生以下幾方面的技能：（1）理解變壓器同名端和異名端與實(shí)物之間的關(guān)系；（2）掌握變壓器

8、的制作方法；（3）掌握變壓器參數(shù)的測(cè)試；（4）掌握用示波器和信號(hào)發(fā)生器測(cè)試變壓器的匝比和同名端等。（五）40W反激電源的制作把40W反激電源的制作引入到實(shí)踐教學(xué)中。應(yīng)掌握電路的工作原理和控制芯片外圍電路參數(shù)的分析以及計(jì)算，掌握如何調(diào)試電路和測(cè)試電源的性能指標(biāo)，掌握如何分析電路故障和排除電路故障的方法。通過(guò)40W反激電源的制作、調(diào)試和測(cè)試的訓(xùn)練，不僅連貫了前面四部分的內(nèi)容，使學(xué)生加深和鞏固了前面所學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)生分析整體電路、調(diào)試和測(cè)試電路、分析和排除電路故障的能力可得到很大的提高。教學(xué)內(nèi)容要始終保持鮮活，子電路和工程資料載體可以替換，教師教學(xué)時(shí)可直接使用這些載體，也允許教師從企業(yè)或者實(shí)際工作

9、中引入新的載體。另外，根據(jù)電源類企業(yè)和PWM控制芯片的發(fā)展及要求來(lái)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；根據(jù)企業(yè)和學(xué)生就業(yè)反饋信息，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，始終保持教學(xué)內(nèi)容的適時(shí)變化和改革，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的要求。校企合作開發(fā)教材為了讓教學(xué)內(nèi)容更加符合高職人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，充分體現(xiàn)職業(yè)性、實(shí)踐性和開放性的要求，我們自2009年以來(lái)堅(jiān)持與企業(yè)合作，基于崗位所需職業(yè)技能和知識(shí)進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)和開發(fā)。教師與企業(yè)專家一起對(duì)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容和授課方式進(jìn)行了探討，并與中山科普斯特電源技術(shù)有限公司和中山天域電子有限公司一起合作編寫開關(guān)電源電路分析與設(shè)計(jì)講義，已應(yīng)用到2009級(jí)的教學(xué)中。 根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和電路結(jié)構(gòu)，在實(shí)踐教學(xué)中

10、，安排的5個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目具有技能針對(duì)性強(qiáng)、訓(xùn)練目標(biāo)明確、便于學(xué)生操作和職業(yè)性等特點(diǎn)。每個(gè)項(xiàng)目相對(duì)獨(dú)立，有利于組織實(shí)踐教學(xué)與考核。每個(gè)項(xiàng)目都從實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、技能要求三個(gè)方面組織實(shí)踐內(nèi)容。根據(jù)產(chǎn)品的研發(fā)和制造過(guò)程及標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范學(xué)生做項(xiàng)目的要求，例如，加工元器件，擺放元器件的位置，如何布置地線，如何調(diào)試和測(cè)試產(chǎn)品及測(cè)試的內(nèi)容，等等。打造了真實(shí)的企業(yè)氛圍，真正實(shí)現(xiàn)了工作過(guò)程和工作任務(wù)的教學(xué)，學(xué)生畢業(yè)后到企業(yè)就很容易適崗上手。與合作企業(yè)一起編寫實(shí)踐項(xiàng)目指導(dǎo)書，已應(yīng)用到2008、2009級(jí)的教學(xué)中，并取得了良好的教學(xué)效果。培養(yǎng)學(xué)生的拓展技能學(xué)生做完實(shí)訓(xùn)電路之后，可以把電路改成5V/5A或者其他等級(jí)的

11、電壓輸出，只需要調(diào)整電路中部分元件的參數(shù)。如輸出電壓采樣電路、補(bǔ)償電路、輸入電流檢測(cè)電阻、整流橋和輸出整流二極管參數(shù)、變壓器等參數(shù)；也可以改成多路輸出的電源，如5V、12V或者5V和12V等多種形式的輸出。通過(guò)電路的拓展訓(xùn)練，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)開關(guān)電源更深一層的理解，培養(yǎng)學(xué)生具備初步設(shè)計(jì)電路的能力。另外，學(xué)生可參與教師的科研項(xiàng)目，例如航空電源單相APFC技術(shù)的研究，包括項(xiàng)目方案的規(guī)劃、電路參數(shù)的計(jì)算、調(diào)試和測(cè)試電路等。通過(guò)全過(guò)程參與項(xiàng)目，充分挖掘?qū)W生潛力，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)也可得到很大提高?？己朔绞礁母镆赃^(guò)程考核為主，著重考核學(xué)生掌握所學(xué)的理論知識(shí)和技能，并能綜合運(yùn)用所學(xué)知

12、識(shí)和技能去分析電路、調(diào)試和測(cè)試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。 該體系包含以下幾個(gè)方面：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和階段學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)（考勤、課堂表現(xiàn)）；（2）自主學(xué)習(xí)能力評(píng)價(jià)（獨(dú)立完成作業(yè)）；（3）表達(dá)能力評(píng)價(jià)（課堂發(fā)言、討論及現(xiàn)場(chǎng)答辯）；（4）團(tuán)隊(duì)合作和綜合能力評(píng)價(jià)（實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)效果及報(bào)告）；（5）綜合應(yīng)用能力（電路分析報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)答辯）?？己顺煽?jī)由平時(shí)形成性考核和期末電路分析報(bào)告兩部分組成，如表1所示。課程教學(xué)改革總結(jié)根據(jù)開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)、崗位所需的專業(yè)知識(shí)和技能來(lái)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重在應(yīng)用方面的講解，突出了職業(yè)技能的培養(yǎng)，打破了傳統(tǒng)學(xué)科性的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，符合高職高專培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能型人

13、才的要求。把真實(shí)的開關(guān)電源產(chǎn)品和企業(yè)工程資料作為教學(xué)載體，學(xué)生可將理論知識(shí)和實(shí)訓(xùn)課所學(xué)運(yùn)用于載體，去解決實(shí)際問(wèn)題。合適的載體在加深學(xué)生對(duì)本門課程學(xué)習(xí)的同時(shí)，也涉及如結(jié)構(gòu)、工藝、焊接、標(biāo)準(zhǔn)、綜合調(diào)試和測(cè)試等其他方面的知識(shí)，全面培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)；合適的載體也有助于讓學(xué)生感到知識(shí)的實(shí)用性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。本課程的學(xué)習(xí)為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。在“教學(xué)做”的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生分析一種或一類開關(guān)電源產(chǎn)品電路，這種能力也可以遷移到其他類型的開關(guān)電源產(chǎn)品電路分析中，這種能力可以向設(shè)計(jì)方向更深一層發(fā)展，從而加強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)遷移能力，為學(xué)生將來(lái)職業(yè)崗位的變化和職務(wù)晉升奠定基礎(chǔ)。本課程已建成院級(jí)精品課程，網(wǎng)絡(luò)課程資源庫(kù)建設(shè)已基本完成，內(nèi)容在不斷更新之中，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和畢業(yè)后終身學(xué)習(xí)提供了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。Reference： 1王川，姚建永實(shí)用電源技術(shù)M.