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電力電子技術(shù)課程教學(xué)研究及實(shí)踐論文
摘要：揭示了電力電子技術(shù)課程在傳統教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，詳細闡述了解決問(wèn)題的思路與具體操作方法。首先指出傳統教學(xué)模式在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的各種問(wèn)題，提出了以教學(xué)內容的實(shí)時(shí)更新和“微課+慕課+仿真”相結合的教學(xué)方法作為相應對策，然后詳細論述了這些對策的具體操作方式，最后強調了這些對策的教學(xué)實(shí)踐效果。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；教學(xué)研究；實(shí)踐
電力電子技術(shù)是電氣類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課之一。電力電子技術(shù)橫跨電子學(xué)、電力學(xué)、控制理論3個(gè)專(zhuān)業(yè)方向，廣泛應用于交通運輸、航天通信、家用電器等眾多重要領(lǐng)域[1]。電力電子技術(shù)是現代工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速且應用愈益廣泛的諸多重要學(xué)科之一，這使得它在電氣類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)基礎課中砥柱中流的作用日益凸顯，該課程的特點(diǎn)是兼具實(shí)用性、工程性和綜合性[2]。隨著(zhù)社會(huì )進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，在電力電子技術(shù)課程中沿用傳統的教學(xué)內容和教學(xué)方法，已經(jīng)開(kāi)始與除舊布新與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展要求不相符合。電力電子的技術(shù)進(jìn)步洪流，帶動(dòng)各種新型電力電子器件及其相關(guān)應用技術(shù)不斷涌現，原有教學(xué)內容已不能適應科技迅速發(fā)展的需求，電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內容亟須不斷地充實(shí)和更新。在傳統的教學(xué)中，教師雖然采用多媒體課件授課，但其本質(zhì)仍舊是以“教師為中心”的注入式教學(xué)占主導地位，盡管教師為了在課堂上提供了更多案例和Flash動(dòng)畫(huà)等教學(xué)資料而費盡心機，但學(xué)生仍然是被動(dòng)地接受，教學(xué)效果事倍功半就成為并不鮮見(jiàn)的“常態(tài)”。顯然，在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)中沿用傳統的教學(xué)方法已難以調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，如果考慮到各校學(xué)生的實(shí)際情況不同，學(xué)生的入學(xué)基礎參差不齊且有的學(xué)生基礎較差，教學(xué)效果就會(huì )受到更大的負面影響。因此，在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)方法上努力除舊布新與時(shí)俱進(jìn)，才能適應社會(huì )進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展的要求[3]。以實(shí)用性、工程性和綜合性為導向而充實(shí)和更新教學(xué)內容，并以“微課+慕課+仿真”教學(xué)方法相結合的教學(xué)模式，是電力電子技術(shù)課程的教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)的有效努力方向。為了調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習熱情和自主學(xué)習的積極性，轉變傳統教學(xué)中教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”相互之間配合差、互動(dòng)少的狀況，并為使學(xué)生改變他們以往事半功倍的學(xué)習習慣，引導他們逐步實(shí)現由厭學(xué)—有興趣學(xué)—掌握方法—學(xué)會(huì )—會(huì )學(xué)的轉變，我在實(shí)際教學(xué)中采用了“微課+慕課+仿真”相結合的創(chuàng )新型教學(xué)方法并取得了較好的教學(xué)效果。
1教學(xué)內容的安排
為了實(shí)現上述教學(xué)要求，經(jīng)過(guò)我校電氣、自動(dòng)化教研室教師的討論，所達成的共識是：電力電子技術(shù)課程的內容應以開(kāi)關(guān)器件為基礎，以四類(lèi)基本變換技術(shù)為核心，以?xún)煞N控制方法為輔，以四類(lèi)技術(shù)的應用為目標，并應適當兼顧當前新技術(shù)的發(fā)展趨勢。這樣的內容設置既有利于學(xué)生掌握課程核心內容，也能夠促使學(xué)生更好地掌握電力電子技術(shù)在實(shí)際工程中的應用，并使他們對電力電子技術(shù)的最新發(fā)展有一定的認識，為今后的工作以及深造打下一定的基礎。在基礎性開(kāi)關(guān)器件的內容安排上，以全控型器件為主，兼顧半控型器件的相關(guān)內容。晶閘管是半控型器件的典型代表，也是目前幾乎所有電力電子技術(shù)課程教材中都會(huì )介紹的器件，它在目前的工程應用中仍占有一定的比重�，F在以電力場(chǎng)效應管和IGBT為代表的全控型器件的迅速發(fā)展，已經(jīng)成為電力電子領(lǐng)域的核心器件，從而會(huì )影響到主電路的拓撲結構和控制方法[4]。我們在教學(xué)中，按照工程中的實(shí)際應用以及器件的歷史發(fā)展，將半控型器件的相關(guān)內容結合整流電路進(jìn)行講解，而對全控型器件及其組成的逆變器流交流變換技術(shù)、斬波技術(shù)的特性進(jìn)行詳細介紹。并且會(huì )給學(xué)生增加一些教材內容之外的全控元件的介紹。在課堂上及時(shí)傳授該學(xué)科的前沿知識并介紹其發(fā)展趨勢，有利于培養學(xué)生緊跟相關(guān)學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)態(tài)的良好習慣。例如，將當前諸如無(wú)功功率發(fā)生器(SVG)、電網(wǎng)諧波抑制技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)、高壓變頻器、矩陣式交-交變換器等電力電子最新應用的內容，作為補充拓展的知識介紹給學(xué)生。此外，還應該將那些諸如電子鎮流器的應用、太陽(yáng)能發(fā)電等與學(xué)生身邊生活密切相關(guān)的應用內容，插入到適當章節的教學(xué)中，來(lái)增加學(xué)生對其身邊電力電子技術(shù)的感性認識。
2“微課+慕課+仿真”相結合的教學(xué)方法
充分注意到“95后”學(xué)生求新、求變的特質(zhì)，是做好教學(xué)工作的基本前提。目前我們面對的學(xué)生基本是95后，他們對傳統的教學(xué)方法比較厭倦甚至反感，然而他們對互聯(lián)網(wǎng)、新技術(shù)、新教學(xué)方式的喜愛(ài)并渴求掌握的愿望又是非常強烈的。因此在此基礎上我們采用了“微課+慕課+仿真”相結合的教學(xué)方法，充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習電力電子技術(shù)課程的興趣和積極性。
2.1微課的應用
微課是指基于某種特定的教學(xué)設計思想應用多媒體技術(shù)，在五分鐘以?xún)染鸵粋�(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行針對性講解的一段視頻。在教育教學(xué)中，微課所講授的內容呈“點(diǎn)”狀、碎片化，這些知識點(diǎn)，可以是教材解讀、題型精講、考點(diǎn)歸納等具體教學(xué)內容，也可以是學(xué)習方法傳授、教學(xué)經(jīng)驗介紹等方法論方面的知識講解和展示。微課是課堂教學(xué)的有效補充形式，微課不僅適合于移動(dòng)學(xué)習時(shí)代知識的傳播、也適合學(xué)習者個(gè)性化、深度學(xué)習的需求[4]。在不同的教學(xué)環(huán)境中，微課可以有不同的應用形式。
2.1.1微課在新授課上的作用及效果
微課在新課教學(xué)的課前預習、新課內容導入、新課重難點(diǎn)講解等不同環(huán)節可以扮演不同角色。首先，在新課教學(xué)之前，可以根據學(xué)生已有的知識基礎和新知識所需的銜接知識點(diǎn)，給學(xué)生提供相應的微課視頻，從而可以讓學(xué)生在課下先看此微課視頻，為新課做好預習準備。其次，在新課導入環(huán)節，教師常用的教學(xué)方法是，為了吸引學(xué)生的注意力，為新課的講解做好鋪墊，教師會(huì )根據新課知識點(diǎn)設計新穎的問(wèn)題。依據此教學(xué)方法制作微課，在開(kāi)始上課并復習舊課內容后先讓學(xué)生看此視頻，以此作為學(xué)習新課的新穎序曲。最后，還可以將教師對新課中重難點(diǎn)做點(diǎn)撥、對典型例題引導學(xué)生探究其規律等內容，也制作成微課，用以在學(xué)生自主探究或團隊合作探究后一起看此微課視頻。電力電子技術(shù)課程內容知識點(diǎn)多而難，并且里面的輸出波形較多，如果簡(jiǎn)單的讓學(xué)生看書(shū)預習，對于學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大。結合以上微課的諸多特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中，授課教師會(huì )在備課時(shí)，自己制作或從網(wǎng)絡(luò )資源上搜索并購買(mǎi)相應的微課內容，在上課前一周通過(guò)與學(xué)生建立的班級微信群進(jìn)行發(fā)布，讓學(xué)生對新內容進(jìn)行熱身，以達到吸引他們學(xué)習的注意力并達到預習的效果。
2.1.2微課在學(xué)生自主學(xué)習中的應用優(yōu)勢
微課視頻以其短小精悍的特點(diǎn)，使其在學(xué)生的自主學(xué)習中應用中擁有幾項不可多得的優(yōu)勢。其一，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )通訊的發(fā)展和計算機的普及，學(xué)生基本上都有各自的筆記本電腦或是智能手機，當教師把學(xué)習中的重點(diǎn)和疑難問(wèn)題制作成微課，上傳到網(wǎng)上，學(xué)生便可以隨時(shí)點(diǎn)播學(xué)習。其二，微課短小精悍，其所圍繞的一個(gè)議題或一個(gè)重點(diǎn)，都是針對學(xué)生學(xué)習中的疑難問(wèn)題設計，非常適合學(xué)生自學(xué)。其三，學(xué)生學(xué)習微課的時(shí)間和地點(diǎn)選擇的自由度很大，學(xué)生有了很大的自主空間，只要有學(xué)習的愿望，即可實(shí)現對微課視頻的充分利用。其四，微課可以適應不同的學(xué)生，由于視頻播放的快慢可以調節，這就讓不同程度的學(xué)生可以根據的自己的基礎和接受程度控制視頻播放的快慢，以達到最佳學(xué)習效果；其五，由于視頻可以反復播放，這使得那些平時(shí)反應慢而又羞于發(fā)問(wèn)的學(xué)生能夠從容地反復觀(guān)看，這就為較好地解決了后進(jìn)生的轉化問(wèn)題提供了一條簡(jiǎn)便可行的途徑[3]。在每次課后，教師通過(guò)班級的微信群發(fā)布相應的作業(yè)要求，當有學(xué)生進(jìn)行反饋該作業(yè)的困難時(shí)，通過(guò)統計分析學(xué)生們的共性問(wèn)題以及易錯、易疏忽的問(wèn)題時(shí)教師就對該知識點(diǎn)和作業(yè)制作相應的微視頻發(fā)布，這樣不僅可以了解學(xué)生整體對該知識點(diǎn)的掌握情況，同時(shí)也可以達到增強學(xué)生與教師的互動(dòng)交流和感情。
2.2慕課的應用
慕課是大規模的網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放課程，它是為了增強知識傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個(gè)人或組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上的開(kāi)放課程。慕課是新近涌現出來(lái)的一種在線(xiàn)課程開(kāi)發(fā)模式，它發(fā)展于過(guò)去的那種發(fā)布資源、學(xué)習管理系統以及將學(xué)習管理系統與更多的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )資源綜合起來(lái)的新的課程開(kāi)發(fā)模式。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，很容易從網(wǎng)上找一些與電力電子技術(shù)相關(guān)的在線(xiàn)視頻，它們既可以使教師提高自身的學(xué)識水平，也可以通過(guò)各種形式形成電力電子技術(shù)課程的慕課教學(xué)內容。例如，西安交通大學(xué)等國內頂尖高校電力電子技術(shù)精品課的在線(xiàn)視頻公開(kāi)課，就可以作為在電力電子技術(shù)課程中應用慕課形式的參考資料，使用這些資料進(jìn)行慕課教學(xué)，不但可以最大限度地共享網(wǎng)絡(luò )資源，也使得學(xué)生們有更多機會(huì )領(lǐng)略國內名校的名師風(fēng)采，這對于開(kāi)闊學(xué)生們的眼界并且激發(fā)他們的學(xué)習熱情，顯然益處多多。當然，學(xué)生在課堂外的自主學(xué)習中也可以重新復習這些視頻，這要比以往的看書(shū)本復習效果好得多。隨著(zhù)以后雙語(yǔ)教學(xué)的逐步普及，電力電子技術(shù)課程中慕課的資源共享范圍，還可以擴展到包括美國等西方發(fā)達國家在內的全世界。
2.3實(shí)驗及實(shí)踐中仿真的實(shí)施
應用計算機軟件進(jìn)行仿真設計并對設計結果進(jìn)行仿真驗證，已經(jīng)成為現代工程設計領(lǐng)域的常態(tài)，它也應該成為工程教育領(lǐng)域電力電子技術(shù)課程教學(xué)中的常態(tài)。在電力電子技術(shù)課程教學(xué)實(shí)驗環(huán)節中，無(wú)論是擁有充足實(shí)驗設備的學(xué)校，還是缺乏實(shí)驗設備的學(xué)校，都可以采用Matlab軟件實(shí)現為實(shí)驗教學(xué)做出必要補充的努力。在電力電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，主要是利用Matlab仿真軟件中的SIMULINK元件庫來(lái)建立電力電子電路仿真模型并給出仿真結果，來(lái)加深學(xué)生對所學(xué)內容的理解。將計算機仿真軟件引入實(shí)驗課堂教學(xué)中，不僅能提高學(xué)生對學(xué)習電力電子技術(shù)課程的興趣，而且更容易使學(xué)生學(xué)好這門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。同時(shí)，在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)中，采用仿真教學(xué)能夠部分代替實(shí)驗教學(xué)，節省大量的教學(xué)資源[4]。在實(shí)踐課中仿真的實(shí)施環(huán)節，注重培養學(xué)生的團隊合作能力和多門(mén)課程的綜合應用能力。布置課程的設計任務(wù)時(shí)，要求3個(gè)人組成團隊共同完成，以培養學(xué)生們的團隊合作能力。給出具體的題目、技術(shù)指標和設計要求等內容后，注意引導學(xué)生如何綜合運用所學(xué)的電力電子技術(shù)、數模電技術(shù)、編程語(yǔ)言(C語(yǔ)言或Matlab)完成相應的設計。鼓勵學(xué)生積極參加省級、國家級的電子設計競賽和“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車(chē)競賽，將所學(xué)的知識應用于實(shí)際的科技制作。在實(shí)習環(huán)節帶領(lǐng)學(xué)生參觀(guān)相關(guān)的電力電子設備生產(chǎn)單位、發(fā)電廠(chǎng)以及其他電力電子設備的應用單位。
3結束語(yǔ)
電力電子技術(shù)課程是一門(mén)實(shí)用性、工程性和綜合性較強課程，因此其教學(xué)改革是一項復雜而系統性的工程，技術(shù)性涉及面也較廣，它的核心在于“實(shí)用”[5]。因此，在教學(xué)中必須于提高學(xué)生學(xué)習興趣的基礎上強調實(shí)際的應用。經(jīng)過(guò)兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生普遍感到電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內容安排和“微課+慕課+仿真”相結合的教學(xué)方法效果較好，能夠有效地激發(fā)他們的學(xué)習熱情。
參考文獻:
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[4]李秀娟,劉偉.“電力電子技術(shù)”課程改革思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2009(6):30-31.
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