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電力電子技術(shù)課程教學(xué)研究及實踐論文
摘要：揭示了電力電子技術(shù)課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題，詳細闡述了解決問題的思路與具體操作方法。首先指出傳統(tǒng)教學(xué)模式在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的各種問題，提出了以教學(xué)內(nèi)容的實時更新和“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的教學(xué)方法作為相應(yīng)對策，然后詳細論述了這些對策的具體操作方式，最后強調(diào)了這些對策的教學(xué)實踐效果。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；教學(xué)研究；實踐
電力電子技術(shù)是電氣類、自動化類本科專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)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個專業(yè)方向，廣泛應(yīng)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(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速且應(yīng)用愈益廣泛的諸多重要學(xué)科之一，這使得它在電氣類、自動化類本科專業(yè)基礎(chǔ)課中砥柱中流的作用日益凸顯，該課程的特點是兼具實用性、工程性和綜合性[2]。隨著社會進步和技術(shù)發(fā)展，在電力電子技術(shù)課程中沿用傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，已經(jīng)開始與除舊布新與時俱進的發(fā)展要求不相符合。電力電子的技術(shù)進步洪流，帶動各種新型電力電子器件及其相關(guān)應(yīng)用技術(shù)不斷涌現(xiàn)，原有教學(xué)內(nèi)容已不能適應(yīng)科技迅速發(fā)展的需求，電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容亟須不斷地充實和更新。在傳統(tǒng)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(dǎo)地位，盡管教師為了在課堂上提供了更多案例和Flash動畫等教學(xué)資料而費盡心機，但學(xué)生仍然是被動地接受，教學(xué)效果事倍功半就成為并不鮮見的“常態(tài)”。顯然，在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)中沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法已難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，如果考慮到各校學(xué)生的實際情況不同，學(xué)生的入學(xué)基礎(chǔ)參差不齊且有的學(xué)生基礎(chǔ)較差，教學(xué)效果就會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俱進，才能適應(yīng)社會進步和技術(shù)發(fā)展的要求[3]。以實用性、工程性和綜合性為導(dǎo)向而充實和更新教學(xué)內(nèi)容，并以“微課+慕課+仿真”教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)模式，是電力電子技術(shù)課程的教學(xué)與時俱進的有效努力方向。為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自主學(xué)習(xí)的積極性，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)中教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”相互之間配合差、互動少的狀況，并為使學(xué)生改變他們以往事半功倍的學(xué)習(xí)習(xí)慣，引導(dǎo)他們逐步實現(xiàn)由厭學(xué)—有興趣學(xué)—掌握方法—學(xué)會—會學(xué)的轉(zhuǎn)變，我在實際教學(xué)中采用了“微課+慕課+仿真”相結(jié)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(nèi)容的安排
為了實現(xiàn)上述教學(xué)要求，經(jīng)過我校電氣、自動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(nèi)容應(yīng)以開關(guān)器件為基礎(chǔ)，以四類基本變換技術(shù)為核心，以兩種控制方法為輔，以四類技術(shù)的應(yīng)用為目標，并應(yīng)適當兼顧當前新技術(shù)的發(fā)展趨勢。這樣的內(nèi)容設(shè)置既有利于學(xué)生掌握課程核心內(nèi)容，也能夠促使學(xué)生更好地掌握電力電子技術(shù)在實際工程中的應(yīng)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(chǔ)。在基礎(chǔ)性開關(guān)器件的內(nèi)容安排上，以全控型器件為主，兼顧半控型器件的相關(guān)內(nèi)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)課程教材中都會介紹的器件，它在目前的工程應(yīng)用中仍占有一定的比重�，F(xiàn)在以電力場效應(yīng)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，從而會影響到主電路的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法[4]。我們在教學(xué)中，按照工程中的實際應(yīng)用以及器件的歷史發(fā)展，將半控型器件的相關(guān)內(nèi)容結(jié)合整流電路進行講解，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)的特性進行詳細介紹。并且會給學(xué)生增加一些教材內(nèi)容之外的全控元件的介紹。在課堂上及時傳授該學(xué)科的前沿知識并介紹其發(fā)展趨勢，有利于培養(yǎng)學(xué)生緊跟相關(guān)學(xué)科最新發(fā)展動態(tài)的良好習(xí)慣。例如，將當前諸如無功功率發(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(yīng)用的內(nèi)容，作為補充拓展的知識介紹給學(xué)生。此外，還應(yīng)該將那些諸如電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用、太陽能發(fā)電等與學(xué)生身邊生活密切相關(guān)的應(yīng)用內(nèi)容，插入到適當章節(jié)的教學(xué)中，來增加學(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(jié)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(tǒng)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)方式的喜愛并渴求掌握的愿望又是非常強烈的。因此在此基礎(chǔ)上我們采用了“微課+慕課+仿真”相結(jié)合的教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)課程的興趣和積極性。
2.1微課的應(yīng)用
微課是指基于某種特定的教學(xué)設(shè)計思想應(yīng)用多媒體技術(shù)，在五分鐘以內(nèi)就一個知識點進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(nèi)容呈“點”狀、碎片化，這些知識點，可以是教材解讀、題型精講、考點歸納等具體教學(xué)內(nèi)容，也可以是學(xué)習(xí)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學(xué)習(xí)時代知識的傳播、也適合學(xué)習(xí)者個性化、深度學(xué)習(xí)的需求[4]。在不同的教學(xué)環(huán)境中，微課可以有不同的應(yīng)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(yù)習(xí)、新課內(nèi)容導(dǎo)入、新課重難點講解等不同環(huán)節(jié)可以扮演不同角色。首先，在新課教學(xué)之前，可以根據(jù)學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和新知識所需的銜接知識點，給學(xué)生提供相應(yīng)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(yù)習(xí)準備。其次，在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，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，教師會根據(jù)新課知識點設(shè)計新穎的問題。依據(jù)此教學(xué)方法制作微課，在開始上課并復(fù)習(xí)舊課內(nèi)容后先讓學(xué)生看此視頻，以此作為學(xué)習(xí)新課的新穎序曲。最后，還可以將教師對新課中重難點做點撥、對典型例題引導(dǎo)學(xué)生探究其規(guī)律等內(nèi)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(nèi)容知識點多而難，并且里面的輸出波形較多，如果簡單的讓學(xué)生看書預(yù)習(xí)，對于學(xué)生來說難度較大。結(jié)合以上微課的諸多特點，在教學(xué)過程中，授課教師會在備課時，自己制作或從網(wǎng)絡(luò)資源上搜索并購買相應(yīng)的微課內(nèi)容，在上課前一周通過與學(xué)生建立的班級微信群進行發(fā)布，讓學(xué)生對新內(nèi)容進行熱身，以達到吸引他們學(xué)習(xí)的注意力并達到預(yù)習(xí)的效果。
2.1.2微課在學(xué)生自主學(xué)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢
微課視頻以其短小精悍的特點，使其在學(xué)生的自主學(xué)習(xí)中應(yīng)用中擁有幾項不可多得的優(yōu)勢。其一，隨著網(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(xí)中的重點和疑難問題制作成微課，上傳到網(wǎng)上，學(xué)生便可以隨時點播學(xué)習(xí)。其二，微課短小精悍，其所圍繞的一個議題或一個重點，都是針對學(xué)生學(xué)習(xí)中的疑難問題設(shè)計，非常適合學(xué)生自學(xué)。其三，學(xué)生學(xué)習(xí)微課的時間和地點選擇的自由度很大，學(xué)生有了很大的自主空間，只要有學(xué)習(xí)的愿望，即可實現(xiàn)對微課視頻的充分利用。其四，微課可以適應(yīng)不同的學(xué)生，由于視頻播放的快慢可以調(diào)節(jié)，這就讓不同程度的學(xué)生可以根據(jù)的自己的基礎(chǔ)和接受程度控制視頻播放的快慢，以達到最佳學(xué)習(xí)效果；其五，由于視頻可以反復(fù)播放，這使得那些平時反應(yīng)慢而又羞于發(fā)問的學(xué)生能夠從容地反復(fù)觀看，這就為較好地解決了后進生的轉(zhuǎn)化問題提供了一條簡便可行的途徑[3]。在每次課后，教師通過班級的微信群發(fā)布相應(yīng)的作業(yè)要求，當有學(xué)生進行反饋該作業(yè)的困難時，通過統(tǒng)計分析學(xué)生們的共性問題以及易錯、易疏忽的問題時教師就對該知識點和作業(yè)制作相應(yīng)的微視頻發(fā)布，這樣不僅可以了解學(xué)生整體對該知識點的掌握情況，同時也可以達到增強學(xué)生與教師的互動交流和感情。
2.2慕課的應(yīng)用
慕課是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開放課程，它是為了增強知識傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個人或組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上的開放課程。慕課是新近涌現(xiàn)出來的一種在線課程開發(fā)模式，它發(fā)展于過去的那種發(fā)布資源、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)以及將學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)與更多的開放網(wǎng)絡(luò)資源綜合起來的新的課程開發(fā)模式。隨著電力電子技術(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，也可以通過各種形式形成電力電子技術(shù)課程的慕課教學(xué)內(nèi)容。例如，西安交通大學(xué)等國內(nèi)頂尖高校電力電子技術(shù)精品課的在線視頻公開課，就可以作為在電力電子技術(shù)課程中應(yīng)用慕課形式的參考資料，使用這些資料進行慕課教學(xué)，不但可以最大限度地共享網(wǎng)絡(luò)資源，也使得學(xué)生們有更多機會領(lǐng)略國內(nèi)名校的名師風(fēng)采，這對于開闊學(xué)生們的眼界并且激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，顯然益處多多。當然，學(xué)生在課堂外的自主學(xué)習(xí)中也可以重新復(fù)習(xí)這些視頻，這要比以往的看書本復(fù)習(xí)效果好得多。隨著以后雙語教學(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(nèi)的全世界。
2.3實驗及實踐中仿真的實施
應(yīng)用計算機軟件進行仿真設(shè)計并對設(shè)計結(jié)果進行仿真驗證，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程設(shè)計領(lǐng)域的常態(tài)，它也應(yīng)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)實驗環(huán)節(jié)中，無論是擁有充足實驗設(shè)備的學(xué)校，還是缺乏實驗設(shè)備的學(xué)校，都可以采用Matlab軟件實現(xiàn)為實驗教學(xué)做出必要補充的努力。在電力電子技術(shù)實驗教學(xué)過程中，主要是利用Matlab仿真軟件中的SIMULINK元件庫來建立電力電子電路仿真模型并給出仿真結(jié)果，來加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解。將計算機仿真軟件引入實驗課堂教學(xué)中，不僅能提高學(xué)生對學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)課程的興趣，而且更容易使學(xué)生學(xué)好這門專業(yè)課程。同時，在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)中，采用仿真教學(xué)能夠部分代替實驗教學(xué)，節(jié)省大量的教學(xué)資源[4]。在實踐課中仿真的實施環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力和多門課程的綜合應(yīng)用能力。布置課程的設(shè)計任務(wù)時，要求3個人組成團隊共同完成，以培養(yǎng)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(shè)計要求等內(nèi)容后，注意引導(dǎo)學(xué)生如何綜合運用所學(xué)的電力電子技術(shù)、數(shù)模電技術(shù)、編程語言(C語言或Matlab)完成相應(yīng)的設(shè)計。鼓勵學(xué)生積極參加省級、國家級的電子設(shè)計競賽和“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽，將所學(xué)的知識應(yīng)用于實際的科技制作。在實習(xí)環(huán)節(jié)帶領(lǐng)學(xué)生參觀相關(guān)的電力電子設(shè)備生產(chǎn)單位、發(fā)電廠以及其他電力電子設(shè)備的應(yīng)用單位。
3結(jié)束語
電力電子技術(shù)課程是一門實用性、工程性和綜合性較強課程，因此其教學(xué)改革是一項復(fù)雜而系統(tǒng)性的工程，技術(shù)性涉及面也較廣，它的核心在于“實用”[5]。因此，在教學(xué)中必須于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上強調(diào)實際的應(yīng)用。經(jīng)過兩屆學(xué)生的教學(xué)實踐，學(xué)生普遍感到電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容安排和“微課+慕課+仿真”相結(jié)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(xí)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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