師洪濤+潘俊濤+張白

摘 要 針對(duì)大學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，提出一種主動(dòng)教學(xué)方法，并與仿真實(shí)踐相互促進(jìn)，通過(guò)教師引導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，嘗試改變?cè)袉我坏慕虒W(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，增強(qiáng)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 主動(dòng)學(xué)習(xí)；仿真實(shí)踐；電力電子技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）18-0087-03

Research on Application of Active Teaching Methods in Teaching

of Specialized Courses： Taking Power Electronics for Example//SHI Hongtao， PAN Juntao， ZHANG Bai

Abstract In view of the existence question in specialized Courses studying， the active teaching method combining the simulation prac-

tice is proposed in this paper. In the teaching， the students are guided to study actively， and then the study interest can be enhanced. By using the proposed method， the single teaching mode is chanced， the

active study habit of student is trained， and the teaching effect is im-proved.

Key words active study； simulation practice； power electronics

1 引言

快速發(fā)展的社會(huì)對(duì)能源的需求日益增加，在傳統(tǒng)能源逐步枯竭、環(huán)境問(wèn)題日益增多的同時(shí)，新能源發(fā)電技術(shù)得到越來(lái)越多的關(guān)注與發(fā)展。其中以光伏發(fā)電、風(fēng)電、地?zé)岬葹榛A(chǔ)的分布式發(fā)電是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。新能源發(fā)電并網(wǎng)的核心裝置為電力電子變流器，如光伏發(fā)電系統(tǒng)，其通過(guò)一級(jí)或者多級(jí)電力電子變換器，將直流電變換為符合電能質(zhì)量規(guī)定的交流電并入電網(wǎng)中；而風(fēng)力發(fā)電裝置則一般先將風(fēng)機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，然后逆變?yōu)榻涣麟娫俨⑷腚娋W(wǎng)。電力電子變流器是實(shí)現(xiàn)上述電能變換的核心裝置，其性能諸如效率、穩(wěn)定性等指標(biāo)是新能源并網(wǎng)時(shí)優(yōu)先考慮的問(wèn)題。

在上述背景下，國(guó)內(nèi)外電力電子行業(yè)得到迅猛發(fā)展，眾多的企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、高等院校等，均從事電力電子變流器的研究、開發(fā)與生產(chǎn)。隨之而來(lái)的，上述單位急需具備電力電子專業(yè)知識(shí)的人才。為此，北方民族大學(xué)電信學(xué)院針對(duì)電力行業(yè)對(duì)人才的需求，積極適時(shí)調(diào)整本科人才培養(yǎng)目標(biāo)及方案，為電氣、自動(dòng)化等專業(yè)的學(xué)生設(shè)置專業(yè)課——電力電子技術(shù)，并在本科生的大三第二學(xué)期開設(shè)。開設(shè)此課程目的是使學(xué)生理解并掌握電力電子變換中常用的開關(guān)器件、典型拓?fù)?、電力電子典型控制方法等，為學(xué)生以后就業(yè)、深造等打下良好基礎(chǔ)。

結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者研究電力電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，包括：對(duì)專業(yè)知識(shí)缺乏學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足；專業(yè)課程往往內(nèi)容較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不容易抓住學(xué)習(xí)的重點(diǎn)；不理解自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用場(chǎng)合；學(xué)生雖在大二至大三階段學(xué)習(xí)了眾多專業(yè)課，但在大四畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能有效聯(lián)系已經(jīng)學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)對(duì)實(shí)際的電路進(jìn)行有效分析，對(duì)仿真及實(shí)際電路仍然感到陌生。

綜上所述，在現(xiàn)有情況下，學(xué)生面對(duì)的專業(yè)知識(shí)幾乎從教材上獲取，途徑單一；而現(xiàn)有教學(xué)方式也存在不足，比如單向的講授方式，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣匱乏，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，課堂學(xué)習(xí)效果差。因此，如何進(jìn)行教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高的學(xué)生實(shí)踐能力，是當(dāng)今關(guān)心的問(wèn)題[1-3]。

本文針對(duì)以上問(wèn)題，提出基于主動(dòng)教學(xué)方法的應(yīng)用研究，通過(guò)課堂引導(dǎo)與仿真實(shí)踐課題兩方面的相互融合與促進(jìn)，使學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

2 主動(dòng)教學(xué)方法的實(shí)施

主動(dòng)式教學(xué)引導(dǎo)模式 把教材中的專業(yè)知識(shí)與實(shí)際的科研、工業(yè)應(yīng)用、實(shí)際生活相結(jié)合，以問(wèn)題的方式提出，引導(dǎo)學(xué)生自己思考問(wèn)題的解決方法，然后與課本的理論內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比。在項(xiàng)目中期，通過(guò)教師的引導(dǎo)與訓(xùn)練，使學(xué)生能夠自己提出問(wèn)題，與教師相互討論，進(jìn)而解決問(wèn)題，在課堂中形成共同討論解決問(wèn)題的氛圍。在具體的實(shí)施中，主動(dòng)式教學(xué)方法包括以下要點(diǎn)。

1）以問(wèn)題的方式串聯(lián)知識(shí)點(diǎn)。即在教學(xué)中，知識(shí)點(diǎn)的講解不是采用傳統(tǒng)的平鋪直敘的方式，而是從具體的電路分析出發(fā)，由淺至深，逐步提出問(wèn)題。如在電力電子的單相半波整流電路的講解中，在分析電路的工作原理時(shí)，首先提問(wèn)：“晶閘管的開通條件是什么？”這個(gè)問(wèn)題既可以使學(xué)生回顧之前課程已經(jīng)講解的內(nèi)容，又加深對(duì)現(xiàn)在電路中晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)刻的理解，進(jìn)而對(duì)電路的原理及電路中各變量的波形有正確分析。在這個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，進(jìn)而提問(wèn)：“晶閘管觸發(fā)脈沖的移相角的工作范圍如何？”進(jìn)而將知識(shí)點(diǎn)推進(jìn)，最終推導(dǎo)直流側(cè)電壓的平均值。

采用知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)提問(wèn)的方式，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，他們主動(dòng)參與思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)，在不停提問(wèn)、不斷思考中，完成一個(gè)課程節(jié)段的學(xué)習(xí)。在這種情況下，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)興趣較高，而且對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解也更為深刻。

2）逐步引導(dǎo)學(xué)生找到問(wèn)題的答案。在主動(dòng)式教學(xué)方法進(jìn)行的初期，學(xué)生對(duì)教學(xué)方法適應(yīng)需要一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解也需要逐步加深。因此，在教學(xué)初期可能出現(xiàn)教師提問(wèn)，而學(xué)生很難思考出正確答案的現(xiàn)象。在這種情況下，教師需對(duì)學(xué)生進(jìn)行逐步引導(dǎo)，讓學(xué)生的思維逐步步入正確的方向，直至找出問(wèn)題的最終答案，從而培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的邏輯思維。endprint

如教學(xué)單相橋式整流電流中，開關(guān)管可能承受的最大正向電壓與最大反向電壓部分，仍然采用提問(wèn)的方式：“在實(shí)際的應(yīng)用中，如何對(duì)單相橋式整流電路中晶閘管進(jìn)行選型？”此時(shí)大多學(xué)生已經(jīng)能夠回答：“需要考慮晶閘管能夠承受的最大正向與反向電壓?！苯處熯M(jìn)而提問(wèn)：“在此電路中如何分析晶閘管承受的最大正向與反向電壓？”由于學(xué)生剛剛接觸電力電子電路，而橋式電路中晶閘管的數(shù)目較多，因此很難迅速分析出答案，此時(shí)教師引導(dǎo)：“橋式電路中的晶閘管的工作此時(shí)分為兩個(gè)狀態(tài)，一個(gè)是所有開關(guān)管都不導(dǎo)通的狀態(tài)，一個(gè)是只有一對(duì)開關(guān)管導(dǎo)通的狀態(tài)。”在這樣的引導(dǎo)下，部分學(xué)生就可以通過(guò)進(jìn)一步分析得到問(wèn)題的答案。因此，采用逐步引導(dǎo)方式，可以使學(xué)生培養(yǎng)主動(dòng)的思維模式，并逐漸掌握分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的方法。

基于PSCAD的電力電子仿真實(shí)踐 傳統(tǒng)的專業(yè)課教學(xué)中，課程教學(xué)雖然可以覆蓋教學(xué)大綱要求的知識(shí)點(diǎn)，但學(xué)生仍然對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用缺乏理解，導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，或者在以后的工作中，仍然不能很好地運(yùn)用專業(yè)知識(shí)。因此，本文提出理論課程教學(xué)與仿真實(shí)踐結(jié)合的方法。在具體的實(shí)施中，首先把專業(yè)課程中的典型電路，如單相整流電路、三相整流電路、BUCK電路、BOOST電路、調(diào)壓電路、逆變電路、功率因數(shù)校正電路、全橋變換電路、半橋變換電路、軟開關(guān)電路等，設(shè)置為仿真對(duì)象，并基于PSCAD仿真軟件，指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立搭建仿真模型，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。在仿真題目設(shè)定與學(xué)生選題過(guò)程中，主要考慮以下兩個(gè)方面。

1）分層次的題目設(shè)定。在這個(gè)過(guò)程中主要體現(xiàn)學(xué)生為教學(xué)的主體。在實(shí)際教學(xué)中，由于學(xué)生基礎(chǔ)不同、興趣不同、對(duì)知識(shí)接受速度不同等個(gè)體差異，必然對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果存在差異，因此在題目設(shè)定中充分考慮學(xué)生的特點(diǎn)，將題目難度設(shè)置為不同層次。比如：按照一定的比例，一些題目只要求對(duì)基礎(chǔ)的電路拓?fù)溥M(jìn)行仿真，一部分題目需要結(jié)合電路拓?fù)渑c相應(yīng)的控制技術(shù)，一部分題目需要對(duì)電路中的元件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。不同難度層次的題目，供不同層次的學(xué)生選題。同時(shí)，學(xué)生選題難度也與小組人數(shù)相關(guān)，當(dāng)小組成員較多時(shí)，則選擇難度較高的題目。

2）課題小組分工明確。在選題之前，學(xué)生按照自己的意愿進(jìn)行分組，每組不超過(guò)四人；在選題完成后，隨即提交課題小組分工方案。在課題任務(wù)完成后，按照分工方案與仿真結(jié)果，對(duì)每個(gè)課題小組成員進(jìn)行考核，確定每個(gè)成員的成績(jī)，從而最大限度避免一人完成、多人得分的局面。

仿真實(shí)踐與主動(dòng)學(xué)習(xí)的相互促進(jìn) 采用PSCAD軟件搭建電力電子電路仿真模型，需要學(xué)生對(duì)PSCAD軟件熟練應(yīng)用，同時(shí)對(duì)要仿真的電力電子電路具有較深的認(rèn)識(shí)。因此，在仿真實(shí)踐的整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生將不斷遇到問(wèn)題，其中包括PSCAD軟件的使用問(wèn)題，還包括對(duì)電力電子電路的理解問(wèn)題，此即由實(shí)踐引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考的問(wèn)題。在這種情況下，教師并不是直接給出問(wèn)題的答案，而是對(duì)學(xué)生講解求解問(wèn)題的方法，其中包括：如何回歸教材的基礎(chǔ)理論，如何在圖書館查閱資料，如何利用網(wǎng)絡(luò)查閱文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)，等等。

因此，整個(gè)仿真實(shí)踐對(duì)學(xué)生是一個(gè)綜合訓(xùn)練的過(guò)程。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生采用主動(dòng)方式去查閱教材與各種文獻(xiàn)資料，進(jìn)而解決問(wèn)題，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，具備發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，從而與第一部分內(nèi)容互相促進(jìn)。

3 具體實(shí)施過(guò)程

引導(dǎo)式課堂互動(dòng)交流法，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思維模式 在項(xiàng)目初期采用課堂交流法，由教師引導(dǎo)學(xué)生（如圖1所示）。

從圖中可以看出，本項(xiàng)目中的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變了原有的單向傳授模式，在項(xiàng)目初期，學(xué)生對(duì)本教學(xué)方法需要一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，對(duì)課程內(nèi)容也需要逐步理解。因此，在本教學(xué)方法運(yùn)用初期，主要是由教師提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生回答問(wèn)題，逐步進(jìn)入互相討論的學(xué)習(xí)狀態(tài)。具體為：將專業(yè)知識(shí)與實(shí)際的科研及應(yīng)用結(jié)合，將每個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)用多個(gè)提問(wèn)遞進(jìn)的方式逐步提出，與學(xué)生互相討論，找到解決方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考；而通過(guò)項(xiàng)目前期的訓(xùn)練及對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，逐步鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題、共同討論，最終形成共同討論的良好氛圍。

仿真實(shí)踐與主動(dòng)思維互相促進(jìn) 在項(xiàng)目中期，采用仿真實(shí)踐的方法（如圖2所示）。

教師梳理出專業(yè)課程中的典型電路或者典型技術(shù)，或由學(xué)生自愿提出仿真的電路，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)具體電路進(jìn)行分層，從而提供給不同層次的學(xué)生進(jìn)行選題。在選題完成后，由各小組首先提交分工方案，進(jìn)而開始進(jìn)行仿真實(shí)踐。在仿真過(guò)程中，如上所述，學(xué)生將不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，此時(shí)由教師指導(dǎo)學(xué)生如何解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生在不斷的問(wèn)題求解中，逐步提高對(duì)本課程的興趣，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，并最終培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。

明確考核方式 在仿真實(shí)踐完成后，教師根據(jù)小組在選題伊始提交的分工方案，對(duì)小組成員進(jìn)行考核，即根據(jù)小組成員答辯、仿真模型、仿真結(jié)果、仿真分析、相應(yīng)材料等方面，明確每個(gè)人對(duì)課題的貢獻(xiàn)，并以此為依據(jù)，最終確定個(gè)人得分。最后將此部分成績(jī)按照比例計(jì)算入總成績(jī)。

教學(xué)方法的反思與評(píng)價(jià) 在課程結(jié)束以后，采用兩種方式綜合對(duì)本文提出的主動(dòng)式教學(xué)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)：一為傳統(tǒng)的考試結(jié)果，即定量進(jìn)行對(duì)比分析；一為問(wèn)卷調(diào)查，從而反映學(xué)生對(duì)主動(dòng)式教學(xué)方法的接受程度及受益程度。運(yùn)用這兩種方式綜合評(píng)價(jià)本方法的實(shí)施效果，反思其中存在的不足之處，并進(jìn)行改進(jìn)。

4 總結(jié)

本文針對(duì)高等院校學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)中存在的學(xué)習(xí)興趣不足、理論難以聯(lián)系實(shí)踐等問(wèn)題，提出主動(dòng)式教學(xué)方法，并應(yīng)用于專業(yè)課電力電子技術(shù)教學(xué)中。提出的教學(xué)方法其核心在于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的習(xí)慣，在教學(xué)中改變?cè)械膯蜗蚪虒W(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)知識(shí)的主動(dòng)索求，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)興趣，并增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果；同時(shí)采用仿真實(shí)踐方法即電力電子仿真實(shí)驗(yàn)的方式，使學(xué)生在實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)主動(dòng)思考與提問(wèn)，不斷地解決問(wèn)題。實(shí)踐與課堂的主動(dòng)式教學(xué)方法互相促進(jìn)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)思考的思維模式，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

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